1干熄焦工艺的特点和优点
干熄焦项目建成投产后，年发电213.27×106kWh，蒸汽48.96万t，回收能源折40362t标准煤。因焦炭质量提高而获得延伸的经济效益6600万元。此外发电后的蒸汽替代了由燃煤锅炉提供的蒸汽，减少了动力燃煤消耗。焦炭质量明显提高。干熄炉上部的预存段有隔绝空气保温作用，焦炭在预存段相当于进一步闷炉，进行温度的均匀化和残存挥发分的析出过程，经过预存段，焦炭的成熟度进一步提高，消除了生焦。表1是不同熄焦方式焦炭质量的对比数据。干法熄焦与湿法熄焦相比可知，焦炭的M40提高了4.5%;M10改善了0.4%;CＲI降低了3.2%，CSＲ改善了4.2%，焦炭质量得到明显改善。干熄焦系统配套的地面除尘站还可以为焦炉的装煤和出焦除尘。地面除尘站和筛运焦除尘每年脱除的粉尘量大约为35000t。采用干法熄焦可以回收约83%的红焦显热。数据表明，每干熄1t焦炭，可回收的热量约为1.35×106kJ，发电106kWh，并产生3.82MPa蒸汽约540kg。干熄焦项目投入使用后，园区的资源得到充分的利用，将甲醇空分系统富余的高纯氮气应用到干熄焦系统，回收红焦显热的同时，产生大量的蒸汽，并推动汽轮机进行发电，并网后供园区统一调配使用，发电量可供园区70%的自用电。做功发电后的蒸汽并入园区蒸汽管网，统一分配使用。氮气、余热、蒸汽、电力各种能源介质得到高度循环利用，粉尘得到回收。
2蒸汽的梯级循环利用
原始设计只有焦化与甲醇工艺，甲醇蒸汽用量很大，每小时需要3.82MPa蒸汽45t，450℃的中压蒸汽用来驱动空分压缩机及合成用压缩机，同时产生30t0.8MPa的低压蒸汽，与全园区的低压蒸汽(0.4～0.6MPa)系统不匹配。园区正常生产时，每小时中压蒸汽耗量约在140t左右，蒸汽全由热力系统提供，加大了热力锅炉的生产负荷。原蒸汽系统生产工艺流程如图2所示。针对以上情况，将干熄焦和苯加氢系统产生的蒸汽并网调节到整个蒸汽系统，大大补充了原设计蒸汽不足的缺陷，将整个园区的富余蒸汽资源统一输送到热力蒸汽分配站，然后根据各自生产需要，进行蒸汽的梯级分配，实现了蒸汽系统的统一调配，同时也实现了蒸汽资源的闭路循环，优化后的蒸汽流程如图3所示。中低压蒸汽供给使用情况如表2和表3所示。将蒸汽并网经调节后，热力锅炉提供85t/h的中压蒸汽和15t/h的低压蒸汽，干熄焦系统提供60t/h的中压蒸汽，减轻了热力锅炉的负载，热力系统因此减少了锅炉的运行台数，减少了动力煤的消耗和烟气的排放。这些中压蒸汽经分配站调节后分别供甲醇系统、苯加氢系统和焦油系统使用;甲醇合成以及转化阶段产生的低压蒸气64t/h左右，将之与热力提供的低压蒸汽并网调节后供焦化系统和生活使用。当干熄检修时，热力系统可以增加高压蒸汽供应量，保证全园区的蒸汽平衡，反之亦然。蒸汽统一调配后保证了全园区各系统的生产平稳。
3弛放气的循环利用
原始设计中焦炉煤气合成甲醇过程中，产生弛放气22000m3/h，除去甲醇系统自身消耗一小部分外，其余全部进行放散，浪费大量能源。弛放气中H2体积分数在75%左右，经过变压吸附得到加氢用高纯氢气，用于粗苯加氢精制项目，延长了化工产业链，提高产品附加值。除了粗苯加氢和甲醇自身消耗的弛放气约10000m3/h外，还剩余弛放气12000m3/h左右。弛放气热值11700kJ/m3，焦炉煤气的热值17918kJ/m3。焦炉设计要求焦炉煤气最低热值不低于16000kJ/m3，因此，可以将焦炉煤气和弛放气混合，所述混合气中甲醇合成弛放气占混合气的比例在一定范围内，保证热值不低于16000kJ/m3。因为加入的弛放气可以替代部分焦炉煤气，这部分焦炉煤气可以直接送去合成甲醇，增加甲醇产量［2］。原回炉焦炉煤气按流量47300m3/h，热值17918kJ/m3，弛放气热值11700kJ/m3，甲醇耗焦炉煤气2100m3/t，全年开工时间8000h计算，可增产甲醇30000t/a。弛放气循环利用新工艺有以下特点:①有效利用弛放气，避免弛放气放散或燃烧而造成环境污染，回收利用了大量能源介质;②混合气替代纯焦炉煤气燃烧加热焦炉，提高混合气燃烧时火焰长度，改善焦炉高向加热水平，从而提高焦炉温度的均匀性，有利于焦炭均匀成熟，提高焦炭质量;③将用弛放气替换出的这部分焦炉煤气用于生产甲醇系统，作为增产甲醇的原料气，形成气体的闭路循环，实现低品质气体置换高品质气体，可进一步增加企业收益。
4煤化工废水的分级处理及零排放技术
原设计的焦化废水在经过机械化氨水澄清槽，与焦油分离后，进入蒸氨系统进行处理，去除其中的重组分杂质，然后进入生化处理系统进行生物降解，由于其中COD、氨氮等组分含量还很高，达不到零排放的标准。加上甲醇系统、粗苯加氢系统和焦油加工系统等废水排放点多、水质复杂，单一处理方法难以实现废水处理后全部回用的问题［3－5］。针对以上问题，开展了不同来源煤化工废水水质、水量特征的系统分析工作，研发出生化系统出水超滤－纳滤“双膜”深度处理技术、再生水石灰沉淀－超滤－反渗透回用技术、降低蒸氨塔出水焦油和氨氮含量的塔内件强化技术、回用水的新型复合腐蚀抑制剂技术、芬顿氧化结合超滤－纳滤膜技术处理膜滤浓水等;形成了煤化工废水分级处理、分质回用和零排放的集成处理工艺，实现了煤化工废水分质回用和零排放。开发并使用这些技术之后的技术指标如下:①新型蒸氨塔使用前出水中焦油类100～300mg/L，挥发酚100～200mg/L;使用后出水中焦油类＜20mg/L，挥发酚80～150mg/L。②深度处理系统进水CODCr150～350mg/L，色度(铂－钴色号)＞200;出水CODCr≤60mg/L，色度(铂－钴色号)＜5。③再生水回用系统进水CODCr15～20mg/L，总硬度250～280mg/L，Cl－120～150mg/L;出水CODCr＜4mg/L，总硬度＜24mg/L，Cl－＜75mg/L;反渗透脱盐率≥95%，反渗透装置的回收率89%，系统产水率≥98%。④膜滤浓水经芬顿氧化和超滤－纳滤膜技术处理后出水色度(铂－钴色号)＜5，CODCr＜10mg/L，Cl－＜5mg/L。污水处理系统每年运行330d以上，检修维护简便，年节约新鲜水700万t，减排CODCr7650t，达到了节能减排和保护环境的目的。图4是废水分级处理及分质回用水再利用平衡图。
5固体废弃物的循环利用和配煤粉碎工艺优化
园区目前废渣的产生源主要有净化焦油废渣、生化处理污泥、热力锅炉除尘灰渣，其中除尘灰渣作为产品直接销售，但焦油渣和生化污泥是一个难题，焦油渣和生化污泥属于工业垃圾。园区原设计配煤系统将组成炼焦煤的各单种煤先按规定的比例配合再进行粉碎，称作“先配(混)后粉”工艺。工艺过程如图5所示。配合煤全部通过同一台粉碎机，要求粉碎细度小的肥煤、焦煤由于其硬度小、易粉碎而造成过细粉碎;相反，要求粉碎细度大的气煤、瘦煤由于其不易粉碎性造成粉碎细度过小，煤的粒度过大。这就形成理论与实际之间很大的矛盾，配煤细度对焦炭质量的影响很大。先配后粉仅适用于煤种黏结性较好、煤质均匀的情况。对于以上情况，考虑改变粉碎流程，根据炼焦煤源结构，将结焦性能较好的肥煤、焦煤直接运到配煤仓进行存储，结焦性能较差的气煤和瘦煤通过预粉碎机进行细粉碎，同时将工业固体废渣添加到预粉碎系统，以解决工业废固的回收利用问题。预粉碎可提高粉碎质量，使黏结性较小、非活性的气煤、瘦煤得到充分粉碎。工艺优化后流程如图6所示。工艺优化后，实现了固体废弃物的循环利用，改变了配煤粉碎方式，改善了粉碎效果，提高了焦炭质量。
6结论
以能源的高效合理利用和产品技术附加值的提升为目标和主线，通过技术创新和合理配套，实现了干熄焦发电、氮气循环利用、弛放气循环利用、蒸汽梯级利用、废水循环利用和废渣的合理利用，煤化工园区现在有220万t焦炭、25万t甲醇、20万t粗苯加氢、30万t焦油加工以及聚甲醛己二酸系统的煤化工产业链。经过能源的合理梯级利用和“三废”的处理，实现了煤化工园区循环经济和节能减排的整体创新，构建了完整的煤化工绿色循环经济示范园区，现在以煤为源头可以生产出30多种化工产品。其单项技术和整体工艺的集成创新促进了煤化工企业能源合理高效利用和技术产品升级，实现了低碳环保和清洁生产。
作者：曹玉忠 严加才 单位：开滦煤化工研发中心 开滦能源化工股份有限公司
