安鋼15萬噸焦油加工裝置工藝優化

向 宇 何曉兵 劉立軍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

安鋼焦化廠15萬焦油加工裝置是安鋼重點建設項目110萬焦化工程配套的項目。該裝置為全國第一套單套最大焦油加工裝置，于2005年2月建成投產，主要由焦油蒸餾裝置，連續洗滌、煙道氣酚鹽分解裝置，工業萘蒸餾裝置，改質瀝青裝置，中心控制室及輔助等系統，全部工程總投資約5600萬元。該系統投產后，經半年調試所有產品指標均達到設計要求。

1 目前狀況

自投產以來，該裝置原計劃設計生產的二蒽油、改質瀝青、甲基萘油等產品因市場需求、成本和環保等因素未進行批量生產，使得各工序銜接發生變化，從而出現后續工序不匹配的問題;另外，該裝置在設計建造時放大了原設計數據模式和借鑒加工量相近裝置的生產經驗，也導致了部分設備存在選型等問題。通過幾年來的運行，該套裝置主要突顯出以下幾個方面的問題：

1)改質瀝青工序不進行生產時，原10萬噸的瀝青成型系統不能滿足中溫瀝青的加工量。造成整個焦油加工量受到限制，瀝青成型工序勞動強度高、環境差。

2)煙道氣分解塔塔時常出現塔內塔壓高，物料堵塞，物料出現倒流，粗粉收率低。

3)工業萘轉鼓滿流不易控制，合格工業萘滿流至工業萘原料槽，造成重復加工。

2 存在問題及分析

針對以上三種現狀，對各個工序進行了現場調查，分別進行了如下分析。

2.1 瀝青成型系統

按照正常生產工序，由焦油蒸餾工序來的液態中溫瀝青首先進入改質瀝青加工工序，經過改質瀝青工序后，減少了液態瀝青的產量，也降低了液態瀝青成型前的溫度，如圖1所示。

圖1 瀝青工藝管線示意圖

根據工藝管線的不同，改質瀝青和中溫瀝青的不同之處如下：

1)中溫瀝青溫度成型前比改質瀝青成型前溫度高100℃左右。改質瀝青因通過換熱冷卻后進入高置槽溫度在250℃，而中溫瀝青進入高置槽時溫度在330℃ ～360℃。

2)中溫瀝青軟化點比改質瀝青軟化點低10℃～40℃左右;

3)瀝青成型系統處理量為10.1 t/h，基本上滿足改質瀝青生產量。而15萬噸焦油加工量，按照330天生產，56%的瀝青收率計算，中溫瀝青產量為10.6 t/h，所以現瀝青成型系統處里量就表現的偏小。

在以上原因中，瀝青軟化點是產品本身所決定的無法解決。從設備上提高瀝青處理量必須更換整個瀝青成型設備，代價太高。同時通過現場檢查及分析，造成瀝青成型時煙氣大污染嚴重主要就是因為瀝青溫度過高，導致瀝青與水接觸時劇烈汽化夾帶瀝青中輕餾分等物質，也使得瀝青成型時汽化產生的氣體殘留固體瀝青中，形成漂浮和冷卻不徹底，從而導致瀝青粘黏鏈板機和皮帶。

綜合以上分析：中溫瀝青成型前的溫度高是系統焦油加工量受到限制的主要因素。

2.2 煙道氣分解問題

在生產過程中，分解塔進料后一般在一天后就會出現塔壓逐漸增加，羅茨風機電流增加，最后出現物料倒灌等一系列問題。在開塔檢查后，發現分解塔塔內填料發生了熔融現象，填料聚集成一塊，填料內的間隙被堵死，液相與氣象均不能通過。由于填料材質為聚丙烯多面空心球，設計最高溫度在130℃左右，而進入分解塔內的物料只有兩種，一種為凈酚鹽，另一種為焦爐煙道氣。兩者溫度均控制在50℃左右，因此排除了物料溫度高造成填料結塊。分解塔內產生熱量的另一個因素就是凈酚鹽和煙道氣中的二氧化碳反應時會產生熱量，反應原理為：

特別是凈酚鹽中還含有一定的NaOH，NaOH與CO2發生反應，也會放出熱量。分解塔的填料為DN25的多面空心球，單個填料的重量為1.7 g，表面積為 0.0054 m2，假設 NaOH 層厚度為 0.1 mm，NaOH密度為2130 kg/m3，一個填料上的NaOH完全反應放出的熱量為會達到207.4 J，從而造成填料熔融。物料發生反應放熱是不可避免的，因此，填料材質成為制約煙道氣分解穩定運行的主要因素。

2.3 轉鼓滿流問題分析

工業萘轉鼓實際就是一個冷卻成型裝置，生產出來的液體工業萘從工業萘高置槽冷卻后進入轉鼓中進行成型。為了發揮轉鼓的最大效率，就必須保持轉鼓下部液態工業萘液位保持在滿流口位置，最好效果就是和滿流口位置平齊。但是實際操作中，靠人工控制經常達不到這種效果，為了保持轉鼓的效率，只能保持滿流狀態。滿流的合格工業萘又回到工業萘蒸餾工序的原料槽，最后被反復加工(如圖2所示)，導致成型效率不高，液體工業萘反復加工，其主要原因是滿流設計不合理。

圖2 工業萘轉鼓滿流工藝簡圖

3 改造措施

通過以上的分析，已經弄清影響各個工序的主要原因，下面開始對各個工序進行改造以到達生產需要。

3.1 瀝青成型系統改造

通過降低成型前瀝青溫度來提高瀝青成型系統效率。根據瀝青溫度與黏度關系［1］(如圖3所示)和實際生產情況，認為在瀝青進入高置槽時的溫度應控制在220℃左右最為可行，既能達到冷卻目的，又不至于因瀝青溫度過低，粘度升高而影響其在管道中流動。

圖3 瀝青黏度和溫度關系圖

通過計算設計制造了一臺冷卻面積在33.1 m2的汽化冷凝冷卻器安裝在二次蒸發器至瀝青高置槽的管線上，安裝后工藝如圖4所示。

圖4 瀝青工藝管線簡圖

3.2 煙道氣分解系統改造

為了避免分解塔內填料在反應放熱條件下變形收縮堵塞塔體，在選擇填料時選擇耐高溫的材質。通過對各種填料分析對比，輕瓷填料耐高溫且成本低廉，比較適合在連續分解操作溫度80℃ ～90℃，溫度相對穩定波動不大的場合。考慮到連續分解中溫度偏低帶來碳酸鈉結晶堵塞問題，在塔內從下至上擺放了三種類型的輕瓷填料，最下層為六方形填料，中間層為DN50鮑爾環，上層為DN25的拉西環。這樣確保了分解塔塔內容易堵塞的下段填料空隙最大，往上填料直徑依次遞減，符合塔內物料的分布。其次，操作中應嚴格控制煙道氣進入量，減少碳酸氫鈉的生產，并且定期通入清水進行清洗，使填料內上覆轍的Na2O3、NaHCO3和NaOH溶于水中被清洗出來，保證塔內暢通。

3.3 轉鼓滿流系統改造

為解決滿流設計不合理的問題，對此利用空閑的甲基萘油槽作為滿流工業萘的收集槽，再架設一臺輸送泵在工業萘工序低負荷的情況下將甲基萘油槽槽內的工業萘打至工業萘高置槽重新進行成型，如圖5所示。

圖5 改后工業萘滿流工藝示意圖

4 效果

在結合現場實際情況對以上三個存在問題的工序進行改造后，主要效果如下：

1)瀝青溫度通過冷卻后從360℃降低到235℃左右，瀝青成型速度從8 t/h～10 t/h上升到15 t/h左右，瀝青成型時煙氣發生量明顯減少，并且成型時漂浮現象及粘鏈板機現象基本消除，操作環境得到明顯改善。

2)煙道氣分解工藝不再出現倒灌現象，每月清洗后分解塔塔壓穩定在技術要求范圍內，經過連續分解后半成品粗粉噸消耗酸降到22.9 kg/t，杜絕了倒灌風機事故，保證了職工操作安全，粗酚收率最高達到了0.85%。

3)每班工業萘約有4 t～8 t滿流至工業萘滿流專用槽，穩定了工業萘蒸餾工序原料的萘含量，為穩定工業萘蒸餾生產打下了基礎，同時節省了工業萘重復加工的成本。按每噸加工工業萘煤氣消耗450 m3來計算，每月可節省煤氣費用10.8～21.6萬元，同時也為公司節省了高熱值的煤氣。

5 結語

安鋼15萬噸焦油加工裝置在經過以上優化后，在運行、成本、環境上得到了明顯改善，使得整套裝置生產更加穩定高效，同時也為今后焦油加工裝置設計提供了較好的參考。

［1］ 水恒福，張德祥，張超群.煤焦油分離與精制.北京：化學工業出版社，2007：21-22.