焦化能源流高效集成關鍵技術研發與應用
王新東，劉義，黃世平
文章來源：《化工進展》2018年第37卷
第8期：3260-3270
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0631
摘 要
針對焦化能耗高、能效低的產業現狀，基于冶金流程工程學理論，研發了一系列焦化余熱余能回收關鍵技術。其中，自主研發的高壓高溫干熄焦余熱回收技術，實現噸焦產540℃、9.81MPa的高品質蒸汽550kg，降低焦炭燒損率0.2%；研發的納米多層復合結構溫度可控的上升管一體化余熱回收技術，實現了上升管出口的荒煤氣溫度由804℃降至552℃，實現噸焦產蒸汽119kg；研發的煤調濕技術降低了配合煤水分4%，降低工序能耗250.8MJ/噸煤；研發的導熱油作熱載體的能源高效利用技術，實現了脫苯能耗降低30.6%和蒸氨能耗降低21.4%，脫苯效率提高0.15%，過程無廢水產生；研發的多塔連續粗苯萃取精制和高效復合萃取劑技術，實現了苯純度達99.95%，甲苯純度達99.8%以上，二甲苯流程控制在5℃以內，噻吩純度達99.0%，還實現了全過程不消耗蒸汽。這些關鍵共性技術在河鋼大型焦爐上的成功實施引領了我國焦化行業向能源利用高效化、資源利用深度化的可持續方向發展。
焦化行業能耗占整個鋼鐵行業的17%，每年全行業約2245萬噸標準煤的余熱余能尚未回收利用。焦化行業能源流高效利用是節能減排發展的重要方向。焦化行業的能源回收利用主要有兩個方面：一方面，煉焦過程中焦炭、荒煤氣、焦爐煙氣3種余熱能源約占焦爐輸出熱量的90%，其特點是能質高、排放集中，目前尚未高效利用，而占整個煉焦能源損失約10%的焦爐爐體散失熱量，因能流相對分散、品質低等特性，不易集中回收利用，且近年來因保溫材料的發展，進行了相關強化保溫處理；另一方面，煤氣凈化工藝的脫苯與蒸氨兩大工序有占工序50%的余熱余能，需要深度挖掘利用。
河鋼集團有限公司（以下簡稱河鋼）目前焦化工序擁有12座6m以上焦爐，年均生產焦炭770萬噸。針對焦化行業各種余熱余能難以高效回收利用的現狀，河鋼研究了一系列焦化余熱余能回收關鍵技術，分別為高壓高溫干熄焦余熱回收技術、納米多層復合結構溫度可控的上升管一體化余熱回收技術、煤調濕技術、導熱油作熱載體的能源高效利用技術、多塔連續粗苯萃取精制和高效復合萃取劑技術等。這些關鍵共性技術的實施開創了冶金流程工程學能源流在焦化產業的系統集成應用，為鋼鐵工業創新驅動、轉型升級、節能減排和綠色發展樹立了成功典范，為京津冀一體化冶金綠色發展起到示范引領作用。
1 焦化能源流高效利用技術
集成研發的思路
圖1 ?焦化流程能源流及高效利用關鍵技術分布圖
2 ?研發和應用的焦化能源流
集成關鍵技術
2.1 高壓高溫干熄焦余熱回收關鍵技術
圖2 ?干熄爐示意圖
圖3 ?干熄爐冷卻室一維物理模型
圖4 ?CO、空氣導入量與燒損率關系曲線
圖5 ?燒損率與生產熱力負荷關系曲線
表1 ?高壓、高溫蒸汽和中溫中壓蒸汽參數對比表
2.2 納米多層復合結構溫度可控上升管余熱回收技術
圖6 ?使用新型高效上升管余熱回收裝置前后的上升管內筒壁溫度
2.3 煤調濕技術
表2 ?干燥機典型操作參數表（單臺）
表3 ?內保溫技術參數表
2.4 ?導熱油作熱載體的負壓脫苯與蒸氨高效能源利用技術
2.4.1 導熱油為熱載體的脫苯及蒸氨聯用技術
2.4.2 ?導熱油作熱載體的負壓脫苯技術
表4 ?3種脫苯工藝對比表
表5 ?導熱油負壓脫苯與常壓脫苯的操作指標對比
表6 ?導熱油負壓脫苯與常壓脫苯的能耗對比
2.4.3 ?導熱油蒸氨技術
圖7 ?蒸氨效率與堿液量的配加關系圖
表7 ?導熱油蒸氨與水蒸氣蒸氨的操作指標對比
表8 ?導熱油負壓蒸氨與水蒸氣蒸氨的能耗對比
2.5 ?高效低耗連續的粗苯萃取精制技術
表9 ?KK法與萃取法粗苯精制能源消耗對比表
圖8 ?甲苯與2-甲基噻吩相對揮發度變化
圖9 ? 甲苯與3-甲基噻吩相對揮發度變化
圖10 ?不同配比混合溶液的萃取試驗結果
表10 ?萃取法粗苯精制內部熱量使用表
表11 ?各項經濟技術指標對比表
3 應用效果及效益分析
3.1 ?經濟技術指標對比分析
3.2 ?經濟效益
3.3 ?環境及社會效益
4 結 ?論
冶金流程工程學是焦化能源流系統優化和高效集成利用的理論基礎。河鋼以此理論為依據，采用協同創新方法，研發并應用的一系列焦化能源流關鍵共性技術成效顯著，符合我國實際情況。這些關鍵共性技術具有良好的推廣應用價值，為京津冀一體化協同發展起到了引領示范作用，已在山東鋼鐵集團、開灤中潤煤化工等國內數十家企業得到廣泛推廣應用，為焦化行業向“能源利用最大化、環境保護最優化”轉型升級提供了成功經驗，對焦化產業實現可持續發展具有重要作用。