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1. 概述

        除了焦?fàn)t煤氣之外，焦?fàn)t煤氣噴淋冷凝產(chǎn)生的氨水和焦油是煉焦工藝中兩個(gè)最主要的副產(chǎn)品。

        焦油所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可以幫助焦化廠彌補(bǔ)煤氣洗滌所帶來的成本的壓力。

循環(huán)氨水雖然不象焦油那樣為客戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，但是如果不進(jìn)行妥善的處理，不僅會(huì)對(duì)焦化生產(chǎn)工藝帶來影響，而且還會(huì)遇到環(huán)保排放方面的壓力。

        很多方面來看，焦油和石油都很相似，是一種日趨減少的資源。現(xiàn)代西方的煉焦工業(yè)越來越注重于無回收的煉焦工藝，未來焦油市場(chǎng)必將出現(xiàn)供小于求的市場(chǎng)格局。所以，優(yōu)化回收工藝，可能的回收煉焦工藝產(chǎn)生的焦油無論是在當(dāng)前還是在未來都將為焦化廠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

由于工藝問題和場(chǎng)地的因素，依靠增加設(shè)備的手段來改進(jìn)焦油氨水質(zhì)量受到限制，在國(guó)外企業(yè)應(yīng)對(duì)此問題的方法是在生產(chǎn)過程中添加化學(xué)藥劑，提高焦油和氨水的分離程度，降低焦油粘度，這樣既達(dá)到焦油脫水的目的又降低氨水中的焦油含量，防止循環(huán)氨水中所含焦油在系統(tǒng)設(shè)備中的沉積。

2.      技術(shù)方案發(fā)展歷程      

    目前，國(guó)際上已有一些化學(xué)方法可以提高焦油質(zhì)量，其中主要包括以下兩種：水基技術(shù)方案和油基技術(shù)方案。

·         水基技術(shù)方案

水基技術(shù)方案（破乳劑）通常是將化學(xué)藥劑加入焦油產(chǎn)品中，從而進(jìn)入到儲(chǔ)罐中，通過一段時(shí)間的停留，水基藥劑將破壞這些乳液，使氨水從中分離出來并重新流回到系統(tǒng)當(dāng)中。

這種技術(shù)能夠有效地達(dá)到降低焦油含水率的目的，但它對(duì)循環(huán)氨水質(zhì)量的改善作用很小甚至沒有作用。

·         油基技術(shù)方案

這種技術(shù)是在集氣管和橋管噴淋回路中加入焦油減粘劑和破乳劑，通過這種方法，不僅能夠提高焦油脫水率，而且對(duì)循環(huán)氨水的質(zhì)量也有積極的影響。

嘉能公司焦油脫水劑同時(shí)也是一種優(yōu)秀的減粘結(jié)劑，它會(huì)在焦油的表面生成一層膜，增加焦油的流動(dòng)性，使得焦油的粘結(jié)性大大降低。

    另一個(gè)影響焦油脫水率和循環(huán)氨水質(zhì)量的因素是喹啉不溶物的含量，這是因?yàn)猷蝗芪锱c焦油和氨水形成穩(wěn)定的乳狀液。在通常條件下，喹啉不溶物對(duì)焦油和氨水的分離不會(huì)有重大影響，但考慮到焦油和氨水的質(zhì)量問題，它卻是一個(gè)不容忽視的因素。而這種化學(xué)解決方案則能夠降低因喹啉不溶物造成的焦油氨水分離問題。

    目前采用這些化學(xué)技術(shù)來增強(qiáng)焦油氨水分離工藝的國(guó)家有：加拿大、美國(guó)、日本、巴西、智利和歐盟一些國(guó)家。尤其是在日本和南美，近年來很多國(guó)際性的大鋼鐵公司的焦化廠都在采用這些技術(shù)。

3. 焦油和氨水質(zhì)量管理的重要性

        氨水和焦油是同時(shí)產(chǎn)生的，隨后他們被同時(shí)處理，經(jīng)過氣液分離器之后它們被分開處理。但是因?yàn)槊簹庀礈觳僮髟O(shè)計(jì)的原因，在很多工序里面他們是結(jié)合在一起的。這種有時(shí)分開有時(shí)結(jié)合在一起的特性對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝造成了許多問題。

        為了既滿足環(huán)保排放要求又保證焦油氨水分離工藝、焦油回收工藝的要求，焦化廠必須關(guān)注氨水和焦油質(zhì)量的管理。嚴(yán)格正確的氨水焦油質(zhì)量管理可以在降低操作成本的同時(shí)使得經(jīng)濟(jì)效益化。

3.1 氨水

        即便是把氨水里面的焦油全部分離出來，氨水本身的性質(zhì)依然會(huì)對(duì)生產(chǎn)工藝和操作成本帶來直接的影響。我們認(rèn)為清潔的氨水依然會(huì)造成生產(chǎn)系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢。

        氨水導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)生的主要原因是因?yàn)樵诎彼写嬖诎?、氰化物，H2S, CO2和其他污染物?；旧隙沤^腐蝕產(chǎn)生的措施很少。

        理論上來講氨水中不應(yīng)該有鈣的存在。但是實(shí)際操作上氨水中往往會(huì)檢測(cè)到少量鈣的存在（<10ppm)。這種鈣的存在的原因主要來源于兩個(gè)方面，一個(gè)是其他系統(tǒng)操作排進(jìn)來的廢水，另一個(gè)是因?yàn)榄h(huán)保的要求在焦?fàn)t煤氣洗滌過程中必須要將各個(gè)階段產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理。當(dāng)鈣離子的含量超過10ppm之后系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)垢的趨勢(shì)將明顯增強(qiáng)，相應(yīng)的廢水處理的成本也將大大提高。鈣離子的升高還將降低系統(tǒng)的冷卻效果，降低循環(huán)氨水質(zhì)量，減少焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)品的收率，從而帶來的操作成本的上升。所以，如果氨水系統(tǒng)中鈣含量升高，首先必須查明鈣離子的來源，然后盡可能的消除或減少因鈣離子的存在而對(duì)系統(tǒng)和工藝帶來的影響。

        另外一個(gè)方面，雖然清潔的氨水不應(yīng)該含有焦油，現(xiàn)實(shí)的操作中卻往往有焦油的存在。在較低的焦油含量（<25ppm)情況下，氨水中的焦油對(duì)工藝和操作成本造成的影響不會(huì)很大。如果焦油物質(zhì)控制在小于100ppm的情況下，對(duì)生產(chǎn)工藝帶來的負(fù)面影響還可以接受。但是在大多數(shù)氨水焦油操作實(shí)踐中，焦油的含量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)數(shù)值，有的會(huì)在200-300ppm, 高的甚至達(dá)到2000-3000ppm。 在這樣高的焦油含量下，焦油和系統(tǒng)中懸浮物結(jié)合起來造成的沉積會(huì)對(duì)煤氣清潔操作的各工序帶來影響。不僅直接降低了系統(tǒng)的冷卻效率，大大增加了系統(tǒng)的操作維護(hù)成本，并且還會(huì)降低焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)品的收率，加劇系統(tǒng)管道的腐蝕和沉積現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)帶來環(huán)境保護(hù)的隱患。

3.2 焦油

        焦油是煉焦過程中一個(gè)很有價(jià)值的副產(chǎn)品。所以，在回收過程中所產(chǎn)生的焦油的質(zhì)量會(huì)對(duì)焦化廠的效益有著很大的影響。

焦油的質(zhì)量主要由以下幾個(gè)方面來判斷：

水分

灰分

甲苯不溶物或喹啉不溶物

        水分的問題主要產(chǎn)生在焦油處理過程或者是煉焦操作的過程，當(dāng)然也可能是兩者的共同作用的結(jié)果。

        甲苯不溶物/喹啉不溶物和灰分的問題主要發(fā)生在煉焦操作過程中，也可能由于一些設(shè)備操作不當(dāng)所產(chǎn)生。

4. 加強(qiáng)焦油氨水質(zhì)量管理

        通常來講，焦油氨水系統(tǒng)都設(shè)計(jì)有適當(dāng)?shù)牟僮鞒绦蚝吞幚碓O(shè)備，如果再加上煉焦過程和煤氣清潔工藝的正確操作，焦油和氨水的質(zhì)量應(yīng)該能夠足以降低操作成本和盡可能的回收副產(chǎn)品。但是在現(xiàn)實(shí)的操作中，焦油和氨水的質(zhì)量總是會(huì)有一些波動(dòng)，和焦化廠的期望目標(biāo)有一些差距。消除或減少這些波動(dòng)是加強(qiáng)焦油氨水質(zhì)量管理的關(guān)鍵因素。

        增加合適的設(shè)備可以達(dá)到生產(chǎn)高質(zhì)量的焦油和氨水的目的，但是這種投資對(duì)于焦化廠來講顯然是不經(jīng)濟(jì)的。所以焦化廠只能在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)每一步工藝過程都按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行操作，才能保證盡可能的改善最終產(chǎn)品質(zhì)量。

        象任何工藝處理一樣，焦油氨水質(zhì)量管理最重要的關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)該放在工藝側(cè)的最上游，只有這樣，下游的工藝才能從這些工藝上的改進(jìn)得到收益。每道工序的改進(jìn)就會(huì)形成一個(gè)合力，而整個(gè)生產(chǎn)工藝將會(huì)從這種系統(tǒng)性的改進(jìn)中受益，從而達(dá)到良性循環(huán)。

        我們通常按照以下三個(gè)方面來解決問題，并且通常我們會(huì)根據(jù)它們的排列次序來考慮提升質(zhì)量的手段：

設(shè)備

操作

化學(xué)品技術(shù)

        雖然并不是所有的操作都會(huì)被上面所列舉的三個(gè)因素影響，但是必須對(duì)問題按照上述順序進(jìn)行評(píng)估，因?yàn)橹挥羞@樣才能得出對(duì)系統(tǒng)和工藝的正確評(píng)價(jià)，從而達(dá)到期望的效果。

總之，正確的焦油氨水質(zhì)量的管理可以降低操作成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，并且能夠保證生產(chǎn)操作符合環(huán)保要求。

5. 化學(xué)品工作機(jī)理

5.1工作機(jī)理

嘉能公司使用的化學(xué)品的作用是一種破乳劑和減粘結(jié)劑。

焦油和循環(huán)氨水在一種乳化狀態(tài)進(jìn)入氨水焦油分離大槽。如果沒有其它能夠穩(wěn)定這種乳化狀態(tài)的溶液導(dǎo)入大槽，氨水和焦油在大槽里面依據(jù)各自的物理特性，可以比較容易的分離開來，而且這種分離速度很快。但是大槽內(nèi)依然有一個(gè)包含焦油、煤粉、焦炭粉末和氨水的乳化層，如果停留時(shí)間足夠長(zhǎng)，這些物質(zhì)能夠繼續(xù)分離，但在實(shí)際的操作中因生產(chǎn)工序的要求，不可能提供充足的停留時(shí)間。所以經(jīng)常會(huì)有一些未完全分離的乳化液中的雜質(zhì)和氨水一起離開焦油氨水大槽，進(jìn)入氨水噴淋系統(tǒng)。與此同時(shí)，通往氨水焦油分離大槽的廢液也會(huì)保持氨水焦油的乳化狀態(tài)。

嘉能公司的化學(xué)品能夠破壞乳化層中的平衡狀態(tài)，加強(qiáng)分離效果，減少乳化層，可能的降低夾帶進(jìn)入循環(huán)氨水的可能。在這些情況下，嘉能的化學(xué)品能夠幫助減少這種乳化作用，并根據(jù)廢液的不同，適當(dāng)調(diào)整化學(xué)品的藥劑加藥量。

　　嘉能公司的焦油脫水劑同時(shí)也是一種優(yōu)秀的減粘結(jié)劑，它會(huì)在焦油的表面生成一層膜，增加焦油的流動(dòng)性，使得焦油的粘結(jié)性大大降低。

5.2 對(duì)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和投資回報(bào)分析

通過嘉能公司化學(xué)品增強(qiáng)工藝方案實(shí)施并配合現(xiàn)場(chǎng)工藝操作的改善，我們可以達(dá)到以下目標(biāo)：

可衡量的價(jià)值回報(bào)：

·         焦油水分會(huì)下降，喹啉不溶物也會(huì)相對(duì)減少；

·         焦油粘度下降；

·         氨水含油及懸浮物降低，品質(zhì)更加清潔。

·         蒸氨塔及換熱器

v       更不容易附著在換熱器和蒸氨塔托盤上；

v       顯著減少換熱器的清洗頻率及蒸氨塔的排油頻率；

v       能減少清洗換熱器和蒸氨塔的費(fèi)用。

·         初冷器

v       更加容易在焦油氨水大槽分離，焦油在初冷器壁上沉積的可能性大大降低；

v       達(dá)到更好的噴灑效果，良好的初冷阻力；

v       使初冷器煤氣出口溫度降低，并有效降低初冷器的熱負(fù)荷；

v       清洗頻率延長(zhǎng)，清洗成本降低。

·         焦?fàn)t噴嘴及集氣總管

v       大大降低氨水噴嘴的堵塞，保持氨水噴淋量，穩(wěn)定荒煤氣的冷卻溫度；

v       減少噴淋系統(tǒng)清潔和集氣總管清潔工作量。     

·         壓力翻板

v       更加靈活，加強(qiáng)焦?fàn)t壓力控制，減少煤氣泄漏。

·         焦油氨水分離大槽

v       焦油渣產(chǎn)量減少，相應(yīng)增加焦油產(chǎn)量，減少焦油渣處理成本。

·         相應(yīng)的能耗降低

v       焦油水分降低，會(huì)減少用來保持焦油儲(chǔ)存槽溫度的蒸汽用量；

v       焦油水分的減少，會(huì)減少超級(jí)離心機(jī)等脫水設(shè)備的能源消耗；

v 良好的初冷器出口溫度，可得到更低溫度的焦?fàn)t煤氣，氣體的體積會(huì)減小，從而能夠降低焦?fàn)t煤氣在排送過程中的能源消耗。

案 例 介 紹

 1）中國(guó)北方某大型鋼鐵集團(tuán)公司焦化廠7m焦?fàn)t：

 效果改善

v      氨水中焦油含量由420.7mg/l下降到178.3mg/l，下降率為57.6％；氨水中懸浮物含量由平均1602.1mg/l下降到290.1mg/l，下降率為81.9％；

v      中間槽的含水率已從平均的7.98%降到4.37%，下降45.2%；焦油貯槽的含水率從平均4.39%降到3.30%，平均下降24.8%；

v      焦油收率平均提高0.024%，同時(shí)焦油產(chǎn)量每月平均增加42.3t；

v      系統(tǒng)中的油渣等物質(zhì)也得到大量的清理，共清出焦油渣200噸左右；

v      有利于煉焦車間的生產(chǎn)，減少清透集氣管頻次，提高爐頂除塵效果；

v      有利于脫酚和蒸氨工序生產(chǎn)順行，帶來巨大的環(huán)保效益；

v      由于焦油水分降低，焦油貯槽水量減少，節(jié)省蒸汽消耗。

取得的效益

通過提升焦油產(chǎn)量和品質(zhì)、改善脫酚管線、增加酚鹽產(chǎn)量等收益，全年產(chǎn)生綜合經(jīng)濟(jì)效益達(dá)100萬元以上。

2）山東某大型煤礦公司焦化廠

     焦      爐：7.63m

項(xiàng)   目 加藥前 加藥后

焦油水份 49％－50％ 9％－12％

焦油粘度 無法監(jiān)測(cè) 12－16

焦油后送量 <40m3/天 >300m3/天

年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1500萬元。

3）河北某大型鋼鐵企業(yè)焦化廠7m焦?fàn)t

v      在裝煤量上升23.4 ％的前提下，氨水中的懸浮物不僅沒有隨之上升反而下降了 54 ％。(按平均值計(jì)算)

v      試驗(yàn)穩(wěn)定后氨水中油最高含量為：343ppm，最低為:147ppm,平均為229ppm。在裝煤量上升 23.4 ％的前提下，氨水中油的含量不僅沒有隨之增加反而下降了54.9 ％。(按平均值計(jì)算)

v      投加藥劑后焦油回收率提高了 0.35 ％,年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1400萬元

背景

某國(guó)有大型鋼廠的焦化廠擁有7.63米焦?fàn)t2座,2008年投入運(yùn)行。相對(duì)于傳統(tǒng)的6米焦?fàn)t和4.3米焦?fàn)t，這種大焦?fàn)t產(chǎn)生的焦油重質(zhì)成分較多，氨水和焦油更加難以分離。

該焦化廠于2009年5月采用煤調(diào)濕技術(shù)，將煤的水分由 10%降低到6.5%左右。在煤調(diào)濕實(shí)施過程中，由于灰分夾帶增加，造成焦油含水率較高、循環(huán)氨水濁度高并含有大量的焦油等一系列問題。

煤調(diào)濕技術(shù)是通過直接或間接加熱來降低并穩(wěn)定控制入爐煤的水分，使得入爐煤密度增大，焦炭和化工產(chǎn)品增產(chǎn)，焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)效率提高。許多焦化廠采用煤調(diào)濕來解決日趨緊張的煤氣量不足的問題。但是，采用煤調(diào)濕后，煤的水分減少給煤氣排送和化工工藝也帶來了更多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在：

• 焦?fàn)t煤氣中焦粉夾帶增加

• 焦油質(zhì)量下降

• 喹啉不溶物增加

• 水分增加

• 焦油粘度增加

• 循環(huán)氨水質(zhì)量下降，主要表現(xiàn)在固體懸浮物含量增加

• 初冷器熱負(fù)荷增加

• 焦油、NH3、BTX和H2S產(chǎn)量增加

問題分析

入爐煤水分降低，導(dǎo)致焦油含水率高，氨水焦油的分離效果不好，使循環(huán)氨水的質(zhì)量同步下降，同時(shí)焦?fàn)t氨水噴嘴堵塞及其系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備結(jié)垢堵塞，影響荒煤氣冷卻效果；剩余氨水質(zhì)量也同步下降，導(dǎo)致蒸氨塔、脫酚塔堵塞，同時(shí)影響氨、酚的回收，也會(huì)使焦油含水率過高，大幅增加蒸餾系統(tǒng)的熱耗，降低設(shè)備生產(chǎn)能力。

解決方案

為了應(yīng)對(duì)焦油含水率和提高氨水品質(zhì)的目的，該焦化廠與嘉能公司相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和探討，決定采用嘉能工程化學(xué)技術(shù)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)工藝，在循環(huán)氨水投加焦油脫水劑JN-5301來改進(jìn)焦油氨水分離效果。

1. JN-5301焦油脫水劑有著優(yōu)異的破乳功能，能夠破壞機(jī)械化澄清槽中焦油和循環(huán)氨水形成的乳化層的平衡狀態(tài)，加強(qiáng)分離效果，從而得到更小的乳化層，使機(jī)械化澄清槽里面氨水和焦油可以比較容易分離開來。

2. 該焦油脫水劑同時(shí)也是一種優(yōu)秀的減粘結(jié)劑，它會(huì)在焦油的表面生成一層膜，降低焦油的表面張力，使得焦油的粘度大大降低，這也使得焦油的流動(dòng)性增強(qiáng)，更不易于粘結(jié)在設(shè)備上