煅后石油焦的生产工艺与环保研究

胡珂 刘晓英张涛赵首哲 李华杰

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摘要：锻后石油焦是指石油沥青经过一定的加热锻烧过程中，去除了沥青中的胶质、沥青质和沥青等不饱和烃类，得到的具有一定机械强度和良好塑性的焦状石油产品，也被称作石油焦。石油焦是炼油厂生产沥青所用的优质原料，我国石油焦资源总量约为6.5亿吨，其中80%为锻后石油焦。锻后石油焦因其具有较高的强度、良好的抗冲击能力，以及优异的热稳定性和抗热震性等特性而广泛应用于钢铁、有色金属、机械制造等领域。锻后石油焦可作为直接还原铁生产石墨电极用炭素原料，也可作为炼钢用焦炭、建材及耐火材料等。

关键词：铝电解；煅后石油焦；回转窑

引言

回旋窑锻烧技术，是最快被引进并被普遍采用的一种锻造方式，通过数十年来的持续改进与完善，使其在装备使用效率与产品品质上都得到了极大的提升。但是，伴随着时代的发展，落后的生产力被先进生产力所替代，安全、环保、节能、高效的发展方式也逐渐被整个社会所接受，而在回转窑的锻烧工艺的每一个控制步骤，基本都牵扯到了烟气排放、余热利用、粉尘除尘收集等一系列的难题，因此，我们需要对回转窑的锻烧工艺与环境的关系进行深入的探讨，以突破在锻烧工艺中存在的困难和制约因素，从而使碳素工业实现健康、环保的发展。

一、回转窑煅烧石油焦生产工艺对比

目前，在国内外市场上，主要有回转窑锻烧石油焦生产工艺和传统的直接锻烧石油焦生产工艺两种，采用回转窑作为主要设备的锻烧工艺最早出现在20世纪90年代。与传统的直接锻烧石油焦生产工艺相比，回转窑锻烧石油焦生产工艺具有以下优点：

能耗低、污染少。通过引入高效率的高温反应设备，其单位能耗约为传统直接锻烧工艺的10%~20%，同时还可采用先进的空气冷却装置，设备内部的烟气通过合理的流动速度被有效控制和利用；

生产周期短。传统直接锻烧工艺一般需要10h~15h的预热时间，而采用回转窑进行高温锻烧，可缩短至2h~3h；

锻烧产品质量高。与传统直接锻烧窑相比，回转窑以高效率和低能耗为优势，其锻烧温度更高，锻后石油焦产量更大；

可连续生产。采用回转窑进行锻烧，不仅可提高效率，还可在较短的时间内完成不同规格锻后焦生产。

二、回转窑煅烧工艺控制

石油焦锻烧主要是利用回转窑内的高温作用将石油焦中的沥青转化为沥青，这一过程需要在物料温度在800℃以上和较高的空气压力下进行，温度越高，反应时间越长。由于石油焦具有较低的热膨胀系数，因此锻烧时窑内温度一般要控制在1500℃以上。

石油焦在高温条件下可以将其中的部分碳转化为石墨，而部分碳则会被氧化为二氧化碳和水，从而形成具有一定孔隙结构的骨架材料。由于石油焦中的沥青在高温下具有较高的流动性，因此锻烧时需要用到大量的风和煤，这也是为什么需要用回转窑生产石油焦的原因之一。

锻后石油焦产品质量较好、灰分低、挥发分高、热值大；且内部组织均匀、针片状结构多，有较好的粘结性。但由于锻烧过程中会产生大量硫化氢、二氧化硫等有害气体，因此要控制好锻后石油焦锻烧过程中的生产工艺技术及设备操作管理，确保锻后石油焦质量达标。

三、回转窑燃烧室废气处理

由于锻烧石油焦过程中会产生大量的废气，其中含有 CO、CO2、SO2和 NOX等多种有害气体，这些有害气体不仅污染环境，对人体健康也会产生不利影响。因此，必须对其进行净化处理。

回转窑燃烧室废气主要是由高温烟气以及含有大量的颗粒物、SO2、 NOX等有害气体组成的复杂混合气体组成，其成分非常复杂，具有较高的湿度和温度，同时还会存在一些粉尘。由于回转窑燃烧室废气中含有大量的有毒有害气体，因此必须对其进行净化处理。

经过净化处理后的废气需要进一步达标排放，否则会导致回转窑运行压力过大，造成回转窑设备运行不稳定或故障。因此必须保证处理后废气排放符合国家环保标准，不会造成二次污染。

四、冷却筒冷却烟气处理

锻后石油焦的锻烧工艺分为锻烧炉、冷却筒和锻后焦，其中，锻烧炉作为锻后石油焦的主要生产设备，其主体结构主要由锻烧炉炉体、煤气冷却器、空气冷却器等组成。

冷却筒用于将锻后石油焦焙烧时产生的高温烟气进行冷却，并为锻后石油焦的继续焙烧提供热源。锻后石油焦经炉内燃烧分解后的烟气通过冷却器、空气冷却器，与烟气中所含的氧气进行充分混合、充分氧化，达到一定的浓度后再通过管道进入净化塔内，最后再经由引风机、布袋除尘器等设备进行净化处理。

锻后石油焦经锻烧产生的烟气通过冷却筒进行冷却后排入大气中，并经过布袋除尘等设备进行净化处理，保证了在生产过程中锻后石油焦的环保问题。

五、高温煅烧焦冷却方式

锻烧温度高、加热时间长的锻后焦，一般采用冷却锻后焦。主要有以下几种方式：

水淬工艺：水冷却速度快，能在较短时间内将锻后焦冷却到150℃左右，但由于锻后焦含碳量高，对后续锻烧窑炉结构要求较高，设备投资也较大。

空气冷却工艺：在高温下用空气对锻后焦进行冷却，通过热空气携带锻后焦中的杂质、气体进入窑室内，降低温度，避免锻后焦结块。

蒸汽冷却工艺：蒸汽对锻后焦进行降温的同时还可将锻后焦中的气体带走，能够较好地降低锻后焦的含碳量。

带式冷却工艺：采用带式冷却的方式对锻后焦进行降温，不仅可以有效地降低锻后焦室温，而且也能使锻后焦室温降至250℃以下。

六、烟气脱硫方式

随着社会的发展，对环保要求越来越高，对重金属等有害物质的排放要求越来越严格。石油焦在锻烧过程中会产生二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等污染物，对环境造成一定的污染。烟气脱硫方法包括湿法脱硫和干法脱硫。

湿法脱硫工艺是最常用的方法，也是国内外应用最为广泛的一种烟气脱硫工艺，其主要原理是利用二氧化硫与水在一定温度、压力和溶液 PH值条件下发生化学反应，生成硫酸钙和水合硫酸氢钙，经过干燥后得到硫酸钙、硫酸镁产品。其工艺过程简单，设备投资和操作费用较低。

干法脱硫是利用在锻烧过程中产生的固体废弃物与洗涤水混合后所形成的碱性溶液来吸收二氧化硫气体。干法脱硫工艺与湿法相比，具有投资省、占地少、无二次污染等优点。但该方法所用物料不能回收利用，因此对产品质量影响很大，一般只适合于处理较低浓度的SO2气体。

结语

我国是世界上最大的锻后石油焦生产国，年消耗量约占全球总消耗量的三分之一，但我国的锻后石油焦生产技术水平仍较落后，尤其是环保技术落后、生产规模小、设备落后等问题仍十分突出。随着经济的发展，环保问题也成为了人们越来越关注的焦点，而要解决这一难题，只有从环保角度出发，开发出一套低能耗、低污染、高效益的节能环保型锻后石油焦生产工艺，并在此基础上建设锻后石油焦集中处理设施，实现锻后石油焦资源的集中处理利用。

参考文献

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