我國焦化行業正在由傳統產業向現代煤化工產業轉型,煉焦煤氣與化產品的回收精深加工和資源化發展、構建煉焦煤化工產業鏈,將為社會的多重需求提供優質服務,是推進綠色焦化發展最直接、具體的表現。因此,我國焦化行業應加大煤氣凈化與化產品加工技術的研發投入力度,充分發揮煉焦能源工藝轉化的優勢,用不斷進步的煉焦煤化工技術推進行業的綠色可持續發展。
我國焦化化產專業技術開花結果
煤氣凈化技術。隨著我國改革開放以及國民經濟的快速發展,我國焦化行業相繼從國外引進了多種煤氣濕式脫硫凈化工藝技術。2005年起實施的《焦化行業準入條件》也將煤氣凈化作為焦化企業必備的生產條件之一,截至2011年底,共六批準入的335家企業基本都配備了煤氣脫硫設施。煤氣脫硫設備的運用使焦爐加熱煤氣煙氣二氧化硫排放減少90%以上。2008年重新修訂的《焦化行業準入條件》,進一步明確了焦爐煤氣城市民用煤氣應達到GB13612-92標準,工業或其他用煤氣H2S含量應≤250毫克/立方米,這也促進了我國煉焦煤氣脫硫工藝的應用與普及。
化產品回收技術。近年來,我國焦化行業化產精制加工技術取得重大突破,化產品回收和煤氣制甲醇、制液化天然氣、導熱油無蒸汽蒸氨、負壓蒸脫苯、苯加氫、焦油加氫、焦油深度加工等一大批先進工藝技術在行業內逐漸被推廣采用,提高了企業的經濟效益。
我國焦爐大型化促進了化產回收工藝的進步,化產加工技術也得到了同步發展,特別是煤焦油和粗苯加工裝置規模大型化,是“十一五”期間焦化化產專業技術進步的一大亮點。30年來,我國煤焦油加工技術的進步主要體現在以下兩個方面:一是加工裝置趨于大型化;二是煤焦油深加工技術得到了突破,生產高附加值的精細化工中間產品。截至2011年底,我國焦化行業煤焦油年加工能力已達到1800多萬噸。在加工裝置趨于大型化、加工能力得到穩步提高的同時,我國煤焦油深加工技術也取得快速發展。其中,針狀焦技術工藝控制水平先進,產品可以達到進口同類產品水平,徹底打破了我國多年來針狀焦完全依賴進口的局面;我國自主研發的高溫煤焦油加氫技術日益成熟,首套10萬噸/年高溫煤焦油加氫裝置的建成投產,也開辟了一條煤焦油加工的新途徑,這不僅取得了巨大的經濟和社會效益,而且也為我國的能源安全作出了新的貢獻,應用前景非常廣闊;近10年來,以苯加氫、苯萃取等為代表的清潔苯加工技術發展勢頭加快,替代了污染嚴重的硫酸法工藝,不僅極大地改善了生產環境、節約了能源,也優化了衍生產品的品種質量和結構。
焦爐煤氣綜合利用。近年來,我國焦爐煤氣利用率不斷提高,在開發利用技術方面也進行了一系列探索。如利用豐富的煤氣資源和煉焦煤氣富氫的特性,結合先進的化工合成技術,進行焦爐煤氣發電、提氫和冶煉等,使焦爐煤氣的資源性開發成為行業新的經濟增長點。焦爐煤氣綜合利用主要包括以下幾個方面:
第一,焦爐煤氣化工合成技術的開發。利用鋼鐵企業富余的焦爐煤氣、轉爐煤氣或高爐煤氣生產甲醇,是鋼鐵聯合企業能源優化利用的新途徑;2011年,我國焦爐煤氣制天然氣關鍵技術取得重大突破,攻克了合成氣體的深度凈化、轉化和合成技術裝備及自動化控制等一系列難題,使我國焦爐煤氣資源化利用走上良性發展的軌道。目前,我國正在進行焦爐煤氣制天然氣、制乙二醇等技術開發與實踐,焦爐煤氣制甲醇、二甲醚、乙二醇、天然氣,甲醇制烯烴、發酵制乙醇,焦爐煤氣與轉爐煤氣、高爐煤氣制甲醇等技術的開發與引進,不斷構建了煉焦行業新的產業發展鏈條。
第二,焦爐煤氣制氫。從上世紀80年代開始,寶鋼、鞍鋼、武鋼、本鋼、包鋼等鋼鐵企業建成多套100立方米/時~5000立方米/時、純度為99.999%的焦爐煤氣變壓吸附制氫裝置。
第三,焦爐煤氣用于生產直接還原鐵。焦爐煤氣直接還原鐵,可大大降低煉鐵過程對煉焦煤和焦炭的消耗。
破解技術升級和只“焦”不“化”難題
“十一五”期間,我國焦化行業逐漸出現制約進一步發展的一些問題:如產業布局分散,行業集中度低;產業鏈條短,產品附加值不高,精細深度開發力度不大等。這些問題主要體現在以下兩個方面。
第一,傳統產業技術亟待升級。“十二五”期間,我國焦化行業從2011年起,用了3年左右時間,使常規煉焦企業的煤氣中H2S含量≤250毫克/立方米,熱回收焦爐企業雙堿法脫硫比例達到70%,半焦爐企業煤氣中H2S含量控制在100毫克~150毫克/立方米。但是,中小焦化企業落后的回收加工工藝比例較大,比如蒸汽等劣質能源和高能耗換熱設備的大量使用,嚴重地制約著企業的可持續發展。對于氨—硫循環洗滌煤氣脫硫工藝(AS法),雖可生產高品質硫黃,但脫硫效率偏低,難以穩定達到脫硫后焦爐煤氣中H2S含量低于250毫克/立方米的基本要求。同時,我國焦化企業普遍采用的HPF或PDS脫硫工藝也存在不少問題:一是脫硫過程中產生的NH4SCN和(NH4)2S2O3等鹽類缺乏有效的處理工藝。二是硫膏純度為80%,質量差,銷售困難。此外,焦化企業的煤氣脫硫廢液提鹽技術也普遍存在運行工況不穩、設備腐蝕嚴重、精鹽純度低的難題。
第二,只“焦”不“化”矛盾日益凸現。在煤、焦價格嚴重倒掛趨勢延續的狀況下,焦化企業長期積累的只“焦”不“化”深層次矛盾日益凸現,純煉焦工序處于虧損,只能靠化產品來補虧。但是,焦化企業在化產品深加工上研究開發力度不夠,沒有立足于“焦”的基礎上,充分挖掘“化”的潛能,鋼鐵聯合企業焦化廠與鋼廠之間的能源互補優勢尚未完全釋放。因此,建議焦化企業進一步開發新產品,擴大產品品種和品級,開發出附加值高的洗油深加工產品、蒽油深加工產品和瀝青深加工產品等;對附加值低的殘油,在滿足炭黑生產的同時,可采用加氫催化裂化、加氫裂解等技術,使其轉化成為高附加值的汽油調和油、柴油調和油。
五大方向指引技術發展
第一,推廣高效實用的工藝技術。加大新技術、新材料、新設備的推廣力度,如負壓脫硫、負壓蒸氨技術,合理利用煤氣的溫度梯度,減少能源浪費,使脫硫效率提高到95%以上;利用導熱油替代蒸汽進行苯精餾的新工藝技術;推廣先進高效的換熱器、垂直塔盤和填料,延伸化產專業產業鏈,向煤炭→焦炭→鋼鐵→化工等產業一體化和相關多元化方向拓展,促進整體技術裝備的大型化、集約化和設備國產化、高效化發展。
與此同時,徹底淘汰耗能高、污染嚴重、裝備水平落后的間歇蒸餾、間歇酸堿洗滌、間歇結晶加工技術和污染大的瀝青成型工藝,進一步推動我國煤焦油加工的集中處理,建設幾個規模大、技術先進、節能環保的世界一流煤焦油加工企業;推廣以蒸汽為熱源的間接蒸氨、用煤氣管式爐加熱的間接蒸氨或負壓蒸氨工藝;焦化企業應大力采用熱導油代替蒸汽負壓精餾等能源高效利用技術,理順焦爐煤氣凈化工藝溫度梯度和關聯產品精細深加工技術。
第二,完善煤氣脫硫流程。我國煤氣脫硫廢液回收利用的高效、經濟、適用技術研發,關鍵工藝路線已經打通,主要是要解決廢液量小(一般焦化企業每天只有幾十噸)的順行問題,把運行成本降下來,同時應不斷優化工藝流程,開發合適的工藝路線、催化劑和高效蒸餾分離元件,探索資源利用途徑,以適應焦化行業節能減排的需要。此外,還應加強清潔生產共性關鍵技術的研發,完善HPF(PDS)氧化法脫硫工藝,探索HPF法氧化脫硫工藝廢液與低純度硫黃焚燒制取硫酸的工業裝置,降低提鹽運行成本,提高精鹽純度,解決全國已有的HPF法氧化脫硫工藝存在的問題。
第三,追求能源、資源的高效值。焦爐煤氣作為優質的二次能源,采用切實有效的提氫、制甲醇、制合成天然氣、制二甲醚等節能技術,是資源增值的最好方式。2011年,我國投產18套焦爐煤氣制甲醇裝置,總產能達到900余萬噸,實現了二次能源的轉化利用。此外,產量占煤焦油加工產品一半以上的煤瀝青的出路問題,仍是困擾當前煤焦油加工的“瓶頸”。因此,應采取增加高附加值產品,優化焦油蒸餾和瀝青改質工藝,以及生產鈉離子含量低、β樹脂含量高的改質瀝青和特種瀝青焦炭等措施來擴展其市場銷路。
第四,必須解決好煤氣出路問題。目前,國內有焦化企業使用焦爐煤氣生產甲醇,再用甲醇產生的廢氣和馳放氣生產合成氨,合成氨解析氣供給焦爐加熱,置換出的焦爐煤氣用來生產甲醇、合成氨,空分裝置所產生的氧氣再用于生產甲醇、氮氣用于生產液氨,形成一個獨具特色的“閉路循環”,無任何廢棄物產生,實現了資源利用價值的最大化,年可節約近40萬噸標煤。同時,焦爐煤氣制取天然氣關鍵技術已取得重大突破,這些新技術項目將陸續建成投產,構建了焦化行業產業發展的新鏈條。
第五,跟蹤焦化工藝前沿技術。焦化企業要積極關注科技發展的動態,大力引進國內外的先進科技成果,在煤氣的加工利用和化產品的深度加工方面,創造新的發展機遇。同時,進一步完善自有知識產權的苯加氫技術和苯萃取與高效分離技術,優化工藝組合,提高苯加氫裝置自動化水平。以焦化苯為龍頭的產業鏈延伸,也是焦化企業延伸發展的一個新的方向。
此外,以現代化先進的加工技術與手段,開發社會需求的新產品,凸顯現代煉焦技術的優勢,也是焦化行業努力的新方向。焦化企業應以高效率、低能耗為目的,實現傳統煤化工與現代煤化工產業有機結合、協調發展的新格局,打造高技術、高附加值精細焦化工產品,以焦化產品-再生資源-循環利用為路徑,促進我國焦化行業的綠色轉型。