《化工进展》2018年第8期应用技术——焦化能源流高效集成关键技术研发与应用

发布时间:2018-09-02 10:23        

焦化能源流高效集成关键技术研发与应用

王新东,刘义,黄世平

文章来源:《化工进展》2018年第37卷

第8期:3260-3270

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0631

摘 要

针对焦化能耗高、能效低的产业现状,基于冶金流程工程学理论,研发了一系列焦化余热余能回收关键技术。其中,自主研发的高压高温干熄焦余热回收技术,实现吨焦产540℃、9.81MPa的高品质蒸汽550kg,降低焦炭烧损率0.2%;研发的纳米多层复合结构温度可控的上升管一体化余热回收技术,实现了上升管出口的荒煤气温度由804℃降至552℃,实现吨焦产蒸汽119kg;研发的煤调湿技术降低了配合煤水分4%,降低工序能耗250.8MJ/吨煤;研发的导热油作热载体的能源高效利用技术,实现了脱苯能耗降低30.6%和蒸氨能耗降低21.4%,脱苯效率提高0.15%,过程无废水产生;研发的多塔连续粗苯萃取精制和高效复合萃取剂技术,实现了苯纯度达99.95%,甲苯纯度达99.8%以上,二甲苯流程控制在5℃以内,噻吩纯度达99.0%,还实现了全过程不消耗蒸汽。这些关键共性技术在河钢大型焦炉上的成功实施引领了我国焦化行业向能源利用高效化、资源利用深度化的可持续方向发展。

焦化行业能耗占整个钢铁行业的17%,每年全行业约2245万吨标准煤的余热余能尚未回收利用。焦化行业能源流高效利用是节能减排发展的重要方向。焦化行业的能源回收利用主要有两个方面:一方面,炼焦过程中焦炭、荒煤气、焦炉烟气3种余热能源约占焦炉输出热量的90%,其特点是能质高、排放集中,目前尚未高效利用,而占整个炼焦能源损失约10%的焦炉炉体散失热量,因能流相对分散、品质低等特性,不易集中回收利用,且近年来因保温材料的发展,进行了相关强化保温处理;另一方面,煤气净化工艺的脱苯与蒸氨两大工序有占工序50%的余热余能,需要深度挖掘利用。

河钢集团有限公司(以下简称河钢)目前焦化工序拥有12座6m以上焦炉,年均生产焦炭770万吨。针对焦化行业各种余热余能难以高效回收利用的现状,河钢研究了一系列焦化余热余能回收关键技术,分别为高压高温干熄焦余热回收技术、纳米多层复合结构温度可控的上升管一体化余热回收技术、煤调湿技术、导热油作热载体的能源高效利用技术、多塔连续粗苯萃取精制和高效复合萃取剂技术等。这些关键共性技术的实施开创了冶金流程工程学能源流在焦化产业的系统集成应用,为钢铁工业创新驱动、转型升级、节能减排和绿色发展树立了成功典范,为京津冀一体化冶金绿色发展起到示范引领作用。

1 焦化能源流高效利用技术

集成研发的思路

图1  焦化流程能源流及高效利用关键技术分布图

2  研发和应用的焦化能源流

集成关键技术

2.1 高压高温干熄焦余热回收关键技术

图2  干熄炉示意图

图3  干熄炉冷却室一维物理模型

图4  CO、空气导入量与烧损率关系曲线

图5  烧损率与生产热力负荷关系曲线

表1  高压、高温蒸汽和中温中压蒸汽参数对比表

2.2 纳米多层复合结构温度可控上升管余热回收技术

图6  使用新型高效上升管余热回收装置前后的上升管内筒壁温度

2.3 煤调湿技术

表2  干燥机典型操作参数表(单台)

表3  内保温技术参数表

2.4  导热油作热载体的负压脱苯与蒸氨高效能源利用技术

2.4.1 导热油为热载体的脱苯及蒸氨联用技术

2.4.2  导热油作热载体的负压脱苯技术

表4  3种脱苯工艺对比表

表5  导热油负压脱苯与常压脱苯的操作指标对比

表6  导热油负压脱苯与常压脱苯的能耗对比

2.4.3  导热油蒸氨技术

图7  蒸氨效率与碱液量的配加关系图

表7  导热油蒸氨与水蒸气蒸氨的操作指标对比

表8  导热油负压蒸氨与水蒸气蒸氨的能耗对比

2.5  高效低耗连续的粗苯萃取精制技术

表9  KK法与萃取法粗苯精制能源消耗对比表

图8  甲苯与2-甲基噻吩相对挥发度变化

图9   甲苯与3-甲基噻吩相对挥发度变化

图10  不同配比混合溶液的萃取试验结果

表10  萃取法粗苯精制内部热量使用表

表11  各项经济技术指标对比表

3 应用效果及效益分析

3.1  经济技术指标对比分析

3.2  经济效益

3.3  环境及社会效益

4 结  论

冶金流程工程学是焦化能源流系统优化和高效集成利用的理论基础。河钢以此理论为依据,采用协同创新方法,研发并应用的一系列焦化能源流关键共性技术成效显著,符合我国实际情况。这些关键共性技术具有良好的推广应用价值,为京津冀一体化协同发展起到了引领示范作用,已在山东钢铁集团、开滦中润煤化工等国内数十家企业得到广泛推广应用,为焦化行业向“能源利用最大化、环境保护最优化”转型升级提供了成功经验,对焦化产业实现可持续发展具有重要作用。

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