煤化工技术之三---煤炭焦化技术应用及其发展

  煤炭焦化又称煤炭高温干馏。以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。
　焦炭是冶金、机械、化工等行业的重要原料、燃料，其中以冶金工业高炉炼铁消耗焦炭量最大。尽管高炉富氧喷吹煤粉和直接还原炼铁等技术的发展使冶金工业对焦炭需求量有所下降，但不用焦炭的炼铁工艺至少在今后20~30年内不会大范围替代目前的高炉炼铁法，焦炭仍然是未来钢铁生产的主要原料。
　一、焦炭生产技术
　近几十年来，世界炼焦技术取得了长足的发展。大容积焦炉、捣固焦炉、干法熄焦等开发较早的先进工艺技术在工业化生产中日臻完善；日本的型焦工艺、德国的巨型炼焦反应器、美国的无回收焦炉、前苏联的立式连续层状炼焦工艺等近30年来开发的新工艺、新技术则加快了工业化进程。
　中国的炼焦技术已进人世界先进行列，大容积焦炉(炭化室高6m)已实现国产化，大中型机械化焦炉发展很快，炭化室为4m以上的焦炉达300多座，2003年机械化焦炉生产的焦炭约占焦炭总产量的75%；干熄焦、地面除尘站等环保技术已进入实用化阶段；化学产品回收加强；淘汰小型焦炉、土焦及改良焦炉的工作进展显著。
　二、炼焦用煤
　为保证焦炭质量，选择炼焦用煤的最基本要求是挥发分、粘结性和结焦性；绝大部分炼焦用煤必须经过洗选，以保证尽可能低的灰分、硫分和磷含量。选择炼焦作煤时，还必须注意煤在炼焦过程中的膨胀压力。用低挥发分煤炼焦，由于其胶质体粘度大，容易产生实高膨胀压力，会对焦炉砌体造成损害，需要通过配煤炼焦来解决。
　三、煤焦化产业发展
　（一）焦炭生产
　中国是世界最大的焦炭生产国，焦炭产量占全世界焦炭总产量的40%。中国第一座机械化焦炉建于20世纪20年代，自50年代末开始，自主设计、建设的焦炉成为产业发展的主流，80年代后进入快速发展时期。2003年底，全国共有焦炭生产企业1304个，焦炉2710座，生产能力2.4亿吨。到2004年底，焦炭生产能力达到了3.6亿吨。2005年全国生产焦炭23282万吨，生产能力高出国内市场需求7000多万吨。
据估算，2005年中国炼焦消耗原料精煤约3.3亿吨，涉及洗选加工原煤约5.5亿吨，超过当年煤炭消费总量的25%，已成为消耗原料煤数量最大的煤化工产业。中国已成为世界焦炭生产、消费及贸易第一大国。
　(二)煤焦油和焦炉煤气加工
　煤焦油是焦化工业的重要产品，其产量约占装炉煤的3%~4%。煤焦油组成非常复杂，现已查明的组份就有近500种，其中很多有机组分是生产塑料、合成纤维、染料、橡胶、医药、耐高温材料等的贵重原料。
　1、煤焦油加工
　目前，世界煤焦油年产量约1700万t，年加工量约1500万t。近30年来，尽管受到石油化工业的激烈竞争，煤焦油加工业非但未失去其存在的价值，反而由于煤焦油中含有多种石油化工难以获取的宝贵资源，传统煤焦油产品开发出了新的用途，再加上新技术的应用，煤焦油产品更具有竞争力。如咔唑大量用于合成有机颜料永固紫的原料外，还可用于合成导光、导电材料；吲哚除用作香料工业不可缺少的香味保持剂，还用于制作植物生长激素、动物生长必须的色氨酸及用作抗缺乏蛋白症胃溃疡药等；洗油可以取代工业萘制取高效减水剂；煤焦油加工的大宗产品沥青，随着世界电炉钢产量的增加及信息产业的发展，用其加工制得的改质沥青、针状焦、碳纤维等具有了更好的市场。
　随着人们对煤焦油加工业重要经济地位的新认识，世界煤焦油加工量在不断提高，70年代焦油加工量仅占产量的70%，80年代末期增加到90%。随着世界经济和技术的发展，煤焦油加工产品将进一步显现出重要的开发价值和发展潜力，并将以其不可替代性在21世纪煤化工中占有更加重要的位置。
　2、焦炉煤气和其他化学产品
　焦炉煤气中氨的回收率约占装炉煤的0.2%~0.4%,常以硫酸铵、磷酸铵或浓氨水等形试作为最终产品。粗苯回收率约占煤的1%左右。其中苯、甲苯、二甲苯都是有机合成工业的原料。硫及硫氰化合物的回收，不但为了经济效益，也是为了环境保护的需要。经过净化的煤气属中热值煤气，发热量为17500kj/Nm3左右，每吨煤约产炼焦煤气300~400 m3，其质量约占装炉煤的16%~20%，是钢铁联合企业中的重要气体燃料，其主要成分是氢和甲烷，可分离出供化学合成用的氢气和代替天然气的甲烷。
　焦炉煤气制取甲醇技术是中国特有的，其关键技术是将焦炉煤气中的甲烷及少量多碳烃转化为一氧化碳和氢。这一技术可以灵活地调整焦炉自用燃气和生产甲醇用气的需求，从根本上解决了焦炉煤气放空所造成的环境污染，达到治理环境和变废为宝的双重目的。