炼焦工业现状和炼焦工艺的发展模板.docx

炼焦工业现实状况和炼焦工艺发展摘要：本文建立在大量相关炼焦文件之上，综合介绍了中国焦炭市场和产量情况。分析了中国外炼焦行业生产技术、产品供求关系、副产回收利用等一系列问题，并对炼焦行业发展提出了提议。关键词：炼焦；炼焦炉；焦化厂；煤；资源；发展；现实状况序言焦炭是冶金、机械、化工等行业关键原料、燃料，其中以冶金工业高炉炼铁消耗焦炭量最大。尽管高炉富氧喷吹煤粉和直接还原炼铁等技术发展使冶金工业对焦炭需求量有所下降，但一个普遍见解是不用焦炭炼铁工艺最少在以后20年30年内不会大范围替换现在高炉炼铁法，焦炭仍然是未来钢铁生产关键原料。世界炼焦工业近几十年来取得了长足发展。大容积焦炉、捣固焦炉、干法熄焦等开发较早优异工艺技术在工业化实际生产运行中日臻完善；日本型焦工艺、德国巨型炼焦反应器、美国无回收焦炉、前苏联立式连续层状炼焦工艺等近30年来开发新工艺、新技术则加紧了工业化进程。中国炼焦工业近20余年发展较快：以宝钢二期工程6m焦炉为代表中国焦炉技术，达成国际水平；捣固焦技术及装置、干熄焦技术、配型煤炼焦技术正在加紧推广；铸造型焦和热压型焦装置已建成。能够说和国际优异水平差距正逐步缩小1。一、中国焦炭市场现实状况1.1 焦炭中国市场保持稳定态势中国焦炭市场保持稳定态势。现各大城市焦炭价格已经达成阶段性高点，焦化厂利润也相对有所提升，为使钢厂正常采购，焦炭市场价不会出现过大波动。部分主导城市焦炭市场还是仍含有市场占有力，市场价格仍有一定上涨空间。现阶段炼焦煤价格一直处于上涨趋势，今日，山西低硫主焦煤含税车板价已达成1700元，焦炭原材料一直处于“货紧”状态，这也促进焦炭市场价格一直保持高价位原因之一，估计，近期焦炭市场价格不会有太大改变，月末部分焦化集团制订指导价格也应和市场价相符合。河北地域二级冶金焦含税出厂价在18501900元，准一级冶金焦到厂价在19802070元，临汾准一级冶金焦含税车板价在1880元，二级冶金焦含税车板价在1780元，东北地域二级冶金焦含税出厂主流价格在1900元2。1.2 焦化行业扭亏前景仍不乐观据中国炼焦行业协会会长黄金干介绍，因为中国外需求下降，中国焦化行业已经连续9个月限产。依据国家统计局快报，今年前5个月，全国规模以上焦化企业生产焦炭12641万吨，同比减产1005.64万吨，减产7.4。其中，山西焦化行业前5个月减产焦炭1220万吨，同比减产32.5。今年7月份，山西焦化行业协会仍要求会员单位实施限产50方法。目前焦炭市场价格有所回升，独立焦化企业生产逐步恢复，但今年前5个月，中国焦炭企业总体亏损达7.25亿元，300多家企业仍处于全方面亏损困境中。而预期下六个月焦化产品市场仍然难见起色，黄金干表示，煤焦油、粗苯及其深加工焦化产品出口大幅下降，内销价格低迷，同时受到低价甲醇进口冲击，焦化企业盈利空问将严重挤压，焦化行业整体扭亏前景仍不容乐观3。二、中国焦炭生产现实状况2.1 中国焦炭地位1993年中国焦炭产量已稳居世界第一位，约占世界总产量13，伴随中国炼焦业快速发展，还在逐年提升，上升至535 ，达成570左右 ，中国出口焦炭1450万t占世界贸易总量45以上；中国焦炭表观消费量为2.83亿t， 占世界焦炭表观消费总量54以上。中国已成为名副其实世界焦炭生产、消费及贸易第一大国。2.2 中国焦炭生产情况中国焦炭生产遍布全国29个省区即除西藏和海南外，中国大陆29个省区全部有焦炭生产，但产能分布很不均衡，基础分布在华北、华东、华中、东北、西南五大区域。，全国焦炭产量29 768万t，其中机焦26279万t，占88.28；土焦、改良焦约1450万t，占4.9；无回收焦炭、半焦1784万t，占6；石油焦255万t。中国焦炭产量排前10位省份中，陕西省基础上是生产半焦产能占全国半焦产能58左右：内蒙古以生产半焦为主，产能占全国半焦产能近25： 山西及云南两省有少许半焦生产，其它省份均为冶金焦。冶金焦最关键生产省市是： 山西、河北、山东、河南、辽宁、江苏、四川、云南、上海，产量累计占到中国冶金焦产量80左右。中国半焦生产关键集中在陕、蒙、晋、宁四省区交界地带并以陕西榆林神府地域和内蒙古伊旗、准旗产量最大。，全国半焦产量约为1800万t陕西和内蒙产量占了近90 4。三、中国炼焦煤资源现实状况3.1 已查明资源储量炼焦煤关键包含焦煤、13焦煤、气煤、肥煤、瘦煤、贫瘦煤等煤种，属中变质烟煤，查明资源储量2758.6亿t占全部煤种查明资源储量26.24 炼焦煤查明资源储量煤种组成列于表1 由表1可见最优良炼焦煤焦煤仅占中国已查明煤资源总储量6.2 而气煤和13焦煤储量约为焦煤2倍。表1炼焦煤查明资源储量煤种组成中国炼焦煤资源关键集中在山西省。该省炼焦煤资源占全国资源56 。已查明资源量高达1544.54亿t，中国炼焦煤资源分布见表25。表2 中国炼焦煤资源分布3.2 估计资源量依据全国最新煤炭资源估计结果表明，垂深1000 m以浅估计资源量为1.844万亿t，垂深 m 以浅估计资源量为4.5521万亿t，其中炼焦煤约占29。按煤种分布炼焦煤估计资源量见图1，中国炼焦煤估计量地域分布见表3。由表3看出，华北地域将成为中国关键炼焦煤生产地。四、中国外炼焦技术工艺进展44.1 无回收焦炉针对传统焦炉煤气处理及回收装置环境保护控制费用较高等问题，美国和澳大利亚在20世纪80年代后期相继推出了新设计无回收焦炉，将废热用于生产蒸汽和发电。无回收焦炉优点：(1)炼焦工艺步骤简单，设计和基建投资费用低；(2)取消煤气回收装置，不会产生焦油和酚水等污染物，环境保护有所改善；(3)负压操作，处理了炉门漏气，使其废物放散能降到最低水平；(4)废热得到利用送去发电。从炼焦生产普遍规律和无回收焦炉生产特点出发，无回收焦炉存在以下多个关键问题：(1)煤耗高，炼焦煤煤源变窄。因为炉顶空间很大，煤在塑性阶段能自由膨胀，造成炉子上部焦炭结构疏松、质量差。这需要用挥发分低、结焦性好煤料消除这种影响；(2)部分煤和焦炭被烧损，成焦率下降；(3)无回收焦炉仍有大气污染；(4)加热控制手段简单，焦炭均匀性差；(5)炉龄短，维修量大；(6)所产蒸汽和电能出路也是需要考虑问题。山西寰达企业将捣固装煤和无回收焦炉结合起来，在侯马建成了一座l9孔无回收焦炉。相关教授认为已投产19孔炉存在以下多个问题：(1)炉体用高铝砖是错误；(2)烟道相互联是错误；(3)炉体内部结构存在多处不合理；(4)装煤车等设备还远不能说已过关。综合以上情况，相关教授认为，在中国不可能大量建无回收焦炉，也不应用无回收焦炉替换改良焦炉，总而言之不宜推广。但在一些地域，如有低挥发分粘结煤，焦炉煤气临时没有用户，电能有出路等条件下，尽可能少许地建设带有热回收装置无回收焦炉也是可行。4.2 大容积焦炉多年来，国外焦化企业关键技改路径是用现代化大容积焦炉替换老损焦炉。国外资料报道，大容积焦炉最大优点是基建投资省，然而中国相关教授认为，焦炉并非越大越好，6m焦炉和4.3m捣固焦炉相比不管相对基建投资、改善焦炭质量和煤种适用范围上并无优势而言。当中国4.3m捣固焦炉投产后，中国炼焦行业可能会重新评价6m焦炉。大容积焦炉存在问题：美国大容积焦炉全部出现了砌体过早损坏现象，美国黑色冶金设计院确定炭化室高6m及以上焦炉平均使用寿命；炭化室高7m焦炉必需供给配煤组成很好煤料，以保护砌体和确保正常生产操作；大容积焦炉不适用煤预热，美国及英国钢铁企业雷德卡尔冶金厂也证实了这一点。显然，大容积焦炉在各方面要求全部比常规炭化室焦炉要高。所以；即使大型焦炉是发展方向，但各国要依据国情、技术水平和设备制造水平来确定焦炉规模和尺寸。4.3 巨型炼焦反应器巨型炼焦反应器是为了克服传统室式焦炉大型化所受多个原因限制，尤其是炉墙变形等问题而开发。20世纪80年代后期，以德国为主欧洲炼焦教授提出了单室式巨型炼焦反应器和煤预热及干熄焦相结合方案。巨型炼焦反应器商业化进程受以下诸原因制约：伴随单个巨型炼焦反应器装置变为由多个巨型炼焦反应器单元组成炉组，就必需将推焦和出焦操作机械设计为移动式，将会大幅度增加该机械重量， 伴随煤预热装置能力大幅度提升，对系统可靠性要求也随之提升；干熄焦和煤预热联合大型生产装置还有待于深入开发。相关教授认为处理。上述问题不存在技术障碍，关键问题是需要大量资金并需依靠大规模工程才能实施。4.4 日本SCOPE21炼焦技术该技术特点是将配入50 非粘结性煤，在人炉前快速预热到350 400 ，使煤靠近热分解温度，以改善煤粘结性，预热煤中细粉热压成型，以后和粗粒煤混合装炉。故装炉煤堆密度提升(约850 kgm )，焦炉用高导热性70 mm75 mm炉墙砖，在焦炉中加热到700 800焦饼，放人干熄焦预存段进行再加热使焦饼最终温度达1000左右。各国炼焦同行在等候该工艺工业实践结果。4.5 捣固焦炉捣固焦炉很多优点，这里不再详述。捣固焦炉过去费用高，现已经过将捣固机操作效率提升一倍和在捣固焦炉上采取大容积炭化室得到赔偿。捣固工艺深入研究课题是经过捣固箱深入现代化来降低捣固工艺步骤能耗，缩短捣固压实时间和提升整个煤饼密度均匀性。同优异国家相比，中国捣固焦炉发展缓慢，关键原因是捣固技术落后，捣固机锤头少。重量轻，捣固锤加煤布料和游动均由手工操作。另外捣固频率低，自动化程度差等致使捣固焦炉大型化进展缓慢。所以，中国要实现捣固焦炉大型化，有必需引进国外优异设备或引进捣固机械软件。4.6 干法熄焦干法熄焦技术特点：(1)节能效果显著；(2)环境保护效益好；(3)提升焦炭质量，优化高炉生产。干法熄焦技术首先盛行于前苏联。和传统直接式干熄焦技术相异，美国克雷斯企业开发了世界上第一台间接式干熄焦装置并在伯利恒钢铁企业雀点厂进行了试验样机操作示范。装置关键部分是由车辆运载一外冷式密封贮焦箱，推焦时焦箱和炭化室对准并密封，推出焦存放在箱内，然后由运载车辆送往冷却台冷却，冷却后焦箱再送到密封焦炭贮库，由此将焦炭卸到胶带机上。整个过程在密封状态下进行，据称能降低90 以上推焦粉尘和碳氢化合物排放物。前苏联东方煤化所曾提出在一套设备中同时完成炼焦煤预热和红焦干熄，此工艺可完全杜绝向大气中排放污染物，所得冶金焦块度、强度、磨损性、堆密度等指标有所改善。4.7 型焦工艺开发型焦工艺目标：(1)扩大炼焦煤源。试验表明，型焦工艺可使非粘结性煤和弱粘结性煤使用量达60100 ；(2)使炼焦在密闭连续装置中运行，根本处理污染问题。高炉试验结果表明，型焦在高炉上最多可使用到30 ，换句话说，型焦不能完全替换常规焦炭。为此，1994年以来，日本钢铁联盟企业开发了新型焦工艺。新型焦工艺特点：(1)经过将煤快速加热和粉煤高温成型，能够改善煤粘结性，并可使装炉煤堆密度提升到850kgm ，以改善焦炭质量。在确保焦炭质量前提下，非粘结煤配人可达50 ；(2)经过提升炉墙热传导率、装炉煤高温预热等方法，使焦炉生产能力提升到300 ；(3)煤炭中温干馏及干馏产品在干熄焦装置预存室进行高温加热改质，比常规焦炉节能20 ；(4)对焦炉全部开口严密密封，红焦密闭输送及预热煤脉冲式输送，可使环境污染大幅度减轻。新型焦工艺要实现工业化需处理以下问题：(1)型焦透气阻力比室式炉焦炭约高2倍，在高炉中大量使用型焦受到限制；(2)型焦生产能耗比室式炉高。4.8 配型煤炼焦在炼焦煤中配人型煤炼焦，在国际上已经有几十年历史。因为提升了人炉煤料密度加之型煤中粘结剂对煤料粘结性能有所改善，所以能提升焦炭质量或在不降低焦炭质量前提下，少配用优质炼焦煤。通常说来，焦炭质量在一定范围内伴随配人型煤百分比增加而提升。生产试验表明，型煤配比每增加10 ，焦炭强度指标DI115015约提升0711 ；反应后强度约提升22。伴随型煤配比增至30时，DI15015可提升2 一3 ，M10可改善2 4 。中国包钢焦化厂等单位一直进行着配型煤炼焦工业试验，经过多年对引进技术消化吸收工作，中国已含有了工厂设计能力，但关键设备仍需引进。4.9 立式连续层状炼焦工艺从20世纪70年代起，前苏联乌克兰煤化所开始了立式炉连续炼焦新工艺研究。试验经历了三个阶段：试验室试验阶段，半工业试验阶段，工业性试验。装置关键工艺参数：垂直炭化室数(包含熄焦段)2个，推焦行程300mm，推焦周期20min30min，一次装煤量400kg420kg，炼焦时间7h8h，能力30td。该装置对中国一批气煤试验表明，单种气煤在连续层状炼焦装置上能生产出质量符合要求冶金焦。工艺特点：煤料经压实(堆密度可达1000kgm3)和分阶段控制加热速度可改善煤粘结性能，改善焦炭质量，有效拓宽了炼焦用煤范围，和传统工艺相比，可节省70肥煤和焦煤；系统密闭连续，自动化程度高。从各阶段试验结果看，该工艺含有很好推广应用前景，但要达成大规模工业化生产，在装煤操作、顺利排焦和装置大型化方面还需深入改善完善。4.10 煤预热利用煤预热技术，不仅能将炼焦用煤范围扩大到高挥发分煤，还能扩大到半无烟煤和石油焦等低挥发分惰性物料。现在，俄罗斯年产107万t焦炭第一台煤预热工业装置，正在西西伯利亚钢厂7号焦炉上使用，系采取气体热载体预热煤料。焦炉用预热煤料炼焦时生产能力提升40左右，可多配人2025弱粘煤，炼焦热耗降低1012 ；美国和英国、日本全部使用煤预热装置；波兰登赛斯科焦化厂建造了40th煤预热装置，还将依据试验结果建造100th装置。不过使用煤预热装置美国大容积焦炉和英国钢企业两座焦炉全部出现了焦炉砌体过早损坏现象。五、炼焦工业未来发展方向5.1 因地制宜炼焦工艺中国生产冶金焦炭质量除宝钢外和发达国家相比存在较大差距。为适应高炉大型化、高炉富氧喷煤技术，必需提升焦炭质量。现在中国采取炼焦新技术条件是含有。伴随国家限制土焦政策实施，炼焦工业焦炉装置新建和改扩建将不可避免，为了赢得高起点，中国炼焦业应利用这次很多焦炉改造大修机会，结合国情，因地制宜，因煤制宜，采取国际上优异、工业化程度较高新工艺、新设备，实现炼焦生产高效、优质、低耗、低污染和操作控制自动化，使中国炼焦水平上一个新台阶6。5.2 开发炼焦产品生产工艺出于以下考虑：(1)回收化工产品投入高，而美国无回收焦炉又有较大缺点；(2)将炼焦荒煤气裂解成还原气未来能够和直接还原炼铁联合，在第二届国际炼焦会议上，欧洲炼焦教授提出了两种焦化产品(焦炭和还原气)生产工艺。中国相关教授认为，生产两种焦化产品工艺，煤气热裂解器和焦炉连接存在技术问题，所以结合中国国情提出开发三种产品(焦炭、煤焦油和还原气)焦化生产工艺6。5.3 产业结构调整方面5.3.1 焦炉向大型化、焦炭生产向集群化发展(1)有利于炼焦副产回收、综合利用和深加工。炼焦副产品回收、加工、利用水平和炼焦规模关联度很大，是最能表现“规模效应”产业之一。炼焦装置若达不到一定规模，不仅不利于焦炭本身经济效益和竞争力提升，更谈不上副产品有效回收和利用。(2)有利于炼焦装置整体水平提升。焦炉大型化有利于降低吨焦煤耗和能耗；在相同规模下，可降低投资规模，降低出炉次数和阵发性污染，提升劳动生产率和提升焦炭质量。焦炉大型化是焦化企业实现可连续性发展最基础条件焦炉大型化是推进炼焦装置采取干法熄焦工艺关键条件。新建焦炉或改扩建焦炉时，钢铁企业必需同时配套建设干熄焦装置；独立焦化企业要在降低酚氰废水发生并有妥善处理酚氰废水出路条件下，努力争取配套建设干熄焦装置。(3)有利于节能减排、保护生态环境和发展循环经济，焦炉炉型选择可依据装置建设规模、所在地资源等情况进行选择。沿海地域企业应选择763 m焦炉。中西部地域应选择6 m焦炉，气煤资源比较丰富、肥焦煤又比较缺乏地域应选择6 m及以上捣固焦炉7。5.3.2 炼焦企业要向一体化方向发展在市场竞争日趋猛烈、煤炭价格不停上涨、焦炭利润不停摊薄形势下，炼焦企业要向煤一焦一化一体化方向发展。由炼焦向煤化工模式推进延长产业链条。形成多元化发展，走可连续性发展之路5.3.3 煤焦油、粗苯加工规模(1)煤焦油初加工规模不应低于20万ta。煤焦油集中加工有利于采取各项优异工艺技术和装备。不仅有利于节能、环境保护，而且也有利于开发新焦油加工产品，从各项工艺技术和经济指标分析。焦油年加工量20万t是最低经济规模，现在中国已经有设计和制造单套焦油加工装置规模为20万ta能力和条件。所以新建煤焦油初级加工装置单套规模要达成20万ta及以上。(2)粗苯加氢单套装置规模不应低于10万ta 加氢精制是一个清洁工艺。而且得到苯类产品质量优、收率高，但装置投资较大，必需达成一定规模才能有好经济收益。通常认为单套装置最低规模在5万ta。经济规模应在10万ta8。5.4 产业升级方面5.4.1 重视捣固焦发展中国炼焦煤资源贫乏优质炼焦煤供给更是担心。在炼焦煤价格飚升、焦炭成本不停上涨形势下，发展捣固炼焦工艺是节省优质炼焦煤、生产高品质焦炭关键方法之一，是中国目前和以后相当长一段时期焦化工业发展关键方向。5.4.2 推广采取清洁炼焦技术和优异煤气净化技术(1)开发焦炉微负压控制技术。采取焦炉微负压控制技术使焦炉炭化室由传统微正压变成为微负压，可根本处理炼焦过程烟气溢散，为焦炉清洁生产发明良好基础。该技术不仅能在7.63m焦炉使用，同时也能用于6 m焦炉、4.3 m焦炉，为中国焦炭行业根本消除污染发明条件。太钢和国外企业合作正在开展此项工作。(2)焦炉煤气深度净化技术。现有脱硫净化工艺不能满足甲醇生产对脱硫精度要求，所以焦炉煤气深度净化，尤其是其中所含形态。复杂有机硫(硫醇、硫醚及噻吩)和不饱和烃等杂质深度净化，成为焦炉气化工利用生产甲醇技术“瓶颈”必需开发新型脱硫净化工艺，使焦炉煤气中硫体积分数降至0.1 ulL以下达成甲醇合成气要求。西北化工研究院开发两段加氢、两段吸收工艺及对应催化剂及吸收剂(称之为新型干法净化工艺)。可使硫含量达成甲醇合成气要求。成全部五环新锐化工开发焦炉煤气非催化转化制合成气技术， 即焦炉气不需净化，在常压(或加压1下将焦炉气中有机物(焦油、萘、苯、酚及有机硫化物)全部裂解转化，其中有机硫全部转化为无机硫。降低了脱硫技术难度和脱硫费用9。5.4.3 压低焦油沥青产出焦油加工时沥青产率约为55。沥青产量约为240万t所以。焦油沥青市场出路怎样落实，是建设焦油加工项目必需考虑问题，也能够说是焦油加工一个“包袱”。一个必需处理难题。所以多年来选择中国外技术出现新动向是看好能降低沥青产率新工艺。德国、日本和鞍山焦萘院全部推荐焦油沥青产率控制在13甚至14技术10。5.5 加强对褐煤加工利用褐煤是煤化程度最低一类煤含水量高(3050)，挥发分高(1530)，发烧量低(12.5614.65 MJkg)，而且易风化碎裂，易氧化自燃，不适于远途运输(300 km)利用；褐煤直接燃烧时排出粉尘量大，环境污染严重，热利用率低。对褐煤热解提质生产半焦，不仅可处理上述问题，还可得到煤焦油和焦炉煤气等多个煤基产品，是褐煤高效、低污染利用很关键路径对褐煤加工，应依据褐煤质量性能、产品市场定位等，选择对应加工技术和加工规模，中国低灰分褐煤资源极少，应进行合理利用。5.5.1 低灰分优质褐煤加工方案(1)采取中低温干馏工艺制取高品质还原剂，替换冶金焦，用作铁合金、电石生产原料。(2)制取炭质吸附剂，用褐煤制得活性炭产品以大中孔为主，不仅对硫吸附容量很大。而且很适合处理多种工业污水，在中国水资源日益紧缺情况下，开发这类煤基活性炭有着很关键意义。5.5.2 高灰分、高含硫褐煤加工方案采取温和热解技术，对褐煤进行提质，同时可得到低温煤焦油提质后褐煤关键定位在动力用煤，装置加工规模对应比较大，最好定位在500万ta以上。得到低温煤焦油是生产液体燃料优质原料，对其进行加工可生产多个液体燃料。5.5.3 褐煤低温煤焦油加工方案褐煤低温煤焦油组成和性质更类似于重油，是一个很有价值资源对其进行加工可从中提取取得附加值较高、市场需求量大酚类化学品，对脱酚后馏分进行加氢裂化、重整、精制等加工过程，可得到比较理想多个液体燃料 应开发燃料一润滑油一化工型综合加工工艺，使褐煤低温煤焦油中多种资源得到有效地利用11。5.4 要依据煤资源条件定位产业发展方向煤焦化产业是经典资源加工类产业，资源条件对焦化产业发展有着很重大影响，对煤资源控制能力是煤焦化产业取得可连续性发展和含有较强竞争能力关键煤焦化产业包含三个生产领域：炼焦煤高温干馏生产全焦；低变质烟煤中低温干馏生产半焦；褐煤中低温干馏生产褐煤半焦。上述三个生产领域， 因为使用煤种不一样，干馏温度不一样。得到焦产品性能指标、附加值有着很大不一样，应用领域也有着较大差异。所以要依据所能取得煤种决定发展哪一个煤焦化产业11。六、总结新世纪中国面临着从炼焦生产大国向炼焦工业强国转变艰巨任务。在以大型机械化焦炉替换中小型机焦炉同时，以优异环境保护、节能和自动化技术改造现有焦化生产企业应是本世纪近期中国炼焦工业要实现目标5。 参考文件1 李好管，黄怡然，炼焦化学工业技术进展，炭素科技，第l2卷第2期6月：9-162 铁合金经济技术信息，焦炭中国市场保持稳定态势，铁合金，:363 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