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1. 概述

        除了焦爐煤氣之外，焦爐煤氣噴淋冷凝產生的氨水和焦油是煉焦工藝中兩個最主要的副產品。

        焦油所產生的經濟效益可以幫助焦化廠彌補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濟效益，但是如果不進行妥善的處理，不僅會對焦化生產工藝帶來影響，而且還會遇到環(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，未來焦油市場必將出現(xiàn)供小于求的市場格局。所以，優(yōu)化回收工藝，可能的回收煉焦工藝產生的焦油無論是在當前還是在未來都將為焦化廠帶來可觀的經濟效益。

由于工藝問題和場地的因素，依靠增加設備的手段來改進焦油氨水質量受到限制，在國外企業(yè)應對此問題的方法是在生產過程中添加化學藥劑，提高焦油和氨水的分離程度，降低焦油粘度，這樣既達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)設備中的沉積。

2.      技術方案發(fā)展歷程      

    目前，國際上已有一些化學方法可以提高焦油質量，其中主要包括以下兩種：水基技術方案和油基技術方案。

·         水基技術方案

水基技術方案（破乳劑）通常是將化學藥劑加入焦油產品中，從而進入到儲罐中，通過一段時間的停留，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)當中。

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

·         油基技術方案

這種技術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，而且對循環(huán)氨水的質量也有積極的影響。

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

    另一個影響焦油脫水率和循環(huán)氨水質量的因素是喹啉不溶物的含量，這是因為喹啉不溶物與焦油和氨水形成穩(wěn)定的乳狀液。在通常條件下，喹啉不溶物對焦油和氨水的分離不會有重大影響，但考慮到焦油和氨水的質量問題，它卻是一個不容忽視的因素。而這種化學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。

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

3. 焦油和氨水質量管理的重要性

        氨水和焦油是同時產生的，隨后他們被同時處理，經過氣液分離器之后它們被分開處理。但是因為煤氣洗滌操作設計的原因，在很多工序里面他們是結合在一起的。這種有時分開有時結合在一起的特性對整個生產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，焦化廠必須關注氨水和焦油質量的管理。嚴格正確的氨水焦油質量管理可以在降低操作成本的同時使得經濟效益化。

3.1 氨水

        即便是把氨水里面的焦油全部分離出來，氨水本身的性質依然會對生產工藝和操作成本帶來直接的影響。我們認為清潔的氨水依然會造成生產系統(tǒng)的腐蝕和結垢。

        氨水導致腐蝕產生的主要原因是因為在氨水中存在氨、氰化物，H2S, CO2和其他污染物。基本上杜絕腐蝕產生的措施很少。

        理論上來講氨水中不應該有鈣的存在。但是實際操作上氨水中往往會檢測到少量鈣的存在（<10ppm)。這種鈣的存在的原因主要來源于兩個方面，一個是其他系統(tǒng)操作排進來的廢水，另一個是因為環(huán)保的要求在焦爐煤氣洗滌過程中必須要將各個階段產生的廢水進行處理。當鈣離子的含量超過10ppm之后系統(tǒng)內部結垢的趨勢將明顯增強，相應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)氨水質量，減少焦爐煤氣副產品的收率，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系統(tǒng)和工藝帶來的影響。

        另外一個方面，雖然清潔的氨水不應該含有焦油，現(xiàn)實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，氨水中的焦油對工藝和操作成本造成的影響不會很大。如果焦油物質控制在小于100ppm的情況下，對生產工藝帶來的負面影響還可以接受。但是在大多數(shù)氨水焦油操作實踐中，焦油的含量卻遠遠高于這個數(shù)值，有的會在200-300ppm, 高的甚至達到2000-3000ppm。 在這樣高的焦油含量下，焦油和系統(tǒng)中懸浮物結合起來造成的沉積會對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)的操作維護成本，并且還會降低焦爐煤氣副產品的收率，加劇系統(tǒng)管道的腐蝕和沉積現(xiàn)象，同時也會帶來環(huán)境保護的隱患。

3.2 焦油

        焦油是煉焦過程中一個很有價值的副產品。所以，在回收過程中所產生的焦油的質量會對焦化廠的效益有著很大的影響。

焦油的質量主要由以下幾個方面來判斷：

水分

灰分

甲苯不溶物或喹啉不溶物

        水分的問題主要產生在焦油處理過程或者是煉焦操作的過程，當然也可能是兩者的共同作用的結果。

        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，也可能由于一些設備操作不當所產生。

4. 加強焦油氨水質量管理

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

        增加合適的設備可以達到生產高質量的焦油和氨水的目的，但是這種投資對于焦化廠來講顯然是不經濟的。所以焦化廠只能在現(xiàn)有設備的基礎上，對每一步工藝過程都按照標準嚴格進行操作，才能保證盡可能的改善最終產品質量。

        象任何工藝處理一樣，焦油氨水質量管理最重要的關鍵點應該放在工藝側的最上游，只有這樣，下游的工藝才能從這些工藝上的改進得到收益。每道工序的改進就會形成一個合力，而整個生產工藝將會從這種系統(tǒng)性的改進中受益，從而達到良性循環(huán)。

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

設備

操作

化學品技術

        雖然并不是所有的操作都會被上面所列舉的三個因素影響，但是必須對問題按照上述順序進行評估，因為只有這樣才能得出對系統(tǒng)和工藝的正確評價，從而達到期望的效果。

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

5. 化學品工作機理

5.1工作機理

嘉能公司使用的化學品的作用是一種破乳劑和減粘結劑。

焦油和循環(huán)氨水在一種乳化狀態(tài)進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。但是大槽內依然有一個包含焦油、煤粉、焦炭粉末和氨水的乳化層，如果停留時間足夠長，這些物質能夠繼續(xù)分離，但在實際的操作中因生產工序的要求，不可能提供充足的停留時間。所以經常會有一些未完全分離的乳化液中的雜質和氨水一起離開焦油氨水大槽，進入氨水噴淋系統(tǒng)。與此同時，通往氨水焦油分離大槽的廢液也會保持氨水焦油的乳化狀態(tài)。

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

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

5.2 對生產工藝的優(yōu)化和投資回報分析

通過嘉能公司化學品增強工藝方案實施并配合現(xiàn)場工藝操作的改善，我們可以達到以下目標：

可衡量的價值回報：

·         焦油水分會下降，喹啉不溶物也會相對減少；

·         焦油粘度下降；

·         氨水含油及懸浮物降低，品質更加清潔。

·         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荷；

v       清洗頻率延長，清洗成本降低。

·         焦爐噴嘴及集氣總管

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，加強焦爐壓力控制，減少煤氣泄漏。

·         焦油氨水分離大槽

v       焦油渣產量減少，相應增加焦油產量，減少焦油渣處理成本。

·         相應的能耗降低

v       焦油水分降低，會減少用來保持焦油儲存槽溫度的蒸汽用量；

v       焦油水分的減少，會減少超級離心機等脫水設備的能源消耗；

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

案 例 介 紹

 1）中國北方某大型鋼鐵集團公司焦化廠7m焦爐：

 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%，同時焦油產量每月平均增加42.3t；

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

v      有利于煉焦車間的生產，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

通過提升焦油產量和品質、改善脫酚管線、增加酚鹽產量等收益，全年產生綜合經濟效益達100萬元以上。

2）山東某大型煤礦公司焦化廠

     焦      爐：7.63m

項   目 加藥前 加藥后

焦油水份 49％－50％ 9％－12％

焦油粘度 無法監(jiān)測 12－16

焦油后送量 <40m3/天 >300m3/天

年創(chuàng)造經濟效益1500萬元。

3）河北某大型鋼鐵企業(yè)焦化廠7m焦爐

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 ％。(按平均值計算)

v      試驗穩(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 ％。(按平均值計算)

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

背景

某國有大型鋼廠的焦化廠擁有7.63米焦爐2座,2008年投入運行。相對于傳統(tǒng)的6米焦爐和4.3米焦爐，這種大焦爐產生的焦油重質成分較多，氨水和焦油更加難以分離。

該焦化廠于2009年5月采用煤調濕技術，將煤的水分由 10%降低到6.5%左右。在煤調濕實施過程中，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。

煤調濕技術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，焦炭和化工產品增產，焦爐煤氣生產效率提高。許多焦化廠采用煤調濕來解決日趨緊張的煤氣量不足的問題。但是，采用煤調濕后，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：

• 焦爐煤氣中焦粉夾帶增加

• 焦油質量下降

• 喹啉不溶物增加

• 水分增加

• 焦油粘度增加

• 循環(huán)氨水質量下降，主要表現(xiàn)在固體懸浮物含量增加

• 初冷器熱負荷增加

• 焦油、NH3、BTX和H2S產量增加

問題分析

入爐煤水分降低，導致焦油含水率高，氨水焦油的分離效果不好，使循環(huán)氨水的質量同步下降，同時焦爐氨水噴嘴堵塞及其系統(tǒng)內設備結垢堵塞，影響荒煤氣冷卻效果；剩余氨水質量也同步下降，導致蒸氨塔、脫酚塔堵塞，同時影響氨、酚的回收，也會使焦油含水率過高，大幅增加蒸餾系統(tǒng)的熱耗，降低設備生產能力。

解決方案

為了應對焦油含水率和提高氨水品質的目的，該焦化廠與嘉能公司相關技術人員進行了詳細的調查和探討，決定采用嘉能工程化學技術加強現(xiàn)場工藝，在循環(huán)氨水投加焦油脫水劑JN-5301來改進焦油氨水分離效果。

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)，加強分離效果，從而得到更小的乳化層，使機械化澄清槽里面氨水和焦油可以比較容易分離開來。

2. 該焦油脫水劑同時也是一種優(yōu)秀的減粘結劑，它會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性增強，更不易于粘結在設備上