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焦化

焦化一般指有机物质碳化变焦的过程。在煤的干馏中指高温干馏。在石油加工中,焦化是渣油焦炭化的简称,是指重质油(如重油,减压渣油,裂化渣油甚至土沥青等)在500℃左右的高温条件下进行深度的裂解和缩合反应,产生气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦的过程。焦化主要包括延迟焦化、釜式焦化、平炉焦化、流化焦化和灵活焦化等五种工艺过程。

炼焦化学工业是煤炭化学工业的一个重要部分,煤炭主要加工方法包括高温炼焦(950---1050摄氏度)、中温炼焦、低温炼焦等三种方法。冶金行业一般采用高温炼焦来获得焦炭和回收化学产品。产品焦炭可作高炉冶炼的燃料,也可用于铸造、有色金属冶炼、制造水煤气;可用于制造生产合成氨的发生炉煤气,也可用来制造电石,以获得有机合成工业的原料。在炼焦过程中产生的化学产品经过回收、加工提取焦油、氨、萘、硫化氢、粗苯等产品,并获得净焦炉煤气、煤焦油,粗苯精制加工和深度加工后,可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳等,这些产品广泛用于化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业。净焦炉煤气可供民用和作为工业燃料。煤气中的氨可用来制造硫酸铵、浓氨水、无水氨等。炼焦化学工业的产品已达数百种,中国炼焦化学工业已能从焦炉煤气、焦油和粗苯中制取一百多种化学产品,这对中国的国民经济发展具有十分重要的意义。

中国是焦化产品生产、消费以及出口大国,焦化产品广泛用与化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业,近年来焦化产业得到快速发展。山西省是中国第一产焦大省,2006年生产焦炭9200万吨,约占全国的三分之一,焦炭资源出口供应量约占全国总量的80%,多年以来,山西焦炭在国际贸易市场上的比重均超过50%。

焦化厂一般由备煤车间、炼焦车间、回收车间、焦油加

工车间、苯加工车间、脱硫车间和废水处理车间组成。

根据焦炉本体和鼓冷系统流程图,从焦炉出来的荒煤气进入初冷器之前,已被大量冷凝成液体,同时,煤气中夹带的煤尘,焦粉也被捕集下来,煤气中的水溶性的成分也溶入氨水中。焦油、氨水以及粉尘和焦油渣一起流入机械化焦油氨水分离池。分离后氨水循环使用,焦油送去集中加工,焦油渣可回配到煤料中。炼焦煤气进入初冷器被直接冷却或间接冷却至常温,此时,残留在煤气中的水分和焦油被进一步除去。出初冷器后的煤气经机械捕焦油使悬浮在煤气中的焦油雾通过机械的方法除去,然后进入鼓风机被升压至19600帕(2000毫米水柱)左右。为了不影响以后的煤气精制的操作,例如硫铵带色、脱硫液老化等,使煤气通过电捕焦油器除去残余的焦油雾。为了防止萘在温度低时从煤气中结晶析出,煤气进入脱硫塔前设洗萘塔用于洗油吸收萘。在脱硫塔内用脱硫剂吸收煤气中的硫化氢,与此同时,煤气中的氰化氢也被吸收了。煤气中的氨则在吸氨塔内被水或水溶液吸收产生液氨或硫铵。煤气经过吸氨塔时,由于硫酸吸收氨的反应是放热反应,煤气的温度升高,为不影响粗苯回收的操作,煤气经终冷塔降温后进入洗苯塔内,用洗油吸收煤气中的苯、甲苯、二甲苯以及环戊二烯等低沸点的炭化氢化合物和苯乙烯、萘古马隆等高沸点的物质,与此同时,有机硫化物也被除去了。

企业数量众多,规模小,布局分散,产业集中度低,技术装备整体落后,排放污染重、化工产品回收和综合利用与集中加工不足,精深加工技术落后,产品品种少,质量水平低,产能过剩、经济效益不高。

延迟焦化与热裂化相似,只是在短时间内加热到焦化反应所需温度,控制原料在炉管中基本上不发生裂化反应,而延缓到专设的焦炭塔中进行裂化反应,“延迟焦化”也正是因此得名。

延迟焦化装置主要由8个部分组成:

⑴焦化部分,主要设备是加热炉和焦炭塔。有一炉两塔、两炉四塔,也有与其它装置直接联合的。⑵分馏部分,主要设备是分馏塔。

⑶焦化气体回收和脱硫,主要设备是吸收解吸塔,稳定塔,再吸收塔等。

⑷水力除焦部分。

⑸焦炭的脱水和储运。

⑹吹气放空系统。

⑺蒸汽发生部分。

⑻焦炭焙烧部分。国内选定炉出口温度为495~500℃,焦炭塔顶压力为0.15~0.2 Mpa。

延迟焦化原料可以是重油、渣油、甚至是沥青。延迟焦化产物分为气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭。对于国产渣油,其气体收率为7.0~10%,粗汽油收率为8.2~16.0%,柴油收率为22.0~28.66%,蜡油收率为23.0~33.0%,焦炭收率为15.0~24.6%,外甩油为1~3.0%。焦化汽油和焦化柴油是延迟焦化的主要产品,但其质量较差。焦化汽油的辛烷值很低,一般为51~64(MON),柴油的十六烷值较高,一般为50~58。但两种油品的烯烃含量高,硫、氮、氧等杂质含量高,安定性差,只能作半成品或中间产品,需经过精制处理后,才能作为汽油和柴油的调和组分。焦化蜡油由于含硫、氮化合物、胶质、残炭等含量高,是二次加工的劣质蜡油,目前通常掺炼到催化或加氢裂化作为原料。石油焦是延迟焦化过程的重要产品之一,根据质量不同可用做电极、冶金及燃料等。焦化气体经脱硫处理后可作为制氢原料或送燃料管网做燃料使用。

正是由于延迟焦化的上述优点,使得延迟焦化在中国得到了迅速的发展,这主要是因为:

⑴延迟焦化是解决柴汽比供需矛盾的有效手段。这是由于中国原油普遍偏重,且含蜡量高,柴油的收率低,国内原油的柴油馏分收率比国外原油平均低5~7百分点。因此目前中国每年大约进口80×10t柴油,同时不得不出口30×10t汽油,以求国内供需平衡。其次是由于中国炼油企业二次加工均以催化裂化为主,柴汽比低(延迟焦化为1.94,催化裂化为0.56),因此发展延迟焦化是解决柴汽比供需矛盾,增产柴油的有效办法。⑵延迟焦化与加氢裂化相比,延迟焦化尽管存在轻质油产品安定性差的缺点,但其较低的操作费用(加工费约为加氢裂化操作费用的1/2~1/3)使其具有较强的竞争力。

由于延迟焦化具有投资少,操作费用低,转化深度高等优点,延迟焦化已发展成为渣油轻质化最主要的加工方法之一。因此,在目前中国资金紧张,轻油产品尤其是柴汽比供需矛盾突出的情况下,延迟焦化是解决这一矛盾的较理想的手段之一。

1)生产特点

焦化厂一般由备煤、炼焦、回收、精苯、焦油、其他化学精制、化验和修理等车间组成。其中化验和修理车间为辅助生产车间。

备煤车间的任务是为炼焦车间及时供应合乎质量要求的配合煤。炼焦车间是焦化厂的主体车间。炼焦车间的生产流程是:装煤车从贮煤塔取煤后,运送到已推空的碳化室上部将煤装入碳化室,煤经高温干馏变成焦炭,并放出荒煤气由管道输往回收车间;用推焦机将焦炭从碳化室推出,经过拦焦车后落入熄焦车内送往熄焦塔熄焦;之后,从熄焦车卸入凉焦台,蒸发掉多余的水分和进一步降温,再经输送带送往筛焦炉分成各级焦炭。回收车间负责抽吸、冷却及吸收回收炼焦炉发生的荒煤气中的各种初级产品。

2)焦化安全生产技术及事故预防措施

⑴防火防爆。一切防火防爆措施都是为了防止生产可燃(爆炸)性混合物或防止产生和隔离足够强度的活化能,以避免激发可燃性混合物发生燃烧、爆炸。为此,必须弄清可燃(爆炸)性混合物和活化能是如何产生的,以及防止其产生和互相接近的措施。

有些可燃(爆炸)性混合物的形成是难以避免的,如易燃液体贮槽上部空间就存在可燃(爆炸)性混合物。因此,在充装物料前,往贮槽内先充惰性气体(如氮),排出蒸气后才可避免上述现象发生。此外,选用浮顶式贮槽也可以避免产生可燃(爆炸)性混合物。其他非正常形成可燃(爆炸)性混合物的原因和预防措施如下:

⑵泄漏。泄漏是常见的产生可燃(爆炸)性混合物的原因。可燃气体、易燃液体和温度超过闪点的液体的泄漏,都会在漏出的区域或漏出的液面上产生可燃(爆炸)性混合物。造成泄漏的原因主要有两个:

一是设备、容器和管道本身存在漏洞或裂缝。有的是设备制造质量差,有的是长期失修、腐蚀造成的。所以,凡是加工、处理、生产或贮存可燃气体、易燃液体或温度超过闪点的可燃液体的设备、贮槽及管道,在投入使用之前必须经过验收合格。在使用过程中要定期检查其严密性和腐蚀情况。焦化厂的许多物料因含有腐蚀性介质,应特别注意设备的防腐处理,或采用防腐蚀的材料制造。

二是操作不当。相对地说,这类原因造成的泄漏事故比设备本身缺陷造成的要多些。由于疏忽或操作错误造成跑油、跑气事故很多。要预防这类事故的发生,除要求严格按标准化作业外,还必须采取防溢流措施。《焦化安全规程》规定,易燃、可燃液体贮槽区应设防火堤,防火堤内的容积不得小于贮槽地上部分总贮量的一半,且不得小于最大贮槽的地上部分的贮量。防火堤内的下水道通过防火堤处应设闸门。此闸门只有在放水时才打开,放完水即应关闭。

⑶放散。焦化厂许多设备都设有放散管,加工处理或贮存易燃、可燃物料的设备或贮槽,放散管放散的气(汽)体有的本身就是可燃(爆炸)性混合物,或放出后与空气混合成为可燃(爆炸)性混合物。《焦化安全规程》规定,各放散管应按所放散的气体、蒸气种类分别集中净化处理后方可放散。放散有毒、可燃气体的放散管出口应高出本设备及邻近建筑物4m以上。可燃气体排出口应设阻火器。

⑷防尘与防毒。煤尘主要产生在煤的装卸、运输以及破碎粉碎等过程中,主要产尘点为煤场、翻车机、受煤坑、输送带、转运站以及破碎、粉碎机等处。一般煤场采用喷洒覆盖剂或在装运过程中采取喷水等措施来降低粉尘的浓度。输送带及转运站主要依靠安设输送带通廓、局部或整体密闭防尘罩等来隔离和捕集煤尘。

破碎及粉碎设备等产尘点应加强密闭吸风,设置布袋除尘、湿式除尘、通风集尘等装置来降低煤尘浓度。

在焦化厂,一氧化碳存在于煤气中,特别是焦炉加热用的高炉煤气中的一氧化碳含量在30%左右。焦炉的地下室、烟道通廓煤气设备多,阀门启闭频繁,极易泄漏煤气。所以,必须对煤气设备定期进行检查,及时维护,烟道通廓的贫煤气阀应保证其处于负压状态。

为了防止硫化氢、氰化氢中毒,焦化厂应当设置脱硫、脱氰工艺设施。过去国内只有城市煤气才进行脱硫,冶金企业一般不脱硫。至于脱氰,一般只从部分终冷水或氨气中脱氰生产黄血盐。随着对污染严重性认识的提高,近年来,各焦化厂已开始重视煤气的脱硫脱氰问题。为了防止硫化氢和氰化氢中毒,蒸氨系统的放散管应设在有人操作的下风侧。

从装置工艺、操作条件分析危险因素

延迟焦化是在高温条件下,热破坏加工渣油从而得到石油焦、汽油、柴油、蜡油和气体的二次加工装置。焦化过程是一种热分解和缩合的综合过程。装置属于高温(装置最高温度可达1000℃以上,介质温度最高500℃)、高压(最高压力3.8MPa),易燃、易爆的装置。装置所用原料为常减压的减压渣油,其自燃点为230~240℃,而装置的操作温度多在300℃以上,一旦泄漏极易发生火灾,生产的干气和汽油沸点和闪点都很低,与空气混合均能形成爆炸性混合气体,其爆炸极限分别为1.5%~15%(V/V)和1.4%~7.6%(V/V)。同时由于其产品柴油、蜡油的自燃点都低于装置的操作温度,极易发生火灾,存在较大危险。


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