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气化焦生产及焦粒造气工艺技术经济性探讨
作者:科瑞康管理员   发布日期:   更新时间:2016-10-14 15:47:49   

摘要:阐述了目前我国焦化行业的形势以及未来发展趋势,焦化企业转型升级迫在眉睫。介绍了致力于为焦化企业提供技术服务的中钢集团鞍山热能研究院有限公司新开发的以洁净高效气化带动焦化企业绿色转型升级系统,深入分析了气化焦生产和气化的技术经济性。

关键词:焦化;气化焦;市场需求分析;技术经济与企业管理;可行性研究


一、焦化行业面临的问题及未来发展趋势

焦化属于传统煤化工行业,受钢铁行业影响,我国焦炭产量近年来有所下降,见图1。2015年中国焦炭产能严重过剩,产能约6.8亿t/a,产量约4.4亿t,产能利用率约65%,产量的90%焦炭用于冶炼行业[1] 。2016年,钢铁和焦化行业产能过剩形势继续恶化。为化解过剩产能,2013年10月,国务院出台《化解产能过剩政策的指导意见》,钢铁业作为产能过剩的大户,将在未来5年压缩8000万t/a以上总产能,2016年2月国务院发布《关于钢铁行业化解过剩产能 实现脱困发展的意见》,从2016年开始,用5年时间再压减粗钢产能1~1.5亿t/a,按照吨钢消耗0.5 t焦炭计算,未来五年将压缩0.5~0.75亿t焦炭,因此焦化行业也面临着去产能的严重压力。未来几年是焦化企业生存的关键时期,如何有效利用过剩产能设备,使沉没资产产生效益,是部分焦化企业把握生存机会的关键之一。利用现有设备生产气化焦,拓展焦炭应用途径,对于企业和相关行业而言或许是解决问题的有效途径之一。图1为2011—2015年我国焦炭和生铁产量。

二、焦化企业转型升级新思路 

2.1   以气化焦带动焦化企业转型升级技术

焦化生产的主要产品为焦炭、焦炉煤气和高温焦油。焦化企业的转型升级的基础在于冶金焦炭的市场出路,其技术关键在于产品产业链的延伸及管控一体化控制,政策关键在于环保达标。独立焦化企业产品结构调整方向是减少冶金焦炭产量,提高煤气和焦油的收率和利用效率,延长焦化产业链,构建新的产业生态,加强对煤气和焦油的深加工和利用途径的开发[2]。

但是,焦炉煤气产量有限,且近50%的煤气用作焦炉加热热源和锅炉热源,只有剩余的50%焦炉煤气可作为产业链延伸的原料气,限制了独立焦化企业的产品结构调整和盈利能力的提高。中钢集团鞍山热能研究院有限公司开发的以洁净高效气化带动焦化企业绿色转型升级路线示于图2,结合焦化企业已有配煤、焦炉操作、煤气净化、污水处理、煤气利用以及公用工程的计算机控制系统,配合中钢集团鞍山热能研究院开发的焦化企业管控一体化系统,实现根据产品市场和价格动态、成本和效能分析等进行生产调控,使企业有效实现产能在冶金焦和气化焦之间的调控,能帮助焦化企业走出单一气化焦产品困境。另外,受环保政策的影响,我国一些地区以煤气化气作为能源做法受到限制,这给焦化气化市场提供了新的机会。


2.2   转型升级技术优势

(1)大比例配入低阶煤的气化焦生产技术,可以有效降低气化焦生产成本。

(2)技改项目具有投资成本低、污水排放少等特点,无额外环保风险。

(3)带动煤化工产业链延伸和发展。

(4)可根据产品市场行情,动态调节产品结构。


三、气化焦生产及其气化工艺技术经济性分析 

3.1   气化焦生产技术可行性分析

气化焦对灰分、硫分、挥发分、强度要求不高,见表1。气化焦与冶金焦粉焦反应性比较见图3,气化焦要求高的反应性,与冶金焦要求相反,例如西南某公司气化焦CRI为55%,CSR为35%。另外,需要注意气化焦灰熔点指标,以适应气化炉要求;气化焦质量应根据原料和气化炉综合平衡。采用现有焦炉即可生产气化焦,技术上是可行的,但需要注意以下几个问题,如结焦时间、膨胀压力与焦饼收缩状况、气化焦粒度和推焦状况、生产气化焦时焦炉、煤气净化等生产管理的调整等。例如煤气量增加对系统影响和生产高硫气化焦焦炉煤气脱硫影响等。

3.2    气化焦生产经济性分析

中钢热能院已有用常规焦炉生产气化焦研制技术及成功经验,如西南某公司气化焦研制及优化配煤项目。该公司利用捣固焦炉生产气化焦,气化焦再去气化。褐煤配入比例≤25%,低阶煤配入比例为20%~30%;焦油产率提高0.5~1.2个百分点;粗苯产率提高0.1个百分点,吨煤煤气产量提高60~80m3/t,生产气化焦成本降低80~100元/t。以20万t/a焦化厂为例,按以上数据,企业综合效益可增加2490~3310万元/a,见表2。通过此技术,企业可以完成产品结构调整及优化,延长煤气深加工产业链,使企业扭亏。该技术对整个行业的转型升级具有指导和促进作用,目前此技术正在推广中。

3.3   气化焦气化炉型的选择

近年来,煤气化技术在我国呈现百家争鸣的态势,如Shell粉煤气化技术、鲁齐碎煤加压气化炉、德士古水煤浆气化技术、航天炉煤气化技术等。这些气化技术主要用于大型现代煤化工企业,投资需几十亿元。根据目前焦化企业的经济状况,从国外引进大型先进的气化技术存在一定困难,如果后续产品不能够配套,则会造成资源的浪费;大型煤气化炉用的原料为干粉煤或水煤浆,原料需要破碎或成浆,生产成本高。目前国家已经禁止新建固定床间歇气化工艺,主要原因是排空气体污染环境。与固定床煤连续气化相比,气化焦气化过程不产生高浓度酚氰废水,还可以处理部分焦化废水深度处理残液。气化焦固定床常压纯氧或富氧连续气化技术在我国运行稳定,水煤气热值较高,达到了安全、节能、环保的要求,在国内具有较好的市场前景,所以焦炭气化可以选择纯氧或者富氧连续气化工艺。

3.4    气化焦气化经济性分析

气化焦生产和焦炭气化工艺完全成熟,所以气化工艺的核心是成本问题。气化工艺经济分析可以分成三个部分:气化焦成本、合成气成本、气体综合利用可实现的价值。

3.4.1  气化焦成本

气化焦成本的核心问题是配煤成本。配煤成本占气化焦生产成本的80%以上。大比例配入廉价低阶煤生产气化焦是降低配煤成本的有效途径。目前有几家企业已采用常规生产焦炉生产气化焦,但因廉价低阶煤配入比例低,生产成本偏高。

3.4.2  气体综合利用可实现的价值 

我国焦化企业在煤气深加工利用方面做了很多产业链延伸探索,如焦炉煤气制甲醇、LNG、苯乙烯、聚碳酸酯、乙二醇等[3],通过煤气深加工进行产业链延伸,是焦化企业产品结构、企业价值结构重构的新途径,是企业生存的关键。采用的气化炉型和工艺不同,气化气体的组分也不同,因此,利用途径也不一。如图2,通常气化气可以对焦炉煤气补碳合成化工产品,或者替换回炉用焦炉煤气作燃料,可以在源头有效抑制硝化物的产生,也可直接取代其他燃气用于发电等。合成气的利用需要充分考虑企业周边化工产品市场情况和现有装备问题。

3.4.3  合成气成本

采用的气化炉型和工艺不同,合成气的成本也不相同,见表3。

若采用纯氧连续气化工艺,单台炉建设投资成本约600万元,纯氧煤气低位热值约2300kcal/Nm3,干煤气产率约2.3 m3/kg。合成气成本包括气化焦成本和气化运行成本。以2016年4月份煤炭价格为例,气化焦生产成本约550~600元/t,气化焦成本占比>55%,纯氧连续气化煤气成本约0.33~0.35元/Nm3。若采用空气水蒸气连续气化,煤气成本约0.16~0.18元/m3,气化焦成本占比>85%,煤气热值仅为5.43 MJ/m3。采用纯氧连续气化生产的煤气成本受气化焦价格影响较小。如取代天然气作燃料,按等热值折算,表3中两种气化方式的煤气成本分别为1.1~1.2元/m3和1.0~1.1元/m3,天然气价格约2.6元/m3,气化气成本远远低于天然气价格,经济优势明显。


四、技术展望

新常态下,转变独立焦化企业只能依靠钢铁企业的被动局面的观念,以现有焦化为源头,开发现代煤化工产业,实现以焦为主向“降焦提化”、“以化为主”的转型;结合产业创新和技术创新,提升焦炉煤气利用价值,精细切割和生产煤焦油产品重要组分,延伸焦化产业链,实现焦化产品的高附加值利用,做好企业管控,实现扭亏为盈。

利用焦炉生产气化焦将带动焦化行业转型升级,相关配套技术的开发将形成具有中国特色的煤化工及相关产业链:煤质评价及选择、气化焦生产技术、气化焦高效气化技术及装备、气化气高效利用及产业链的研究与优化。中钢集团鞍山热能研究院有限公司愿与大家一起迎接挑战,攻坚克难,尽快走出焦化行业的困境。







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