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温燕明:焦化工序创新发展路径探寻

时间:2014-09-05 09:50来源:中焦协网 作者:温燕明 点击:
焦化工序是钢铁企业的关键工序之一,是钢铁企业能源转换功能和碳素流的源头,其能耗占整个钢铁工序能耗的13%左右,按照流程工业解析焦化工序过程尚有50千克标煤/吨焦的节能潜力

    焦化工序是钢铁企业的关键工序之一,是钢铁企业能源转换功能和碳素流的源头,其能耗占整个钢铁工序能耗的13%左右,按照流程工业解析焦化工序过程尚有50千克标煤/吨焦的节能潜力。据统计,在2012年全国炼焦生产过程中,有约2170万吨标煤的余热余能未被有效回收利用。

焦化工序系统价值存潜力

    焦化工序是清洁能源的转化工序,其流程功能价值还没能体现出来。由于缺乏创新,传统工艺优势未充分发挥,其污染高、能耗高、产品附加值低、竞争力差等问题凸显,在一定程度上制约了企业发展。

    从流程工业的视角分析,焦化流程物能不匹配、系统能效低是焦化工序系统价值潜力所在,也是其污染高、能耗高、产品附加值低、竞争力差等问题的所在。其主要表现在:过程能耗高、能质不匹配,系统能效低,运行成本高;过程余热、余能、粉尘、废水、毒素排放量大,污染重;产品链短,附加值低,产品单一,竞争力差;过程价值未能高效集成,劳动生产率低。

    面对资源、成本、环境、市场4道关的焦化企业,必须创新转型发展方式,认知新的价值和发展空间, 解构焦化流程特征,创造过程价值,提高过程资源效率、能源效率、环境效率,开发洁净工艺,生产洁净产品,创造洁净环境,这成为焦化工序创新转型发展的历史命题。

创新过程价值 实现洁净发展

    焦化工序是采用炼焦煤通过干馏实现焦炭及其关联产品的生产、分离和重构的典型能源转换的流程工艺模式。其作为钢铁流程能源流的源头,是钢铁企业能源中心和铁素流各工序能源系统优化集成提升过程价值的核心。其功能价值有:第一,能够提供优质适用的焦炭供高炉使用,以提高冶炼能效;第二,焦炉煤气含氢55%、甲烷24%,可为集成钢铁流程氮气、一氧化碳、二氧化碳等资源,实现二次能源物质转化提供充足的资源保证;第三,凭借蓄热式焦炉的优势,可以消纳钢铁流程低热值的高炉煤气;第四,借助钢铁流程废弃物的消纳功能,消纳焦化废水且实现零排放;第五,凭借焦化工序自身的优势提升钢铁流程系统价值,成为钢铁流程新的效益增长点。

    焦化工艺与煤变油、煤气化、发电等能源转化等煤炭深加工形式相比,是工艺最简单、能源转化率最高、能耗最少、成本最低、关联产品最丰富的一种模式。

    如何发挥焦化工艺流程优势,培育企业新价值?基于对焦化及钢铁流程的新认知,笔者认为,应该改变传统流程只重视物质流—产品的加工模式,提倡工艺物能转换全价开发,由只注重产品到也注重过程,实现过程物能转化价值最大化,以价值创新重塑工艺过程。同时,也应该提高资源效率、能源效率,即在源头节约资源和减少污染,开发提高过程效率的技术,改变消耗高、污染重、成本高等状况,实现洁净发展,提高综合竞争力。

加强技术创新 利用余热余能

    近几年,大中型钢铁企业从节能、环保、改善焦炭质量的角度出发,纷纷兴建干熄焦装置,焦炭干熄率已达到88%。现在我国已经可以设计建设50t/h~200t/h各种规模的干熄焦装置,干熄焦技术正向大型化和系列化方向发展。一些大型独立焦化厂从节能环保、减排CO2、提高竞争力的角度出发,对干熄焦技术逐渐认可并开始采用,加快了建设干熄焦装置的速度,为推动焦化工业的节能减排发挥了重要的作用。

    在流程工业和热工理论的指导下,捣固炼焦技术、高温高压干熄焦、焦炉烟气煤调湿、热导油替代蒸汽、烟道气余热负压蒸氨、夹点及能源网络优化、上升管余热回收、焦炉烟气余热回收等创新技术相继出现,使焦化工序能耗从2005年平均183.2576千克标煤/吨焦下降到2012年的124千克标煤/吨焦,加大了能量流的内循环度。

    由于创新技术有一个认知和推广的过程,这些技术的进一步普及推广、集成网络化高效利用,可使焦化工序能耗降到90千克标煤/吨以下,本质上将推动焦化流程向洁净化发展。

开发相关技术 重构产品新价值

    焦炭及其粗苯、煤焦油、焦炉煤气的生产依然是焦化工序生产经营的主体,焦炭、焦炉煤气作为钢铁冶炼和轧钢的燃料和还原剂是其传统价值。在能源流、物质流及能源流网络成为新时期的效率之源且新能源产品成为钢铁流程的新价值的今天,必须认识到焦化流程的元素分离和重构是一个价值的再造过程,工艺过程优化和物质流的支化是过程价值集成的本质。当前,先进钢铁企业通过相关技术集成实现了焦炉煤气的附加值、洁净产品的转化。他们集成焦炉煤气中50%~55%的CO和转炉煤气中的CO,生产甲醇、LNG(液化天然气)、天然气等洁净能源产品,一方面可为社会减少PM2.5作出贡献,另一方面也能为企业创造良好的效益。用化学工程、流程学的视角观察钢铁流程和煤焦化过程,开发化工等领域高附加值精制产品,钢铁企业、焦化企业将大有作为。如双酚、苯乙烯、聚碳酸酯、乙二醇、炭素制品等产品,完全可以凭借钢企气体资源实现较大批量生产,是钢铁、焦化流程的功能价值再开发,也是新时期市场发展所需,更是钢铁企业和焦化企业产品结构、企业价值结构重构的新途径。

    由于焦化工序过程的关联产品丰富,1000万吨规模的钢铁企业利用焦炉煤气、转炉煤气、制氧厂氮气、石灰窑二氧化碳等作为优质合成气,可生产商品甲醇63.47万吨/年、氢气1万立方米/小时、乙二醇20万吨/年、醋酸产品20万吨/年等,年产值可达39.6亿元,效益十分可观。

    例如,某300万吨/年钢厂以焦炉煤气和转炉煤气生产10万吨/年的甲醇,使钢厂的能源结构得到优化,实现二次能源物质转化。某钢铁企业以焦炉煤气、转炉煤气为原料生产甲醇,2012年产量为9.54万吨,仅产品利润就实现4282万元,利用转炉煤气1.033亿立方米,减排二氧化碳13.1万吨。

    目前我国多套焦炉煤气制液化天然气项目已经投产并稳定运行。钢铁企业的焦化工序过程余热余能实现高效洁净产品转化,不仅是提升自身竞争力的需要,更是其实现与社会和谐发展的社会责任。


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