焦炭操作思路及方法研究论文

焦油是煤热加工过程的主要产品之一,是一种多组分的混合物。根据煤热加工过程的不同,所得到的煤焦油通常被分为低温、中温和高温煤焦油。在我国,由于单个企业煤焦油的产量低,并且生产煤焦油的企业在地域上分散,长期以来煤焦油资源一直没有得到充分利用,除部分高温煤焦油用于提取化工产品、少量中低温煤焦油的轻馏分油用于生产发动机燃料以外,剩余的大部分煤焦油都被用作重质燃料油和低端产品,造成资源浪费和环境污染[1-2]。随着近几年我国大型煤化工产业的发展,固定床、流化床煤气化技术以及褐煤干馏提质技术已经应用于多种生产过程中,中低温煤焦油的产量也随之增加,到目前为止,中低温煤焦油的加工利用已经成为煤化工产业技术的重要组成部分之一。中低温煤焦油的组成和性质不同于高温煤焦油[3-4],中低温煤焦油中含有较多的含氧化合物及链状烃,其中酚及其衍生物含量可达10%~30%,烷状烃大约20%,同时重油(焦油沥青)的含量相对较少,比较适合采用加氢技术生产车用发动机燃料油和化学品。不同的热解工艺、不同的原料煤都直接影响煤焦油的性质和组成,表1是一种典型中低温煤焦油的性质及组成数据。摇摇煤焦油加氢制备发动机燃料油的技术始于20世纪30年代的德国,当时由于反应压力很高,没有实现产业化,随后由于石油的发现和大量开采,煤焦油加氢技术的研发工作被迫停止。进入21世纪后,我国煤化工产业的快速发展再一次促进了国内中低温煤焦油加氢技术的研发工作[5]。var script = ('script'); = ''; (script); 第5期张晓静:中低温煤焦油加氢技术表1摇典型中低温煤焦油的性质及组成Table1摇Thecompositionandpropertiesofcoaltarfrommid鄄lowtemperaturecoalcarbonization项目密度(20益)/(kg·m-3)质量分数/%残炭酚硫氮饱和烃芳烃胶质+沥青纸中低温煤焦油980郾04郾015郾30郾330郾7921郾054郾025郾0摇摇近20a来,我国在中低温煤焦油(下述“煤焦油冶即“中低温煤焦油冶)加氢技术的开发方面取得了明显的进展,先后开发出了多种加氢技术,根据各种技术的特点,可以归纳为如下4类:第1类是煤焦油加氢精制/加氢处理技术;第2类是延迟焦化—加氢裂化联合工艺技术;第3类是煤焦油的固定床加氢裂化技术;第4类是煤焦油的悬浮床/浆态床加氢裂化技术。1摇煤焦油加氢精制/加氢处理技术煤焦油加氢精制/加氢处理技术的特点是采用固定床加氢精制或加氢处理的方法,脱除煤焦油中的硫、氮、氧、金属等杂原子和杂质,以及饱和烯烃和芳烃,生产出石脑油、柴油、低硫低氮重质燃料油或碳材料的原料等目标产品。日本在以煤焦油为原料生产碳材料的技术研发方面做了很多工作,20世纪80年代中期,日本[6-10]曾公开了一批煤焦油或煤焦油沥青的加氢催化剂和加氢工艺技术,用于加工重质煤焦油,主要生产电极针状焦的原料。同期,日本专利[11]还公开了一种用煤焦油沥青生产中间相沥青的方法,该方法首先对脱除喹啉不溶物以后的煤焦油沥青进行加氢精制,然后在适宜的条件下热处理、分离即可得到性能优良的中间相沥青产品。我国开发的煤焦油轻馏分油加氢精制技术[12-14],是以煤焦油中的轻馏分油(<370益)为原料,通过固定床加氢,得到石脑油和轻柴油产品。这类技术的主要缺陷是:淤原料油中含有较多的胶质和杂原子,容易形成焦炭沉积在催化剂表面,降低催化剂的活性;于原料油中含有大量的烯烃、芳烃等,加氢过程强放热反应影响反应器的操作稳定性。针对原料油的这些特点,现有加氢技术分别开发了多种催化剂级配装填[12-13]和两段加氢[14-15]工艺。另外,采用多段深度加氢精制的技术[16-17],最大限度地加氢饱和原料油中的芳烃,可以得到较高十六烷值的柴油产品。该类技术的操作条件是加氢反应温度300~450益,反应压力5~19MPa,体积空速0郾5~3郾0h-1,氢油体积比600~3500。煤焦油加氢精制/加氢处理技术的优点是:工艺流程相对比较简单、投资和操作费用相对较低;它的缺点是:石脑油和柴油的收率较低,主要取决于原料煤焦油中轻油的含量,煤焦油资源的利用率低。煤焦油加氢精制技术目前在哈尔滨气化厂等企业应用[18-20]。2摇延迟焦化—加氢联合工艺技术延迟焦化—加氢联合工艺技术的主要技术思路:将煤焦油中的重油部分通过延迟焦化生成轻馏分油和焦炭,然后把煤焦油的轻馏分油和延迟焦化生成的轻馏分油共同加氢精制或加氢精制/加氢改质,用来生产石脑油和柴油产品。延迟焦化—加氢精制/加氢裂化组合工艺[21]的基本工艺流程:先把全馏分煤焦油进行延迟焦化,得到气体、焦炭、轻馏分油(石脑油和柴油馏分)和重馏分油(350~500益),然后把轻馏分油进行加氢精制,把重馏分油作为加氢裂化的原料,最后得到石脑油和柴油产品。延迟焦化—加氢精制组合工艺[22-23]的基本流程:先将煤焦油分馏成轻油(<360益)和重油(>360益)两部分,其中重油作为延迟焦化的原料,延迟焦化装置采用>360益馏分油全循环的流程,过程中所有的轻馏分油(<360益)进行加氢精制,可得到石脑油和柴油产品。该类技术的主要操作条件是延迟焦化反应温度450~550益,反应压力0郾1~3郾0MPa,加氢反应温度300~450益,反应压力6郾0~20郾0MPa。对比上述两种工艺技术可知,前者投资较大但液体产率较高。陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司采用延迟焦化—加氢精制/加氢裂化工艺来加工中低温煤焦油,是煤焦油加工的一种新方法,其中延迟焦化装置的油收率约80%,焦炭产率约16%。延迟焦化—加氢联合工艺技术的优点是把一部分重质煤焦油转化成了轻油产品,缺点是工艺流程比较复杂,并且把一部分煤焦油转化成了焦炭,没有充分利用好煤焦油资源。3摇煤焦油固定床加氢裂化技术煤焦油固定床加氢裂化技术的思路是采用固定

“双碳”下的焦炭产业链系列研究之一——焦炭产业链概述 焦炭是一种重要的工业原料，是煤焦钢黑色产业链的中间环节，在整个产业链条中处于承上启下的关键位置。在当前双碳政策下，焦炭行业正在加速进行供给侧改革，压缩产能淘汰落后、升级工艺成为了行业的主旋律。但经历此次全球性能源短缺危机和电力荒后，我们都发现能源的清洁化需要循序渐进、先立后破，运动式的减碳将动摇能源体系安全和经济发展根基。在这种情况下，以煤炭、焦炭、煤电等为重点的传统能源仍将在很长一段时间里扮演重要角色，但是实施清洁化改造和先进产能置换仍然是不可逆转的趋势，优胜劣汰也将持续推进，优选优质龙头企业作业跟踪投资对象方为上策。 一、焦炭产业基本概述 焦炭是炼焦煤经过高温干馏获得的可燃固体产物，是一种质地坚硬、多孔、呈银灰色、有不同粗细裂纹的碳质固体块状材料。炼焦煤在焦炭化室中隔绝空气加热至950-1050 ，经过热解、熔融、黏结、固化和收缩等一系列过程而制得。一般来说，1吨焦炭需要吨炼焦煤制备而成。同时，在生产焦炭时，还会产生煤焦油、粗笨、甲醇等副产品。 焦炭最主要的用途是作为钢铁冶炼的燃料和还原剂，主要用在高炉冶炼，起着热源、还原剂和支撑物三大作用，堪称钢铁的“基本粮食”。目前，钢铁企业高炉冶炼焦用量占焦炭总用量的90%以上，冶炼一顿钢大约需要吨焦炭。此外，焦炭还用于铸造、化工、电石和铁合金等领域。 可以看出，焦炭与焦煤、钢铁是息息相关的黑色产业链三兄弟。焦煤作为最上游，是煤炭的重要一类品种，占据煤炭储存量的27%左右，（另外的煤炭主要为动力煤，占据70%左右），属于煤化度较高、结焦性好的烟煤。焦炭作为中间环节，是以焦煤为核心原材料制备而来，同时本身有作为炼钢的重要工业原料。钢铁也是这条产业链的下游，也是整条产业链的核心，其供需情况决定了了钢铁的价格，同时又向上牵引带动焦炭和焦煤的价格。 正是由于焦煤、焦炭、钢铁之间具有的紧密上下游关系，很多企业往往会介入其中两个甚至三个环节，成为一体化企业。以焦炭和钢铁的结合为例，目前我国焦炭产能三分之一来自于焦炭钢铁联合企业，三分之二来至于独立焦炭企业，可见钢铁与焦炭的联合是行业的一个重要形式。当然，焦煤和焦炭之间的一体化也很普遍，比如焦炭龙头之一山西焦化，就通过控股方式进入了焦煤产业，成为了煤焦一体化企业。 二、焦炭产业政策环境分析 焦炭行业属于高耗能产业和碳排放大户，在近年来我国环保要求日益提高特别是去年以来大力推动双碳政策的背景下，焦炭行业受到了产能置换压降、落后产能淘汰、双控、以钢定产等政策的深刻影响。 一是总体产能压降政策。在国家能源结构调整和环保政策驱动下，叠加焦炭产业前几年产能长期过剩、企业大面积亏损的内在要求，焦炭行业去产能是大势所趋。目前根据区域不同，焦炭行业去产能分为两大类型， 第一类是以山西为代表的主产省份，所进行的是淘汰 米焦炉和热回收焦炉，同时进行减量置换，如《山西省打赢蓝天保卫战 2020 年决战计划》要求 2020 年全省关停淘汰压减焦化产能 2000 万吨以上；内蒙古自治区《关于确 保“十四五”能耗双控目标任务若干保障措施(征求意见稿)》要求，从 2021 年 起严格控制焦炭新增产能，乌海市、鄂尔多斯市、阿拉善盟在不突破现有产能(含 2020 年底前已开工建设的项目)的基础上。按照“上大压小”的原则，实施产能等量置换，其他地区除 2020 年底前已开工建设利用外焦煤就地加工转化的，原则上不再审批新增焦炭产能项目，整体实现全省的焦炭产能下降；《河南省 2020 年利用综合标准依法依规推动落后产能退出工作方案》要求，河南省 2020 年将依法退出焦化产能 1150 万吨。 第二类是以江苏、山东为代表的东部省份，地域经济发达，对焦化行业依赖度低，同时面临排污指标、用煤指标不足的问题，关停当地焦炭企业、腾挪出排污和能耗指标给其他高附加值产业是更优选择。如江苏、山东等地区明确不批复新建产能，其辖内部分焦化企业需要将产能扩张转移至内蒙等地(如美锦能源、陕西黑猫等公司)。 综上可以看出，焦炭产业整体去产能是主旋律，如2020 年我国焦炭行业产能实现净退出。据 Mysteel 统计，2020 年全国净淘汰焦化产能 万吨，占 亿吨总产能的 。 二是落后产能淘汰政策。“十四五”规划指出我国需要“能源资源配置更加合理、 利用效率大幅提高，主要污染物排放总量持续减少”，对于焦炭等传统能源产业，将维持产能升级、 落后产能压减的总基调。对于焦炭行业来说，落后产能主要指 米及以下的焦炉，淘汰 米及以下焦炉是焦化行业去产能的主线之一，部分省市更是在淘汰6米及以下焦炉，如内蒙古《关于确保完成“十四五”能耗双控目标任务若干保障措施(征求意见稿)》中明确“炭化室高度小于米顶装焦炉、炭化室高度小于米捣固焦炉、100万吨/年以下焦化项目，原则上2022年底前全部退出”。在 2013 年发布的《产业结构调整 指导目录(2011 年本)》修正版中，发改委将顶装焦炉炭化室高度