石油焦及石油焦煅烧设备发展现状.pdf

总第 1 5 6 期 2 0 1 5 年第4 期 山西 冶金 S HANXI MET AL L URG Y T o t a l 1 5 6 No ．4， 2 01 5 DOI 1 0 ． 1 6 5 2 5 ／ j ． c n k 1 ． c n l 4 1 1 6 7 ／ t f ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 3 石油焦及石油焦煅烧设备发展现状 胡素丽， 龙琼， 曾 英 贵州理工学院材料与冶金工程学院， 贵州贵阳5 5 0 0 0 3 摘要 介绍 了石 油焦生产供应现状 ， 罐 式煅烧炉、 回转窑、 回转床 3 种煅烧设备 和石 油焦煅烧现状 ； 针 对石 油焦 质量不断下滑及与国外存在较大差距这一情况， 对进一步优化设计主要煅烧设备与工艺操作、 提高石油焦利用 价值提出了建议。 关键字 石油焦煅烧设备罐式煅烧炉 回转窑回转床 中图分类号 T E 6 2 6 ． 8 7 文献标识码 A 文章编 号 1 6 7 2 1 1 5 2 2 0 1 5 0 4 0 0 0 7 0 2 石油焦是石油加工过程中产生的如石油沥青和 渣油等炭氢化合物经焦化后得到的最终副产 品。在 全球石油焦 生产 中， 主要有燃料级石油焦和碳素级 石油焦两种。主要用于钢铁行业和电解铝行业的为 碳素级石油焦， 用于炼厂、 电厂、 玻璃厂、 水泥厂等行 业 的为燃料级石油焦。 1 石油焦种类及供应现状 1 ． 1 石油焦种类 石油焦是一种蜂窝状的暗灰色或黑色的焦， 根 据其焦化 的方法不 同可分为延迟焦 、 流化焦 、 平 炉 焦 、 釜式焦等 ； 从焦炭的外观和特征可以分为海绵状 焦 、 针状焦 、 粉焦和丸状 焦 球状焦 ； 根据硫含量 的 质量 分 数 高低 分 为 高硫焦 W S ≥4 ％ 、 中硫 焦 s 2 ％ ～4 ％ 和低硫焦 S ≤2 ％ ； 按加工 方 式又可以分为煅烧焦 和生焦。 目前 ， 对于石油焦的 品种和分类还没有统一 的国际标准。 1 ． 2 石油焦供应现状 美国是石油焦生产和出口大国， 2 0 0 9 年至2 0 1 3 年间石油焦产量增长了 l 1 ％， 出口量增长 了2 8 ％， 而 巴西 、 加拿大、 墨西哥等国主要用于国内消耗， 供需基 本平衡 ， 2 0 1 3 年 中东及北非地区石油焦基本供需平 衡， 而印度却出现供不应求现象“ ； 在国内， 电解铝行 业所用石油焦占石油焦总消耗的主要部分， 2 0 1 3 年 消耗量为3 2 9 7 万t ， 供应缺 口为8 2 0 万 t ， 由进 口补充 ， 处于供不应求的状态n 。国际劣质、 重质原油产量的 不断上升和世界原油质量的持续下降 ， 以及炼油企业 收稿 日期 2 0 1 5 0 6 - 0 4 第一作者简介 胡素丽 1 9 8 8 一 ， 女， 硕士研究生， 贵州理工学院 讲师， 研究方向为炭阳极制备。E ma i l h u s u l i 1 9 8 8 o k 1 2 6 ． c o m 对炼油工艺的强化， 最终导致石油焦质量不断下降， 主要表现为水分、 挥发分、 硫含量不断升高， 质量不稳 定 ， 且波动 眭较大 ， 粉末化现象严重等n 。 2 石油焦煅烧设备 煅烧是电解铝用炭阳极制备过程中的第一道热 处理理工序， 其主要目的是通过热处理排出石油焦 中的水分、 挥发分， 提高石油焦的密度、 机械强度、 导 电性能 、 化学稳定性和抗 氧化性能等 ] 。 目前 ， 采 用的煅烧设备主要有罐式煅烧炉、 回转窑和回转床， 其中国内主要采用罐式煅烧炉和回转窑 ， 回转床在 国外有应用 圳。 2 ． 1 罐式煅烧炉 罐式煅烧炉的基本构造n 。 ] 炉体以及附属在炉 体上的冷却水套、 加排料装置、 煤气 或重油 管道、 金属骨架等组成罐式煅烧炉 ， 其中炉体包括有料罐 、 火道、 四周大墙 ， 有的还有换热室 。根据物料运动方 向与高温烟气流动方 向 ， 罐 式煅烧炉有顺流式和逆 流式两种煅烧炉。罐式煅烧炉是由若干个尺寸相同 的煅烧罐组成， 一般一组有4 个罐， 按照2 x 2 lE 列， 由 4 ～ 8 组组成 ， 组数越多其产能就越大。每个罐的加 料 口和排料 口分别位于罐 的上部和下部 ， 罐侧壁用 硅砖砌成 ， 火道分布在罐 的两侧。在煅烧时 ， 石油焦 由罐的上部加料口加入 ， 然后依靠重力缓慢向下移 动 ， 在移动过程 中， 罐 内的石油焦不直接接触火道 中 的高温气体 ， 而是通过火道壁间接传递热量。在煅 烧过程 中， 石油焦中挥发分的燃烧是罐式煅烧炉热 量的主要来源 ， 只有当挥发分低 于6 ％时， 罐式煅烧 炉中热量需要 b J J n 燃料补充。 石油焦在罐式炉罐内密封隔绝空气状态下加 8 山西冶金 E m a i l s x y j b j b 1 2 6 ． c o rn 第 3 8 卷 热， 空气与物料不直接接触 ， 不仅烧损小， 而且有微 量热解炭形成、 煅后焦质量稳定 、 加热时间长 、 受热 充分、 设备牢固不需经常检修、 可连续生产等。近年 来各界人士对罐式煅烧炉技术改进很大， 但仍存在 缺点， 如罐式煅烧炉的机械化程度低 ， 操作条件差， 再加上近几年石油焦质量波动较大， 操作过程难以 量化控制 ， 炉子操作时有波动出现。 2 ． 2 回转窑 回转窑主要 由旋转冷却 机和煅 烧窑两部分组 成， 其中煅烧窑内衬耐火材料， 煅烧窑的简体是由碳 素结构的钢板卷制而成n 。整个回转窑在倾斜度为 3 ％～ 5 ％的范围内倾斜安装， 窑头低、 窑尾高， 每个拖 轮支承装置分别 由各 自的轮带从下 面支撑 ， 将一个 大齿轮固定在煅烧窑的筒体上 ， 通过电机 、 减速器和 大小齿轮的啮合来实现简体的反转回转运动。煅烧 时 ， 石油焦由窑尾进料 ， 随 回转窑转动螺旋式前进 ， 依次经过回转窑的预热、 煅烧和冷却三个区域， 最后 从窑头排出。回转窑在煅烧石油焦过程 中所需 的热 量主要通过燃烧石油焦在煅烧过程 中排 出的挥发分 来提供， 但在煅烧过程中时常需要外加少量燃料补 充热量 。 回转窑在生产过程中存在有设备结构简单、 投 资建设成本低、 煅烧石油焦量大、 操作简单且 自 动化 程度高等优点 ， 被大规模煅烧石油焦厂所采用n 。 反之 ， 在煅烧过程中进行一次 、 二次、 三次鼓风， 使煅 烧 的实收率偏低从而导致大量 的材料浪费 ， 石油焦 加热时间短 ， 受热不充分 ， 设备的运行成本也不低 ， 甚至每次检修设备的工作量大 、 周期短 。 2 ．3 回转床 回转床主要 由炉顶 固定 、 侧墙 垂直 和床体 可旋转 三部分组成。炉床可以是平的 ， 也可以向 中心倾斜。从炉顶周边进料 ， 在搅拌耙子 的定时搅 拌下 ， 原料逐渐 向中心移动进入均热室。耙子是 回 转床高产的关键 ， 它可以增大物料受热辐射的表面 积 ， 减缓石油焦在炉体 内剧烈运动所产生的机械磨 损n I 。燃烧器在炉顶上部 ， 以确保炉子维持在所需 要的煅烧温度上 ， 其 中石油焦挥发分的燃烧是主要 能源的提供者 ， 而外加煤气或重油仅为补充能源。 原料共在煅烧炉内停 留 1 h 左右 ， 最后由炉底 中心排 出进入冷却筒进行冷却。 回转床煅烧炉煅烧技术具有煅烧质量均匀、 氧化 损失小、 热量损失小 、 操作简单灵活等优点， 同时也 存在有建设成本稍高， 设备结构复杂， 材质要求高， 耙 子及挡板等零部件易烧坏， 维修工作量大等缺点 。 3 石油焦煅烧现状 随着氧化铝行业的发展 ， 我 国在石油焦煅烧工 艺和煅烧设备改进上取得了较大进步， 但与国外先 进国家相比仍存在有较大差距。目前 ， 国内不仅在 石油焦煅烧的规模上与国外存在较大差别， 而且煅 后焦的质量也明显低于国外质量。国外对石油焦的 煅烧主要采用在炼油厂集中煅烧的方式 ， 而 国内主 要分散在各炭素厂、 铝厂， 进行小规模的以自给自足 为主的分散煅烧方式。 采用集中煅烧的方式不仅可以实现大型煅烧设 备的机械化 、 规模化生产 ， 而且集中在炼油厂煅烧还 能对石油焦 的性质进行及时掌握 ， 便于煅烧工艺 的 进行， 提高经济效益。与国外相比， 国内石油焦煅烧 产能普遍较小 ， 煅后焦质量相对较差 ， 单位产品能耗 较高， 炭质烧损量也较大。 4结语 从石油焦生产现状及三种煅烧设备来看 ， 今后 不但要进一步改进煅烧设备， 还要结合实际综合评 估选择煅烧方式 。由于石油焦质量不断下滑 ， 预焙 阳极的使用性能将直接受到影响 ， 应加大对炭阳极 生产工艺的优化或找到更适合的替代品， 进一步加 大对如何提高石油焦利用价值的研究力度 。要不断 借鉴和吸收国外先进技术 ， 今后在一定 时期 内， 采用 大规模 的集 中煅烧 ， 然后 以煅后焦 出售给各厂家是 石油焦煅烧发展趋势。 参考文献 [ 1 ] 缪超， 杨维军 ， 王皓．全球主要地区石油焦供需现状及趋势分析 [ J ] ． 国际石油经济 ， 2 0 1 4 5 1 5 2 O ． [ 2 ] 王喜春 ， 翼树 军 ， 郭威立 ， 等． 提高预焙 阳极 质量 的实践 与探讨 [ J ] 船 金属 ， 2 0 1 3 6 4 4 4 7 ． [ 3 ] 张新海 ， 包 崇爱 ， 高守磊． 铝用预焙 阳极生产对石油焦变化趋势 采取的策 略[ J ] ．轻金 属， 2 0 1 1 6 3 7 4 0 ． [ 4 ] 李浩， 王晓敏， 杨凯长． 罐式缎烧炉缎后焦质量的影响因素及改 进措施[ J ] ． 轻金属 ， 2 0 1 1 3 4 3 4 6 ． [ 5 ] 中国冶金百科 全书编写组_ 中国冶金百科全书 炭素材料 [ M] ． 北京 冶金工业出版社 ， 1 9 9 2 6 4 6 5 ． [ 6 ] 李 勇． 回转窑 内物料 运动与传热 特性分析 [ D] ． 武汉 华 中科技 大学， 2 0 1 1 ． [ 7 ] 邓胜祥 ， 李继中， 周孑民， 等． 煅烧石油焦回转窑高风温燃烧与 重油改质技术的开发与应用[ J ] ． 炭素技术 ， 2 0 0 9 ， 2 8 4 4 6 4 9 ． [ 8 ] 王平 甫 ， 罗英涛 ， 宫振 ， 等 ． 中国竖罐式炉煅 烧石油焦技术 分析 与研讨[ J ] ． 炭素技术， 2 0 0 9 ， 2 8 5 3 1 3 7 ． 下转第3 5 页 2 0 1 5 年第4 期 田玉明， 等 镁渣在陶粒支撑剂制备中的应用 3 5 2 0 1 4， 3 7 1 1 _ 4 ． [ 4 ] 胡庆福 ， 刘景泽， 宋丽英． 中国镁资源有事及镁质化工材料发展 方向[ J ] ． 无机盐工业， 2 0 0 6 ， 3 8 9 1 3 1 6 ． [ 5 ] 刘兵， 曾大本， 苏竣． 我国镁产业发展政策的分析与评价[ J 2 ． 中 国科技论坛 ， 2 0 0 7 8 3 4 3 9 ． [ 6 ] 田玉明， 周少鹏 ， 陈战考． 镁渣对刚玉一 莫来石复相陶瓷显微结 构及性能的影响[ J ] ． 中国陶瓷， 2 0 1 4 ， 5 0 1 1 8 2 1 ． [ 7 ] 高峰， 聂祚仁， 王志宏． 中国皮江法炼镁的资源消耗和环境影响 分析[ J ] ． 中国有色金属学报， 2 0 0 6 ， 1 6 8 1 4 5 6 1 4 6 1 ． [ 8 ] 翁端． 环境材料学[ M] ．北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 1 3 9 - 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c r e a s e s ，a n d t h u s s a v e s a l o t o f e l e c t r o n p o we r ,and t h i s wo r k c a l l a l s o g r e a t l y a l l e v i a t e the e n v i r o n me n t a l l o a d c a u s e d b y ma gn e s i um s l a g ． Th e r e u s e o f wa s t e p r o d u c t i o n ，wa s t e wa t e r , wa s t e h e a t o f fl u e g as i n t h e p r o c e s s ， n o t o n l y r e d u c e s the e n v i r o nm e n t a l p o l l u t i o n ，s a v e s e n e r g y a n d r e d u c e s c o n s u mp t i o n ； o n the o the r h a n d ， i t a l s o r e d u c - e s t h e o p e r a t i n g c o s t s o f e n t e r p r i s e s ， a n d p r o d u c e s g o o d e c o n o mi c b e n e fi t ． Ke y wo r d s c e r a mi c p r o p p an t s ，ma gn e s i u m s l a g，e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n，e c o n o mi c b e n e fit 上接第 8 页 [ 9 ] 韩文生． 回转床煅烧炉煅烧针状石油焦[ J ] _ 轻金属 ， 2 0 0 8 9 5 0- 5 2 ． [ 1 O ] 穆二军 ， 刘慧． 石油焦煅烧技术方案比较[ J ] ． 炭素技术， 2 0 1 3 ， 3 2 2 1 3 1 8 ． [ 1 1 ] 魏远娟， 李松杰， 崔卫滨．浅谈石油焦煅烧设备发展现状[ J ] 广 东化工， 2 0 1 3 1 3 1 0 6 1 0 7 ． [ 1 2 ] 孙毅， 许海飞 ， 王玉彬． 石油焦煅烧技术方案的比较[ J ] ． 轻金 属 ， 2 0 1 0 1 1 3 8 - 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t i o n e q u i p me n t and p r o c e s s o p e r a ti o n i s p u t f o r ward ， S O a s t h e a d v i c e i n c r e a s i n g t h e v alu e o fp e t r o l e um c o k e ． Ke y wo r d s p e tro l e um c o k e，c a l c i n a ti o n e q u i p me n t ，p o t - c a l e i n e r ，r o tar y k i l n，r o t a r y h e a r t h f u r n a c e