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焦化转型升级三路出击

来源:中国化工报 浏览次数: 日期:2014-06-18

当前,国内焦化产能严重过剩,价格大幅下滑,装置减产限产,企业面临优化结构、化解过剩、节能减排等严峻挑战。最近,记者在调研采访中了解到,焦化企业要实现转型升级,可以通过三条路径。

进行系统过程优化

焦化是能源转化加工行业,是将炼焦煤通过干馏转化成焦炭(1146,5.00,0.44%)、焦炉煤气、煤焦油、苯类等产品的过程。与煤制油、煤气化等煤炭深加工形式相比,煤焦化模式是煤炭深加工形式中工艺最简单、能源转化率最高、成本最低、关联产品最丰富的一种模式。但是,由于历史、技术、管理、机制等方面的原因,我国焦化行业仍处在高污染、高能耗、粗放的状态,且在焦炭价格下降的同时,产品质量要求越来越高,面临的成本压力、环境压力、市场压力越来越大。因此,如何发挥流程产业优势、破解制约瓶颈,追求系统能效、工艺能质转换的综合价值,培育企业新的竞争力,己成为中国焦化行业面临的新问题。

对此,中国炼焦行业协会专家委员会主任温燕明认为,长期以来,焦化行业一直关注产品形成的技术开发和产品主流程的资源保证及管理,而较忽视产品形成过程中能质转换的技术开发和管理,忽视能质转换及传递过程的耦合匹配。其实,恰恰是这些能质转换技术,直接涉及资源、能源的高效利用和高效转化,会造成过程能耗高、能质不匹配,系统能效低,运行成本高;过程余热、余能、粉尘、废水、毒素排放量大,污染重;产品链短,附加值低,产品单一,竞争力差;过程价值未能高效集成,劳动生产率低。因此,温燕明表示,焦化流程物能不匹配、系统能效低是焦化工序系统价值潜力所在。

据中国炼焦行业协会秘书长石岩峰介绍,目前,焦化行业需要运用系统过程优化方法,提高焦化企业的运营质量。据了解,系统过程优化已在石化等行业得到广泛应用,通过物料流―能源流―信息流―资金流的过程系统设计、控制、运行和组织管理,达到系统最优化。他表示,通过引入系统过程优化,实现焦化前流程的系统过程优化,可使企业盈利能力逐步达到最优化。

石岩峰认为,实施系统过程优化,首先要优化焦化原料和产品结构。目前,焦炭以全焦价格计算,是冶金焦、小粒度、焦粉的加权平均价。小粒度和焦粉的产率对全焦价格影响较大,有的企业忽略了,需要引起足够重视;焦炉煤气有不同的利用方式,需要折算成净化后的煤气价格,便于比较;生产废水产生量对焦化生产影响较大,各个企业废水产生量也不一样,也要将其列入作为参考指标。石岩峰指出,焦化原料和产品结构优化是系统过程优化的主要部分,通过对全焦、净煤气、煤焦油、粗苯、硫铵产率、市场价格、利润、利用各种煤的产量,以及产生废水量的计算比较,才能真正知道各个产品的盈利情况,这是管理者首先应该清楚的问题。

据了解,整个焦化生产系统由配煤、焦炉操作、鼓冷、电捕、脱氨、洗脱苯、脱硫、煤气利用、污水处理以及公用工程等单元组成。要实现生产系统过程优化,必须做到各单元操作参数和各子系统的优化控制。例如洗脱苯的单元操作优化,目标值是在完成塔后煤气含萘的条件下,以最低成本回收煤气中最多苯。优化思路就是综合计算此单元操作能源和物料消耗,包括蒸汽、电力、煤气、洗油、再生渣、循环水以及废水产生量,计算出综合效益最好的操作参数,单纯控制粗苯耗洗油和塔后含苯是不经济的。

石岩峰认为,目前,焦化生产企业已经很难靠某一项技术就可以实现大幅度盈利和减亏,实施系统过程优化才是企业提升管理水平和运行质量的有效途径。系统过程优化是从多维度对整个焦化工艺流程进行优化,目前,大部分焦化企业已经实现了配煤、焦炉操作、煤气净化、污水处理、煤气利用以及公用工程的计算机控制,但是还缺乏对这些自控系统数据的研究分析。借助计算机系统对焦化工艺流程相关指标参数进行计算分析,是未来现代化焦化行业的发展趋势。

石岩峰预计,在没有大量投资的前提下,焦化企业实施过程优化,可以降低吨焦成本2050元。

提高气体转换价值

温燕明认为,焦炭及粗苯、煤焦油、焦炉煤气的生产,是焦化生产经营的主体产品。其中,焦炭、焦炉煤气作为钢铁冶炼和轧钢的燃料和还原剂是其传统价值。在焦化行业产能过剩、节能减排压力增大、转型升级要求迫切的形势下,必须认识到煤气能源的转换价值,以价值创新重塑工艺过程,提高资源效率、能源效率,提高企业的综合竞争力。

据了解,焦炉煤气含有近60%的氢气和25%的甲烷,还有约10%COCO2,而转炉煤气含有约60%CO16%CO2。钢铁企业附属的焦化厂在满足焦炉用燃气和轧钢用燃气的基础上,把剩余的焦炉煤气与转炉煤气混合利用,通过净化和转化来生产甲醇(2688,25.00,0.94%)LNG(液化天然气)、天然气、油品等。年产1000万吨规模的钢铁企业利用焦炉煤气、转炉煤气、制氧厂氮气、石灰窑二氧化碳等作为优质合成气,可生产甲醇63.47万吨/年、氢气1万立方米/小时、乙二醇20万吨/年、醋酸产品20万吨/年等。某300万吨/年钢厂以焦炉煤气和转炉煤气生产10万吨/年的甲醇,2012年产量为9.54万吨,仅产品利润就实现4282万元;利用转炉煤气1.033亿立方米,使钢厂的能源结构得到优化,减排CO213.1万吨。

独立焦化厂在提高气体转换价值上仍然有可为。对于独立焦化企业而言,焦炉煤气和煤气化多联产系统是大幅提高资源利用效率的一个途径,通过多联产可重构产品新价值。温燕明表示,独立焦化企业可用水煤浆气化炉制气替代焦炉气,用于焦炉加热。焦炉气的氢气、甲烷含量比煤制合成气价值高,如果替代焦炉气用于合成甲醇等化工产品,水煤浆气化炉制4万立方米/小时合成气就可消化25/小时的含酚废水,这样可以解决焦化废水的问题。

山东洪业集团原总工程师杨复兴完全认同温燕明的观点。他认为,焦炉气含氢多、热值低,用于燃料不合算,做化工原料最合算。一个独立的100万吨/年焦化企业,根据配煤不同,除用于自身加热外,一般还剩余大约50%,约4亿立方米/年焦炉煤气属可用资源。利用这部分焦炉气,或者配置一台日投煤700800吨的水煤浆气化炉,可置换出另一半焦炉气。

费托合成油也是焦炉煤气利用的一个新途径。煤制油专家、兖矿上海能源研发中心有限公司总经理孙启文进一步向记者介绍,从气量上来说,4亿立方米焦炉煤气通过补碳,配置日投煤500吨的水煤浆气化炉,优化后,可以合成13万吨包括柴油和高纯石蜡在内的油品。焦炉气费托合成柴油为主的油品,在销售上尽管受到石化企业的限制,但其柴油十六烷值高,在民用调油市场用途依旧很广,且投资不大,企业必定能盈利。

业内人士认为,一个独立的100万吨/年焦化企业,如果配置一台日投煤1800吨的水煤浆气化炉,不仅能消耗掉焦化废水,而且如果所产的全部焦炉气全部生产费托合成油,油品产量可达到接近30万吨。

杨复兴指出,独立焦化企业配置水煤浆气化炉,用合成气替代焦炉气用于焦炉加热,还需要具体做深入量化的工作。目前,焦炉加热室、耐火砖传热面积、传热系数都是按照低热值的焦炉煤气计算设计的,换成高热值的合成气,焦炉能否适应?如果原来的设计不动,传热面积不变,可通过加快气体流动速度,弥补传热面积受限的问题。

温燕明表示,焦化企业围绕焦炉煤气和转炉煤气开发苯乙烯、聚碳酸酯、乙二醇、炭素制品等产品,是钢铁、焦化流程的功能价值再开发,更是钢铁企业和焦化企业产品结构、企业价值结构重构的新途径。他向记者强调,对于焦炉煤气、转炉煤气利用率这个概念要正确认识,只有利用价值高才是利用率真正的高,焦炉煤气、转炉煤气发电相比合成上述产品,利用价值低,利用率也低。

探寻焦炭气化之路

焦炭90%用于钢铁、冶金。随着我国经济结构调整,钢铁需求出现下降趋势,而在去年10月,国务院出台《化解产能过剩政策的指导意见》,钢铁业作为产能过剩的大户,将在未来5年压缩8000万吨总产能。工信部根据国民经济发展水平测算,“十二五”期间钢铁业需求将为7.1亿~8亿吨,将进入峰值弧顶区并达到最高点。而中国炼焦行业协会数据显示,去年中国焦炭产量达4.76亿吨,表观消费量为4.71亿吨;而国内焦炭总产能却有6.2亿吨左右,产能严重过剩,行业平均产能利用率约74%

对此,中国炼焦行业协会专家委员会首席专家杨文彪认为,焦化行业一方面为钢铁高炉提供优质焦炭,另一方面在冶金焦需求下降时,可利用焦炉高温热解特性,通过技术改造,多生产气化焦,为煤化工提供气化原料,走炼焦―焦炭气化之路。据杨文彪介绍,去年我国新投产焦炉43座,均为炭化室高≥5.5米、捣固≥6米的焦炉,目前我国仅已投产的捣固焦炉就有近400座。现有焦炉一般寿命30年,建成的那么多焦炉一旦因市场需求停下,也会造成资源浪费。“气化焦用于煤化工作为气化原料,上世纪90年代曾占到16%。随着焦炭价格下降,无烟煤价格上升,多生产气化焦有发展空间,也有发展的必要。发展气化焦,是行业在钢铁生产对焦炭的需求下降后的又一新探索和新出路。”杨文彪指出。

山东焦化集团董事长王清涛认为,焦化行业上有钢铁厂挤压,下有煤矿挤压,利润越来越低,再加上国家鼓励钢铁厂配焦化厂,独立焦化厂的空间越来越小,不转型就没有出路。目前有很多企业尝试了一些课题,如煤气生产甲醇等,但只能治标不能治本,因为焦炭占整个主产品的70%30%才是化工产品,这70%的焦炭一旦卖不出去,就要停产减负荷,煤化工项目也就不复存在。他认为,综合焦化、气化、气体分离三项技术,将焦炭气化,再将气体通过技术分离出氢、甲烷、一氧化碳,将焦化厂转型为气体能源厂,才能实现焦化厂的治标又治本。

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