焦化产品产率影响因素和对策

兰会贤(山西省工业设备安装集团有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

焦化是对有机物进行碳化处理的过程。煤炭化学工业建设和发展中，炼焦工艺占据着极为重要的位置，该工艺在化学工业、医学工业和国防工业当中发挥着至关重要的作用，以此推动我国经济建设。所以，炼焦工业有必要采取多种措施提高焦化化工产品的产率。

1 焦化产品及组成的相关分析

煤经高温干馏后获得的焦炭、高温焦油、炼焦煤气及其回收的化工产品统称为焦化产品。在焦炉内部，煤炭经过高温干馏，发生物理及化学变化。炉内温度在200℃以下时，水分蒸发会产生甲烷、二氧化碳等气体。炉内温度在250～300℃之间时，煤炭内的大分子含氧物质会发生分解反应，快速分解后生成水、二氧化碳以及酚类物质。当焦炉内温度超过300℃且低于600℃时，会从胶质层中析出一氧化碳、二氧化碳、甲烷和初焦油等物质，这些物质称之为初次分解物。初次分解物在高温环境下往往会在到达炭化室顶部空间前发生二次热解，并生成二次热裂解产物。一般情况下，热解气体还会在焦炉内生成芳烃类产物。在实际的焦化化工生产中，炉内温度的不断变化会导致原煤质量与化工产品的数量均发生改变。持续的加热与物理化学反应决定溢出的化工产品的组成成分。通常来说，对个别焦化步骤进行调整并不会导致炉内产品组成的大幅度变化。

2 焦化产品产率影响因素

2.1 原料煤

2.1.1 煤化程度分析

焦化化工企业及装置如图1所示。

图1 焦化化工企业及装置

甲烷、二氧化碳、一氧化碳、化合水和初焦油的含量较低，初次分解产物在碳化室内析出后75%的产物可借助高热的焦炭层沿1000℃的炉墙向碳化室顶部流动，剩余的产物可在温度不足400℃两侧胶质层的煤料逸出。

炼焦化学品的工艺流程如图2所示。

如分解产物经由高热的焦炭沿碳化室炉墙向上流动，受高温条件影响，产物中的碳氢化合物流动至碳化室顶部前会产生二次分解的情况，释放氢气，发生化学反应后可生成二次热裂解产物。碳化中，炉顶温度约为800℃，热解气体还可产生芳构化反应。炼焦化学品的组成和数量与干馏温度和原煤性质有着密切的联系，炭化室逸出的煤气组成也会受炭化时间的影响而有所不同，炼焦炉炉组具有连续性，在常规生产条件下，焦炉煤气的组成大体相同。原料煤煤化程度与煤的热解效果有着十分密切的联系，同时，也对煤热解之初的温度、热解反应的性能和粘结性能产生较大的影响。原料煤煤化程度间的不同是热解产物和产率不同的主要原因。低煤化程度的煤料热解后，煤气、焦油和水的产率较高。变质程度为中等的煤，热解中上述物质的产率次之，而煤化程度较高的煤在热解中产生的煤气量、焦油量最少。装炉煤的煤化程度和配比关乎化工产品的产率，因而必须高度重视装炉煤的煤化程度和煤的配比。

2.1.2 岩相组成

按照煤炭岩相影响因素的不同变化，不同类型产品的生产情况也会存在差异。在稳定组、镜质组和丝质组的对比分析中发现，煤气产率由高到低的排列为稳定组、镜质组、丝质组；焦炭产品产率排列为丝质组、镜质组、稳定组；焦油产率最高的为稳定组，最低的为丝质组。化工产品的产量和质量也会受到装炉煤岩组成比例的影响。

2.2 结焦温度

热解温度是影响产品产率的关键要素，产品的成分也会受到温度左右，产品的结构随之改变，这也是出现产率差异的主要原因。如热解温度呈上升趋势，焦油和焦炭的产率则会出现明显的下降趋势，而煤气则刚好相反，产率会随着温度的升高而不断提升。由此可知，温度变化情况会直接影响到产品的产率。为此，相关人员应以生产要求为依据加大焦饼中心温度控制力度。若中心温度长时间处于上升状态，则会对后续的化学产品回收产生不利影响。

2.3 炉顶容积及温度

为保证化学产品产率，规定炉顶空间的温度为750℃，而当炉顶温度上升到900℃及以上时，因为热解作用的影响，焦油产量及煤气热值会呈现下降趋势，而在加热过程中，产生的各类型化合物或气体，如氰化氢、化合水、氢气会逐渐增多。另外，导致煤气热值降低的因素还有热解作用下减少的不饱和碳氢化合物与甲烷。在成功导出荒煤气且顺利出煤的基础上，要注重炭化室内煤料量，把控煤气于炭化室内停留的时间，以此控制二次热解问题。如炭化室中煤料的含量不足，炉顶的空间也会随之变化，室内温度会呈现上升趋势，进而对化工产品及焦炉生产的产量产生较大的影响。

2.4 工艺操作

2.4.1 焦油回收率分析

煤焦油渣中的残留焦油会增加资源消耗。在生产中并未严格按照规范要求控制焦油氨水分离，氨水当中混入了大量焦油。装炉煤较为精细，且高压氨水的压力无法满足规定要求，因此，回收系统中的焦粉和煤粉也影响着焦油的质量，阻碍后期的生产操作。最后，工作人员没有科学处理出冷气中的煤气产品集气温度，产品中的焦油含量过多，从而降低焦油产量，阻碍后续加工的顺利进行。

2.4.2 粗苯回收率分析

吸收温度对粗苯回收率产生了较大影响。煤气中的苯族烃含量固定时，温度与吸收效果成负相关关系，温度必须在合理的范围之内，如温度过低，洗油的粘度有所上升，降低吸收率。为此，规定吸收温度为25～27℃，贫油的吸收温度为27～30℃。洗涤油的质量及循环量也会影响粗苯回收率。在洗油时，在温度超过270℃前，规定蒸出物的质量分数在60%以上，300℃前馏出物的质量分数在90%以上，且严格控制循环量。煤气的流速和系统压力也会影响吸收率。脱苯操作的规范性也是重要影响因素，贫油的含苯量较高，蒸汽的应用率较低，温度控制差、富油入塔温度较低，进而破坏洗油再生效果，降低粗苯的回收率。

2.4.3 硫铵回收率分析

硫铵回收率的影响因素主要有：氨含量、预热后的煤气温度、母液温度、循环母液酸度这几项。

2.5 结焦时间

因受到焦结时间的限制，加热过程中会存在升温速度加快的情况，但加热速度的加快，气体析出速度也会有所上升，无法达到气体析出最高值，进而降低煤炭的产率，煤气和焦油的产率也会升高。内行气占气态产品的10%～25%，外行气则在经炭化室和焦炭缝隙处理后，直接进入到顶部空间内，进行二次热解反应，这也是外行气反应剧烈的主要原因。由于压力因素的影响，初期的热解工作在一定程度上削弱了热解反应，这时如果炭化室压力增加，会直接引发漏气问题，气体可能会直接进入燃烧系统当中，不利于煤气的利用。若室内为负压环境，则大量空气进入室内，从而导致其他化学品燃烧，形成大量的二氧化碳和氮气体，降低煤气热值，降低产品产量。

3 提升焦化化工产品产率的有效策略

3.1 提升焦油产率的策略

一方面要做好设备清理清洁工作。清理内容包括机械化氨水澄清槽循环进口位置、电补焦油器。前者是为了保持压油量的稳定性和均匀性，后者则是为了增大煤气回收利用率。另一方面要处理好焦油设备的零部件，包括手动翻板和蝶阀等，并做好煤气管道的科学调整，加强循环液流动效果，降低氨水量。

3.2 提升粗苯产率的策略

加大脱苯塔顶部温度控制力度，使其温度处于91～93℃，高度重视循环洗油水的品质，并将1%～1.5%中的洗油放入再生器当中，以加强再生处理效果。过热蒸汽量需保持在200～1000m3/h之间。控制蒸汽量；定期使用蒸汽清理粗笨使分离器冷却水流出中管道，避免分离水进入，降低产品纯度。定期检查苯回收设备，防止发生设备运行异常或设备运行故障问题，进而降低产品产率。

3.3 增加硫铵产率的策略

在提高硫铵产率过程中：一是科学控制配煤水分，增加剩余氨水量；二是把控喷洒液的加工工艺和流程，确保煤气产量在规定标准范围内。不过在该处理过程中，需要实施脱硫处理，以免硫铵中掺杂大量的浓氨水，影响最终生产效果。

3.4 加大管控力度

依据煤场存煤现状，及时与总调度交流沟通，科学调整配煤。如煤值不合理，则要向上级部门反馈，做好监督工作，若结焦时间发生变化，则可根据管理标准处理，以煤气时间检查，科学处理回收后的板式换热器。

4 结语

通过上述的分析与论述可以获知，炼焦工业对经济建设与发展具有不可忽视的作用。炼焦生产中，焦炉温度和操作工艺对化工产品的产量和构成影响显著。原料煤的性质、焦结的温度和炉顶空间的温度、容积和操作流程、工艺等因素是影响焦化化工产品产率的主要因素，为提高产品产率，务必采取有效策略，改善焦化生产的质量，创造理想收益。