中国焦化工业的现状及发展思路 1 、 前言 中国是世界焦炭生产大国，焦炭产量占世界焦炭总产量的36％左右，焦炭出口量占世界焦炭出口贸易总量的50％以上。中国既拥有国际20世纪90年代先进水平的炭化室高6m的现代化大型机焦炉，也还有一些以前建成的装备水平较低的中小型机焦炉。进入21世纪，结构调整和技术进步仍是中国焦化工业发展的主题。 2 、 中国炼焦生产现状及发展思路 2.1 中国炼焦生产现状 (1) 中国的焦炭产量及出口量 近十多年来，中国的焦炭总产量翻了一番还多，1997年达到了历史最高峰的13902万t。从1993年起，中国的焦炭产量已连续居世界第一位。中国历年来焦炭产量见表1。中国也是世界焦炭出口大国，2000年中国出口焦炭1520万t，占世界焦炭出口总量2510万t的60％以上。中国历年焦炭出口量见表2。 (2) 焦炉构成现状 高度分另别为6．0m、5．5m、5．0m、4．3m、4．0m、3．3m、2．8m、2．5m、2．0m的顶装焦炉和炭化室高度分别为4．3m、3．8m、3．2m和2．5m的捣固焦炉。据对中国400多家机焦企业的初步统计，目前我国运行的机焦炉共l197座，设计炼焦能力为10567万t。其中，＞100万t／a的焦化厂有24家，生产能力4240万√a，平均每个厂的生产能力为177万t／a；50一100万t／a的焦化厂有2l家，生产能力1413万t／a，平均每个厂的生产能力为67万t／a。中国已建成的炭化室高度＞4m、装备水平较高的机焦炉接近250座，其生产能力约8000万t／a。此外，我国正在新建、改建的焦炉有60余座，可新增加炼焦能力1450万t／a。这样， “ 十五 ” 后期我国机焦生产能力可达1．2亿t。我国许多大型焦炉都没有计算机控制系统、装煤和出焦除尘装置，有些还配备了干熄焦装置。绝大部分焦化厂都具备先进、科学、严格的生产管理制度和管理手段，焦炉的生产管理水平已达到国际先进水平。但同时，中国尚有2500多万t／a机焦生产能力是由炭化室高度＜4m、装备水平较低的小焦炉构成的。土法炼焦炉主要有以75型、89型和96型为代表的各种结构的 “ 改良 ” 焦炉和 “ 连体改良 ” 焦炉，国家已明令禁止和取缔土焦炉生产。从表l可以看出，中国的焦炭总产量中机焦所占的比例已由1995年最低时的48．2％提高到2001年的75．7％。到2002年底，中国的绝大部分土焦炉都将关闭。 (3) 焦炭质量现状 近年来，为适应高炉喷煤和强化冶炼的要求，中国的机焦质量有较大提高。1997 — 2001年全国机焦平均质量及出口焦炭的一般质量见表3。 2 ．2 炼焦生产的发展思路 (1) 炼焦结构调整 炼焦结构调整的基本思路是按照国家三部委1997年367号文件和国家经贸委1999年14号令的要求，坚决取缔土法炼焦(含改良焦)工艺设备，逐步关停工艺落后、污染严重的小型机焦炉，制止重复建设炭化室高度＜4m的焦炉。在控制焦炭生产总量的前提下，鼓励建设大型机焦炉和大型焦炭生产基地，提高焦化行业的整体装备水平。 (2) 焦炉大型化 炭化室加宽加高、提高单孔炭化室产焦量是焦炉的发展方向。自20世纪80年代以来，国际上建设了许多炭化室高度大于7m的大容积焦炉，德国1993年进行了炭化室高为10m的单孔炼焦系统的工业试验，欧盟专家为德国刀1ysRn肋2p公司设计的炭化室高8．43m的焦炉正在建设中。 目前，中国正在生产中的最大焦炉为炭化室高6m的焦炉。鞍山焦耐设计研究总院目前正在着手开发炭化室高6．5m和7．0m的焦炉。 (3) 捣固炼焦技术 捣固炼焦的人炉煤中，弱粘性高挥发分煤配人量可高达70％一80％，甚至几乎可用100％的肥气煤炼焦。中国的炼焦煤储量中，气煤和肥煤分别占56％和13％，适合于采用捣固炼焦。 中国已投产的捣固焦炉大多为炭化室高度＜3．8m的小型焦炉。日前，中国自行开发设计的炭化室高4．3m、宽500mm的捣固焦炉已建成投产，采用经改进的捣固装置，操作效率有很大提高。 (4) 除尘地面站与车载式焦炉烟尘治理技术 中国目前使用的装煤除尘系统主要形式有非燃烧法干式地面站除尘方式、燃烧法干式地面站除尘方式、燃烧法湿式地面站除尘方式以及装煤出焦二合一干式地面站除尘方式。出焦除尘系统主要形式有干式地面站除尘和热浮力罩除尘。近年来，鞍山焦耐院开发设计的干式除尘装煤车已在济钢焦化厂和昆钢焦化厂投入使用，该车是将装有袋式除尘器的干式除尘装置安装在装煤车上，具有投资省、易实施的特点，烟尘扑集率＞85％，除尘效率＞99．5％，烟气出口粉尘浓度＜50ms／m3，符合国家环保法规要求。 (5) 干法熄焦(CDQ) 0Q 技术不仅可以回收红焦的显热，改善焦炭质量，还可减少湿法熄焦对大气的污染，是中国重点开发和推广的炼焦节能与环保技术。中国目前使用的主要是从日本和俄罗斯／乌克兰引进的单套处理能力为70一75t／h的装置。中国发展0Q的方向是装置的大型化与设备国产化。装置的大型化是为了与焦炉的生产规模相配套，每1 — 2组焦炉配备一套规模相当的C2瞻装置，同时以湿熄焦装置备用，以节省投资。 0Q装置产生的蒸汽将用于发电、煤调湿或并人生产用蒸汽管网。 (6) 煤调湿(CMC) CMC 见是将炼焦煤料在装炉前除掉一部分水分，保持装炉煤水分稳定的一项技术。这项技术以其显著的节能、环保和经济效益受到普遍重视，并得到迅速发展。1996年中国第一套0见装置在重钢焦化厂投产，采用的是导热油传热方式，系统较为复杂、投资高。目前，鞍山焦耐院正在开发工艺简单、投资省的以蒸汽为热源的CMC装置，用蒸汽在列管式调湿机内与煤换热，利用烟道废气带走从煤中析出的水分，将装炉煤的水分稳定在6％左右。该工艺可使焦炉生产能力提高7．7％，焦炉加热煤气消耗量减少14％，初冷器用水减少1／3，剩余氨水减少1／3，相应的蒸氨蒸气用量减少1／2． （7）生产过程综合自动化 焦炉生产自动化是一个包含生产控制和管理自动化内容的集成系统。 中国目前正在推广的焦炉生产自动化技术包括焦炉加热计算机控制及管理系统、焦炉机械动态自动识别炉号及对位控制系统、集气管压力综合控制系统、焦化厂生产管理计算机网络系统以及焦炉烘炉计算机自动测温与管理系统等。焦炉综合自动化系统的构成为模块化结构，可根据各焦化厂情况和用户要求，一次实现所有功能或逐步实现各项功能。 (8) 热回收焦炉 热回收焦炉以其较低的造价、较轻的污染和较好的焦炭质量等特性，正在受到世界各国焦化工作者的关注。美国、德国、澳大利亚、印度、墨西哥、中国等都在积极开发和建设这种热回收焦炉。美国太阳公司建成的热回收焦炉已取得了令人满意的效果。中国首创的捣固装煤热回收焦炉试验炉已建成投产，现正在进一步完善中。这种焦炉适合于在没有煤气用户或缺乏电力的地方采用。 3 、 焦炉煤气综合利用现状及发展思路 3 ．1 焦炉煤气净化现状 目前，中国正在生产的焦炉煤气净化工艺很多，主要包括冷凝鼓风、脱硫、脱氨、脱苯等，在净化煤气的同时回收焦油、硫磺、硫铵或氨水、粗苯等化工产品。中国煤气净化工艺一般均采用高效的横管初冷器来冷却荒煤气，几种不同的煤气净化技术主要表现在脱硫、脱氨工艺方案的选择上。脱氨工艺主要有水洗氨蒸氨浓氨水工艺、水洗氨蒸氨氨分解工艺、冷法无水氨工艺、热法无水氨工艺、半直接法浸没式饱和器硫铵工艺、半直接法喷淋式饱和器硫铵工艺、间接法饱和器硫铵工艺、酸洗法硫铵等。脱硫工艺主要有湿式氧化工艺(如以氨为碱源的用法、Hzc法、M)F法及以钠为碱源的从)A法、P16法)和湿式吸收工艺(如氨硫联合洗涤的AS法、索尔菲班法及真空碳酸盐法)等。 中国煤气净化工艺已达到国际先进水平。根据煤气用户的不同，可选用不同的工艺流程来满足用户对不同煤气质量的要求。 中国煤气净化工艺已达到国际先进水平。根据煤气用户的不同，可选用不同的工艺流程来满足用户对不同煤气质量的要求。煤气脱硫是中国正在推广的强制性环保措施。引进的脱硫方法由于工艺复杂、投资高，仅在大型焦化广得到应用。比较适合中国国情的是中国自行开发的改良从叭法、H)S法和In)F法脱硫工艺。改良从叭法及PI)S法以钠为碱源，脱硫效率高，塔后煤气含H2S可降到20m8／m3以下，符合城市煤气标准。In)F法脱硫是采用In)F为催化剂、以煤气中的氨为碱源的脱硫新工艺，脱硫塔后煤气H2S含量小于200m8／m3，满足中国工业用煤气质量标准。 3 ．2 焦妒煤气综合利用现状 按2001年产焦12406万t计算，全年焦炉煤气产量约为530亿m3。其中与3000万t土焦相伴产生的约128亿m3煤气在炼焦过程中全部被烧掉，机焦炉产生的煤气则经过净化后，除部分用于焦炉自身加热外，剩余煤气均不同程度地得到了利用 钢铁联合企业中的焦化厂，绝大部分焦炉均为复热式焦炉，一般采用高炉煤气加热，所产生的焦炉煤气经净化后供给炼铁、炼钢、轧钢等用户。作为城市煤气气源厂的焦化厂，绝大部分焦炉也为复热式焦炉，可采用焦炉煤气加热，也可采用发生炉煤气加热，所产生的焦炉煤气经净化，达到城市煤气标准后供应城市居民用户或工业用户。目前，以生产焦炭为主的独立焦化厂，如山西在土焦改机焦过程中新建的许多焦化厂，除少数焦化厂所产的煤气供应城市煤气或工业用途(如锻烧高铝钒土、金属镁等)外，大部分焦化厂的剩余煤气用于发电。 在中国，产生大量剩余焦炉煤气的主要有两类焦化厂：一是以生产焦炭为主的独立焦化厂，其生产的焦炉煤气既不能供应城市用户，又没有合适的工业用户；二是目前供应城市煤气用户的焦化厂，如北京焦化厂、天津煤气厂、上海焦化厂等，在采用天然气取代焦炉煤气供应城市煤气用户后，焦炉煤气没有合适的用户。这些过剩的煤气迫切希望找到经济、合理、高效的综合利用途径。 3 ．3 焦妒煤气综合利用发展思路 焦炉煤气中含有55％一60％的H2、23％一27％的CI儿、5％一8％的Co，低位发热量17900均／m3，不仅是优质的气体燃料，还是理想的化工合成原料。因此，焦炉煤气的综合开发利用也应从燃料和化工原料两条思路上考虑。 (1) 开发利用煤气的联合工业用户 焦炉煤气作为洁净的气体燃料，若用于生产水泥、建材、耐火材料，可大大提高产品的质量和品位。如山西菜焦化厂利用自产的焦炉煤气焙烧高铝钒土，利用焙烧高铝钒土的余热生产蒸汽供全厂蒸汽用户，不仅提高了产品质量，扩大了市场，还实现了能源的综合利用，降低了生产成本。 (2) 开发以焦炉煤气为原料的化工合成项目 焦炉煤气是制造合成氨的理想原料。氢气是合成氨的直接原料气，焦炉煤气中含有55％一60％的氢气，其它成分如甲烷、一氧化碳等，可经转化、变换、脱碳等工序制得纯氢气，然后氢气与氮气合成氨。近年来，随着变压吸附制氢技术的推广应用，使焦炉煤气制合成氨的投资和电耗进一步降低。山西焦化集团从20世纪70年代建厂时就配套建成了焦炉煤气合成氨装置，并生产尿素。 焦炉煤气同样是合成甲醇、二甲醚的理想原料，其本身含有生产甲醇和二甲醚的原料气It、Co和Cq。焦炉煤气经过部分氧化蒸汽转化后，气体中H／C(A＝3．o，接近合成甲醇和二甲醚的最佳值(／三2．05 — 2．15)。而以煤和重油为原料生产甲醇和二甲醚时，由于氢碳比偏低，帚增加变换、脱碳装置，流程长，投资大。 甲醇不仅是一种重要的基础有机化工原料，而且可加入汽油掺烧或代替汽油作为动力燃料。目前山西省开发的以甲醇为燃料的清洁燃料汽车已成功投入使用。山西省正在筹建以焦炉煤气为原料的甲醇生产基地。二甲醚具有优良的混溶性，易溶于汽油和水，可替代柴油用作清洁汽车燃料，也可替代液化气用作民用燃料，其发展前景被普遍看好。 (3) 焦炉煤气用于制氢 焦炉煤气是制氢的理想原料，其所含的55％一60％的氢气可通过变压吸附法生产纯度为99．9％或更高的氢气。 氢气是化学工业合成的重要原料气之一，还是化学工业中常用的还原剂和氢化剂。在电子工业中，氢是制取半导体材料 —— 硅的重要原料。气象上用于探空气球。氢已成为运载火箭航天器的重要燃料之一。可达到零排放的无污染高效氢燃料电池动力汽车已投入试验运行，世界各大汽车公司已陆续推出该类型汽车样车。氢能的应用范围今后必将不断扩大。 (4) 焦炉煤气甲烷化供城市煤气用户 对目前供应城市煤气用户的独立焦化厂，在天然气进入城市后，也可对焦炉煤气进行甲烷化，将其热值提高后掺入天然气管网供应城市煤气用户。日本东京瓦斯鹤见工厂即是如此。 (5) 焦炉煤气发电 焦炉煤气哲时没有合适用途时，也可用来发电。 焦炉煤气用于电厂锅炉时，其热效率可达90％，利用锅炉生产蒸汽发电，发电后的蒸汽还可供焦化厂生产用。焦炉煤气也可直接用于燃气透平机发电。中国利用航空发动机自动研制的焦炉煤气透平发电机已在陕西焦化厂及究州矿务局焦化厂得到成功应用。 (6) 焦炉煤气用于直接还原铁 钢铁联合企业中，焦化厂生产的含有大量H2和0儿的焦炉煤气本身就是还原性气体，将焦炉煤气送入热裂解炉中，其CI几经加氧催化裂解，即可得到含H274％、0225％的还原性气体，可直接送入气基竖炉生产海绵铁。由此而促成的高炉一直接还原铁一焦炉的联合流程是高炉流程工艺技术的自身完善，是钢铁生产向短流翟过渡的必由之路。 4 、焦油加工现状及发展思路 4 ．1 焦油加工现状 2001 年中国煤焦油产量为400万t左右。煤焦油是由多种复杂的混合物组成的，目前已从中成功分离出来的有500多种。煤焦油和加工产品是冶金、化工、医药、建材、交通、通讯等领域的重要基础原料，在国内外有着广阔的市场前景。 中国煤焦油加工工业是随着炼焦工业而发展起来的，焦油加工部门一般作为焦化厂的一个生产车间而建设。中国目前拥有煤焦油加工装置的企业有50多家，焦油加工能力约270万t／a。 中国的煤焦油加工水平与世界先进水平相比尚有一定差距。早在20世纪60年代，国外就开始建设大型的焦油集中加工厂，焦油集中加工的规模已达到150万t／a，单套装置的加工能力达到了50万t／a，提取的产品品种达到了200多种。中国现有的焦油加工装置主要分散在各焦化厂，单套装置的加工能力小、产品品种少。目前，处于国内领先地位的是宝钢于20世纪80年代从日本引进的焦油加工装置，加工规模为26万√a，单套装置加工能力13万t／a，产品品种26种。其余分散在各焦化厂的焦油加工装置，加工能力除鞍钢为25万√a、武钢为20万t／a、本钢为15万√a外，其他的只有5 — 10万t／a，产品品种10余种。中国与德国煤焦油加工状况对比见表4。 我国在 “ 六五 ” 期间就积极倡导对煤焦油进行集中加工，但由于种种原因，目前尚无集中的大型焦油加工厂建成，正在筹建的有上海、河南、山西等地的4 — 5家企业，建设规模分别为10 — 30万t／a不等。 4.2 焦油加工的发展思路 (1) 发展焦油集中加工 规模经济性作为一般的经济规律同样适用于煤焦油加工业。由于煤焦油本身的特殊性质，欲提取煤焦油中含量＜1％的组分，只有对其进行集中加工才具有经济意义。在条件允许的情况下，煤焦油加工的规模越大越好。煤焦油加工的实践表明，焦油加工的起始经济规模应达到20 — 25万t／a。 从20世纪70年代起，世界各国的焦油加工业就向集中加工这个方向发展。实现煤焦油集中加工和单机装置大型化，不但有利于提高工艺装备水平、自动控制水平和余热利用率，还为焦油馏分的深加工创造了最基本的条件。同时，由于集中加工，还可大大减少分散的加工点，可最大限度地采取环保治理措施，减轻对环境的污染。我国目前发展焦油集中加工的条件已基本成熟。可采取各焦化厂之间合并或集中处理的方式，也可采取独立专营的煤焦油产品公司来集中加工各焦化厂的煤焦油。提供原料煤焦油的各焦化厂，可按提供焦油的数量入股，并按提供的焦油数量对赢利部分进行分红。这样不仅可确保集中加工厂的原料焦油来源稳定，还可利用集中加工的优势，提高产品质量及数量，在激烈的市场竞争中取得最佳的经济效益。 (2) 发展焦油馏分集中加工 在焦油集中加工的基础上，中国宜进一步实施焦油馏分的集中深加工，各焦油加工企业不宜搞小而全的馏分深加工。 焦油馏分集中加工的发展思路，应是同一区域或相近区域内的几个焦油加工企业，将同一馏分分别集中到一起加工，一个焦油加工企业集中精力发展一种或两种馏分的深加工，这样，馏分深加工的规模则相当于几个焦油加工企业规模的总和。各焦油加工企业可按提供的馏分数量人股，并按提供的馏分数量对赢利部分进行分红。宜实行集中加工的馏分包括酚油、荼、洗油、原油等。实现馏分的进一步集中深加工，可最大限度地提高同一化合物在馏分中的集中度，大幅度提高馏分加工的深度，生产出更多高附加值、更具市场竞争力的产品。 (3) 选择适合于国情的焦油加工工艺路线 目前焦油加工的工艺路线主要有两条，一是以日本为代表的以生产碳素原料(制品)为主要目的的加工路线，二是以德国为代表的以最大限度提取单体产品为主要目的的加工路线。在选择焦油加工工艺路线时，不但受冶金生产状况的制约，更要受到石油化学工业整体状况(从产品、规模到加工技术)的影响。 精细化工的发展远景要求煤焦油加工必须改变产品结构，多从煤焦油已被鉴定出的几百种化合物中分离出贵重产品，以及利用衍生物的方法进行加工。同时，为保证电极工业对优质碳素材料日益增长的需要，还要开发以煤焦油沥青来生产优质的碳索石墨材料和碳素纤维等产品。因此，两种煤焦油加工工艺路线在发展中国家(如中国)应两者兼顾，上海宝钢所建设的煤焦油加工装置就是中国煤焦油加工的一个典型代表。 5 、粗苯加工现状及发展思路 5 ．1 粗苯加工现状 2001 年我国粗苯产量为l10万t左右。同煤焦油加工装置相似，我国粗苯加工工业也是随着炼焦工业而发展起来的。粗苯加工部门一般作为 焦化厂的一个生产车间而建设。中国目前拥有粗苯加工装置的企业有40多家，加工能力约70万t／a。 20世纪50年代初期，德国、英国、美国、法国、日本等就开始发展粗苯集中加工，单套装置的处理能力已达到8 — 10万t／a，并相继采用催化加氢精制代替了传统的硫酸洗涤法。我国的粗苯加工水平与世界先进水平相比，主要表现在单套装置的加工能力小，绝大部分组苯精制装置采用的仍是20世纪50年代的酸洗法工艺。处于国内领先地位的是宝钢焦化厂和石家庄焦化厂从国外引进的粗苯加氢精制装置，单套装置处理能力5万t／a。粗苯加工规模最大的为宝钢焦化厂，年加工粗苯ll万t，其余分散在各焦化厂的粗苯精制装置加工能力只有1 — 3万t／a。5．2 粗苯加工的发展思路 (1) 发展粗苯集中加工 粗苯加工的目的是从粗苯混合液中分离出高纯度的苯、甲苯、二甲苯等产品。提高粗苯集中加工装置的单机处理能力，可以最大限度地利用先进加工工艺，提高产品收得率和质量，并减少分散加工带来的环境污染，获取最佳经济效益和社会效益。粗苯精制的最小经济规模应为5万t／a。在条件允许的情况下，粗苯加工的规模越大越好。粗苯集中加工的发展思路应是同一区域或相近区域内的焦化厂，将粗苯集中到一起加工，各企业按提供的粗苯数量人股，并按人股的粗苯数量对赢利部分进行分红。 (2) 选择适合于国情的粗苯加工工艺 粗苯精制工艺主要有酸洗法和加氢法两种。 酸洗法是国内目前普遍采用的一种粗苯加工方法，具有工艺流程简单、操作灵活、设备简单、材料易得、能在常温常压下运行等优点。但与加氢法相比，存在产品质量差、产品收率低、环境保护差(初馏分、再生残渣、酸焦油至今无有效的治理方法)等致命缺点。加氢法是国外已普遍采用的一种粗苯加工方法，其突出的优点是苯类产品的收率高(比酸洗法高8％一10％)、产品质量高(尤其是含硫低)、环境保护好(几乎没有外排的废渣、废液、废气)和经济效益好。 我国粗苯加工工艺的发展方向应该是加氢精制。目前我国已具备了建设粗苯加氢精制装置的条件。除了主要设备和仪表外，其余创国内都可以制造；国内以焦炉煤气为氢源用变压吸附法生产纯氢(99．9％)的技术成熟；国内已引进投产的莱脱法(量t01)加氢装置(宝钢)和溶剂法加氢装置(宝钢、石家庄焦化厂)则为我国粗苯加氢精制装置的建设和生产提供了可以借鉴的宝贵经验。 6 结论 跨人新世纪的中国面临着从炼焦生产大国向炼焦工业强国转变的艰巨任务。在以大型机械化焦炉替代土焦和中小型机焦炉的同时，以先进的环保、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的目标。 显示全部