（环境工程专业论文）回转窑煅烧石油焦清洁生产方案研究.pdf

中文摘要 好的社会效益、经济效益和环境效益。 关键词:回转窑锻烧石油焦清洁生产 ab s t r a c t ab s t r a c t t h e t e c h n o l o g i e s o f r o t a ry c a l c i n a t i o n s h a v e b e e n u s e d w o r l d w i d e i n t h e p r o d u c t i o n o f c o k e a n d佩 w h i c h , i n c h i n a , a r e p r a c t i c a l l y a l l p r o d u c t s b y t h e p e t r o c h e m ic a l i n d u s t ry w it h d e l a y i n g d e v i c e s . t h e r e f o re , i n o r d e r t o e s t a b l i s h mo r e e c o n o mi c g ro w t h p o i n t s , c n p c h a s s e t u p a n u m b e r o f l a r g e - s c a l e r o t a ry c a l c i n a t i o n s c o k i n g p la n t s , w h o s e c o k in g p r o d u c ts a r e s u p p o s e d t o m e e t 俪 d e m a n d s o f t h e e l e c t r o l y z in g a l u m i n u m i n d u s t ry f o r it s m a j o r c o n s u m p t i o n m a t e r ia l s . h o w e v e r , a s a re s o u r c e a n d e n e r g y i n t e n s e i n d u s t ry , r o t a r y c a l c i n a t i o n s c o k in g i s n o t o n l y a b i g e n e r g y - c o n s u m e r b u t a l s o a n a i r - p o l l u t e r . w h e t h e r t h i s t y p e o f c o k i n g t e c h n o l o g y i s s u c h a n e c o - i n d u s t ry t h a t it m a n a g e s t o b a l a n c e t h e e c o n o m i c g r o w t h a n d e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n p o s e s a p r a c t i c a l i s s u e t h a t s h o u l d b e s o l v e d t h r o u g h p r o p e r m e a s u r e s b y a l l c o k i n g e n t e r p r i s e s t h a t m a k e c a p i t a l o f it . t h u s f o r s u c h e n t e r p r i s e s a s t h e d a g a n g o i l f i e l d g r o u p c o m p a n y , w h ic h m a j o r s i n e x p o rt i n g a n d i s t ryi n g t o c o m p e t e a n d e x p a n d i n t e rn a t i o n a l l y , t h e r e a l i z a t i o n o f c l e a n p r o d u c t i o n , s e r v i n g a s a b r i d g e b e t w e e n t h e e c o n o m i c d e v e l o p m e n t a n d e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n , i s b o t h a n e c e s s a ry a n d a n e ff e c t i v e w a y t o l a n d o n a w i n - w i n s i t u a t io n , n a m e l y , t o p r o t e c t t h e e n v i r o n m e n t a n d a c h i e v e s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t a t t h e s a me t i me . i n t e r m s o f t h e v a r io u s p r o d u c t i o n u n i t e s a n d t h e p r o c e s s e s o f r a w m a t e r i a l s t r e a t m e n t , c a l c in a t i o n s a n d c o o l i n g , p o s t - p r o d u c t i o n t r e a t m e n t , u t i l i z a t i o n o f 如 s u r p l u s e n e r g y , e tc . , t h e a u t h o r d o e s n t o n l y i d e n t i f y a n d e v a l u a t e t h e e n v i r o n me n t a l e l e m e n t s i n v o l v e d i n t h e e n t i r e p r o d u c t i o n , b u t a l s o p i n p o i n t s b o t h t h e p r i m a ry p o l l u t i n g s e c t o r s a n d t h e p r i m a ry p o l l u t a n t s , a n d i n r e t u rn , h e c o m e s u p w i t h h i s i d e a s o f p r e v e n t i v e a n d c o n tr o l l i n g m e a s u r e s . t h e a u t h o r h e r e in s u m s u p s u c h p ro b l e m s a s l itt l e k n o w l e d g e o r a w a r e n e s s , l a c k o f e n t h u s i a s m , a n d p o o r p e r f o r m a n c e o f t h e c l e a n p ro d u c t i o n m e a s u r e s d u r i n g ro t a ry c a l c i n a t i o n s c o k i n g . m e a n w h i l e , h e a n a l y z e s t h e c a u s e s o f t h e f o l l o w i n g p r o b l e m s i n c l u d i n g t h e i n s u f f i c i e n c y o f g o v e rnm e n t a l p e r f o r m a n c e , i r r e s p o n s i b i l i t y o f b o t h e n t e r p r i s e r s and t h e i r e m p l o y e e s , and l a c k o f s o c i a l s u p p o rt o r g u i d a n c e . t h i s p r e s e n t a t io n p u t s f o r w a r d s o m e s p e c i f i c m e t h o d s o f c l e a n p r o d u c t i o n o f r o t a ry c a l c i n a t i o n s c o k in g i n c h i n a , w h i c h i n c l u d e a s p e c t s o f d e s i g n i n g a n d r 学 校有权保存学位论文的印 刷本和电 子版， 并采用影印、 缩印、 扫描、 数 字化或其它手段保存论文: 学校有权提供目 录检索以 及提供本学位论文 全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有关部门或者机 构送交论文的复印件和电子版; 在不以赢利为目的的前提下， 学校可以 适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名:寥务 -)- 7 年 石 月 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在 授权书。 年解密后适用本 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内部b 年 ( 最长 j 年，可少于5 年) 秘密女功年 最长 机密* 2 。 年 最长 扮年，可少于 1 0 年) 2 0 年，可少于 2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下，进行研 究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研 究成果不包含任何他人创作的、 已公开发表或者没有公开发表的作品的 内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在 文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名 年 石 月- 乞 日 第一章引言 第一章引言 石油焦是延迟焦化装置的原料油在高温下裂解生产轻质油品时的副产物， 也称 延迟石油焦。 石油焦的产量约为原料油的2 5 3 0 %. 其低位发热量约为煤的 1 . 5 2 倍，灰分含量不大于0 . 5 %，挥发分约为 1 1 %左右，品质接近于无烟煤。 我国石油焦生产目 前还没有相应的国家标准。 现国内生产企业主要依据原中国 石化总公司制定的行业标准 s h / t 0 5 2 7 -: 9 9 2生产 ( 见表 1 . 1 ) 。该标准主要根据石 油焦 硫含量分 类， 其中 一级品、1 号焦 适用于 炼钢工 业中 制作普通功率石 墨电 极， 也适用 于炼铝业 作铝用碳素; 2号焦 用作 炼铝 工业中 电解槽 ( 炉 ) 所用的电 极糊和 生产电 极， 3号 焦用作生 产碳化 硅( 研磨材 料) 及碳 化钙 ( 电石 ) ，以 及其它 碳素制品， 亦用于制造炼铝电解槽的阳极底块及用于高炉碳素衬砖或炉底构筑。 表 1 . 1 延迟石油焦标准 ( s h / t 0 5 2 7 -1 9 9 2 ) 项目 质量指标 一级品 n 0 . 1n o . 2n0 j ababab 硫含量，%5 0 .5切. 5切 . 85 1 .051 . 5 2 .0夕.0 挥发分，%51 251 0_ 1 2_1 2 51 551 6 1 8 灰分，% 切 .3夕. 3劝 . 5切 . 5切 . 5切 名_ 1 .2 水分，%夕 真密度 ( 1 3 0 0 c 5 小时缎烧) 创 cm3 2 .0 8 - 2 . 1 3实测实测实测 粉焦量 ( 块粒 s m m以下)% 2 5 实测实测实侧 硅含量，% 切. 0 8 钒含量，%5 0 .0 1 5 铁含量，%5 0 . 0 8 从外观和物理性质来看，石油焦是黑色或暗灰色坚硬固体石油产品， 带有金属 光泽， 呈多孔性，是由 微小石墨结晶形成粒状、柱状或针状构成的炭体物.从化学 第一章引言 组成 情况来看， 石油 焦组分是碳 氢化合 物， 含 碳9 0 9 7 %， 含氢1 . 5 - 8 % ， 还 含有 氮、氛、硫及重金属化合物。 根据硫含量的不同，石油焦可分为高硫焦 ( 硫含量 3 %以上)和低硫焦 ( 硫含 量3 %以下) 。在国际市场上，高含硫石油比例较大，炼油装置规模较国内大得多， 高含硫石油焦往往是作为自备电厂的燃料烧掉，多余部分向环保要求较低的发展中 国家 出口。 而中 低含硫焦可作为 供铝厂 使用的阳 极 糊和预焙阳 极以 及 供钢铁厂 使用 的 石墨电 极。 其中 高品 质的 低硫焦( 硫含量小 于0 . 5 % ) 可用于 生产石墨电 极和 增炭 剂， 一般品 质的 低 硫焦 ( 硫含量小 于1 . 5 %) 常 用于生 产预焙阳极， 而低品 质石 油焦 主要 用于 冶炼工 业硅和生产阳极 糊。 2 0 0 5 年世界 石油 焦消费结 构为: 炼钢、 电 解铝 占4 6 %, 燃料3 1 % ，电石1 4 % ，原 料 % 1 - 2 3 . 在炼 钢用的石墨电 极或电 解铝 行业的 预焙阳 极时， 为使石油焦 适应要求， 必须 对其 进行 锻烧， 所得的产品 为 锻烧石油 焦， 又 被 称为锻烧焦或缎后焦。 锻烧 温度 一 般在1 3 0 0 c 左右， 目的 是将石油 焦挥发分 尽量除 掉. 这样可减少石油 焦再制品 的 氢 含量， 使石 油焦的石 墨化程度提高， 从 而提高 石墨电 极的高 温强度和耐 热性能， 并 改善了 石墨电 极的电 导率。 锻 烧石油焦 主要用于 生 产石墨电极、 炭糊制品、 金刚 沙、 食品 级磷工业、 冶金 工业及电 石等， 其中应 用最 广泛的是石墨电 极 和预焙阳 极。 第一节我国锻烧石油 焦生产状况 1 . 1 . 1 国内石油焦生产状况 随着世界石油资源开采难度的不断加大、重质燃料油市场缩小以及环保对汽 油、 柴油质量要 求的 提高， 焦化已 成为重要的 渣 油加工手段， 随 之而来的是 越 来越 多的 石油 焦投放到 市场。 截至2 0 0 2 年在我国共 有3 1 套延迟焦化装置， 焦化 总 加工 能力己 经 超过2 3 0 0 万r / a ， 年生 产延迟石油 焦5 0 0 多万t 1 3 1 . 目前，我国的石油焦生产全部来自于中石油和中石化两大企业集团所属企业。 据2 0 0 2 年统计资料表明，中石油集团所属企业焦化装置加工能力为 7 9 5 万t / a 。由 于以 加工国产原 油为主，原 油硫含 量较低， 生产 的石油焦质量较好。 其中 大庆 和抚 顺炼 厂的 石油焦 质量最好， 为1 号a ， 主要 用于 生产石墨电极， 故称之为1 号极 焦。 第一章引言 第二节研究内 容与方法 本 文以 清洁生 产理论为依 据， 以 生命周 期分析为主要原 则， 从原材料 选取、 污 染物产生、资源能源消耗和产品使用的全过程进行综合考虑， 在分析我国回转窑锻 烧石油 焦生 产 过程及其环境影响的 基 础上， 系 统总结了回 转窑 锻烧石油焦 行 业清洁 生产 业己 所取 得的成 绩与存 在的 问 题， 概括 指出了 导致问 题存在的 主要原 因。 从产 品 设 计及开发 方面的清洁生 产途径; 改革工 艺，更 新设备， 开发 全新流程 ; 使用清 洁能 源;建 立生产闭 合圈， 废物 循环利用: 加 强科学管理:发 展环保技术 ， 搞好末 端治 理等六个 方面提出了回 转窑 锻 烧石油焦 行业的清洁生产 途径及产生的 意 义。 同 时以 清洁生 产审计为手 段， 采用 定性与定量 相结 合的 方法， 以 大港油田 集团 石油化 工公司 锻烧焦 厂的清洁生产 作为 切入点 和出 发点， 对回转窑 锻烧石油 焦行业的 清洁 生产进行了全面的解析，并提出了清洁生产的具体思路。 本文研究的技术路线如下图所示。 完成论文 一 进一步现场调研、资料补充 一 形成论文初稿 一 查阅文献、资料 一 基础资料调查、现场调研 图1 .z 本文 研究的 技术路线 第三节研究的 实用 价值与理论意义 随着世界石油资源开采难度的 不断 加大、 重质燃料油市 场缩小以及环 保对汽 油、 柴油质量要 求的 提高， 焦化已 成为重要 的 渣油加工手段， 随 之而来的 是 越来越 多的石油焦投放到市场。作为一种不可再生的资源性原料，国内大型石油加工企业 第一章引言 和电解铝行业纷纷加大了石油焦再利用的生产力度，一批年产量 1 0万吨以上的大 型回转窑锻烧石油焦厂陆续开工建设， 作为国内最大的集中锻烧焦厂，采用回 转窑 工艺年产 4 0万 t 锻烧石油焦的大庆石化锻烧焦厂、南海石化锻烧焦厂，目 前已经 分别由中石油、中海油投资开始建设， 这些大型锻烧焦厂的建立，标志着我国石油 焦集中缎烧的格局己经初步形成。目 前，虽然国内对回转窑锻烧石油焦产生的余热 已经有比较成功的应用实例，但是对全过程的清洁生产控制还没有系统的论述。 本文首次概括总结了回转窑锻烧焦行业清洁生产的发展现状及存在的问 题， 第 一次系统总结了回转窑锻烧石油焦工艺全过程清洁生产的具体途径，并以大港油田 集团石油化工公司锻烧焦厂清洁生产的具体措施为基础， 对其所取得的环境与经济 效 益 进行了 全面分 析。 并在此基础 上， 对我国 清 洁生产乃至 循环经济的深 入开 展， 从 政策、 法规、教 育和信息交流的 层面 提出了 有 建设性的保障 建议。 本文的 形成， 可以 给国内 回转窑 锻 烧石 油焦 行业清洁生产 提供良 好的 借鉴 和指 导。 相关企业能够在此基础上，一是通过资源的综合利用、短缺资源的代用、 二次 能 源的 利用以 及各 种节能、 降耗、 节 水措施的 实施， 来达到合理 利用自 然资 源， 减 少资源耗竭的目标，做到合理利用自然资源，减缓资源的枯竭，促进循环经济与生 态 工业发 展。 二 是对生产全过程 进行 控制， 以 减少 甚至消除 废物和污染物的 产 生和 排放， 促进清洁产品生成， 且产品消费过程与环境相容， 减少污染物的生成与排放， 使 清洁 产品 与环境相 容， 从而减少 在产品的 整个生 命周期内 对人 类和环境的 危 害。 三是能够从环境管理的角度，健全生产经营管理体系，实现经济效益、环境效益与 社会效益的高度统一。 最终促进我国回转窑缎烧石油焦行业能够走出一条具有特色 的可 持续发 展的 路子， 为实现全行 业的 清洁 生产、 环 境发展， 进而 推动我国 循 环经 济的快速发展做出自己的贡献。 第 二章 回转窑 缎烧石油 焦生 产过程分析 第二章回转窑锻烧石油焦生产过程分析 锻烧是 石油焦后续利用 的一 个不可缺 少的环节， 也是石 墨电 极、 预 焙阳极和增 碳剂等冶金行业生产原料的主要生产环节。要实行回转窑锻烧石油焦的清洁生产， 必 须要对 其生产工艺过程 及全过 程的 环境因 素有一个较为 深入的了 解， 才能有的放 矢，抓住重点。 第一节石油焦锻烧基础知识综述 2 . 1 . 1 石油焦锻烧原理 锻烧一般是指在不熔化和氧不参与反应的条件下将物料加热到高温， 使其中的 水合 物、 碳酸盐或其他化合 物发生 分解并排出 挥发物的过 程。 各种原料 在缎 烧的 过 程中产生了一系列的变化: 排除原料中的挥发分，除去原料中的水分， 达到体积收 缩并 稳定。 这样， 提高了 原料的 真密度、 强 度、导电 性能 、 抗氧化性能。 由 于受原料石 油焦在延迟 焦化装置中 成焦 过程的限制， 在石油焦的内 部结 构中 含有水分、挥发物，如果这些物质不预先排出，直接用它生产预焙阳极、 增碳剂等 炭素材料，势必会影响产品的质量和使用性能。因此在石油焦进一步利用以前，必 须进行石油焦缎烧过程。 原料 在锻烧过程中的 变 化是十分复 杂的， 既有物理变化又 有化学变 化 原料 在低温烘干阶段所发生的变 化 ( 主要是排 除水分) ， 基本上是 属于物理变 化: 而在 挥发分 排出 阶段， 主要是化 学变 化， 即完 成原 料中的芳 香族化 合物的分 解， 又完成 某些化合物的缩聚。 各种锻烧原料开始逸出挥发分的温度， 一般是2 0 0 2 5 0 c。 挥发分的逸出量一 般都随着温度的增高而不断的增加。但是， 不同原料中各种气体的逸出量和逸出速 度互不一致。例如，在相应的温度范围内，无烟煤挥发分的逸出量的增加就比石油 焦显 得均匀， 逸出 速度也和 石油焦不 一样， 这主要是经过延 迟焦化 过程的 石油焦， 其挥发分中少含或不含轻质馏分，即使是同类石油焦也会因产地、 工艺操作过程中 第二章回转窑锻烧石油焦生产过程分析 的差别，出现不同的气体逸出情况。各种资料表明:加热初始，气体的逸出量随着 温度的上升而加强;当温度上升到一定值后， 气体逸出量便急剧下降;大约 1 1 0 0 0 c 后基本停止逸出。 如果锻烧原料的焦化程度越好，其热解温度就越高，达到最大气 体逸出量的温度也就越高。 原料石油焦在锻烧过程中，其中挥发分在热的作用下，先后进行了热解、 聚合 以 及碳结构的重排。各种炭素原料是碳六角网格和线性聚合的碳氢化合物以及氧和 氮等缩合原子的混合物。它们共同的结构特点是:由碳六角网格组成的平面原子网 格是碳质原料的基础，而直线聚合的碳及其它元素 ( 如 o, h , n等)的原子和原 子团， 在大多数炭素原料中则是与碳环相链接的。 各种炭素原料在锻烧过程中的化 学变化的复杂性与其结构上的复杂性有关。 一 般的 说， 在 5 0 0 的 锻烧温度 范围内， 各 种炭素原料中的 挥发分 是呈油 雾黄 烟的 形 态逸出 的.即 在 4 0 0 以 下， 从 各种炭素原 料中 所排出的 挥发分， 主要 是来 自 焦碳中少量的轻质馏分。当锻烧温度升高到4 0 0 5 0 0 的温度范围时，由于炭素 原 料中的 大分子 及大分子中的 原子 或原子团的 平均能量 不断升 加， 增加 到大于 其 键 能 时， 一 方面可 能逐步发生大分子 裂解 成小分 子; 而另 一方 面会使部分 侧链基 团发 生断裂， 并以挥发分的形态逸出。 在 5 0 0 1c -8 0 0 范围内，各种炭素原料的挥发分 的排除量最大。 当缎烧温度约为 7 0 0 时，炭素原料挥发分的主要成分是碳氢化合物及由碳氢 化合物热解所分解的氢。当温度继续升高，将会引起碳氢化合物的强烈分解成热解 碳 ( 即次生碳) 。这种热解碳不断沉积在焦碳气孔壁及其表面。形成一种坚实有光 泽的 碳膜， 使焦碳的 抗氧化能力 和机 械能强度 大为 提高. 与 此同 时，已 用电 子显 微 镜 观察到:随 着碳 沉积过程的 进行， 炭 素原 料的 本身结 构元素 将产生位 移 ( 即 晶 粒 互相 接近) ，导致原 料收缩和致密 化。 这 种收 缩 ( 致密化)只 有在挥发分 热解 和排 除完毕以后才能结束。还应指出，各个方向的收缩都是均匀的。 随 着 温度的 继续升高，气 体的 逸出 量减少 ， 热解的 温度 增加， 进一步 促进 结构 的紧密化，从而使焦碳的电阻率降低.电阻率的降低视氢的排出程度而定。氢不仅 以 碳氢化合物的 形态存在于焦碳内 。 而且以 元素 状态与碳原子 作共价 键结合， 使2 s 电子失去自由电子的性质。因而焦碳的电阻率随着氢的排除才能降低。使石油焦锻 第二章回转窑锻烧石油焦生产过程分析 烧原料排 气基本停止、收 缩相 对稳定的 受热 温度在 1 1 0 0 以 上。 在缎 烧时， 原 料中的 其 它杂质 也将受 热相继排除。 在低 温时 首先排除 吸附的 气 体， 如o z 、 n 2 , c o , c 0 2 等。 接着是 单体 硫在4 5 0 左右气 化， 硫和 碳之间的 化 学 键在更高的 温度下断开， 类似唾 吩的 含硫 化合物分解。 但排 硫量最多是 在1 2 0 0 c 以 上。硫的 排出对产品的 质量 有很大的意 义， 它不但可以 提高 炭素制品 的成品率， 而且可避免其它过程的污染。 锻烧的温度最好控制在 1 2 5 0 左右. 此时， 炭素原料即形成了碳原子的平面网 络， 呈两 维空间的有序排 列结构 。 综上所述，在锻烧过程中， 炭素原料的物理化学性质的变化 ( 如电阻率、真密 度和机械强度等)主要取决于炭素原料的性质，也取决于缎烧温度作用下逸气和初 次收缩过程的进行情况。当原料的热解和缩聚过程进行完毕，收缩达到稳定以后， 原料的化学物理性质趋于稳定。 石油焦在锻烧前后的理化指标比较如下表所示。 表2 . 1 原料石油焦般烧前后理化指标比较 ( 实验室数据): 赢 石油焦 123 45 灰分 ( %) 缎烧前 0 . 1 10 . 1 50 .2 0 . 1 70 . 1 4 缎烧后 0 .3 5o .d l0 . 3 50 .5 4 0 .2 1 真密度 ( g lc m ) 缎烧前 1 . 6 1 1 .4 61 .4 2 1 .3 71 .3 6 缎烧后 2 . 0 92 .0 92 .0 8 2 .0 52 .0 8 体积密度 ( g lo m ) 锻烧前 0 .90 .8 2 0 .9 30 .9 9 0 .9 4 锻烧后 0 . 9 7 0 .9 91 . 1 11 . 1 3 1 . 1 5 硫分 ( %) 缎烧前 0 .51 0 .40 . 1 71 . 0 9 0 . 3 8 锻烧后 0 . 5 8 0 . 5 70 . 1 91 . 2 6 0 . 4 2 挥发分 %)缎烧前 2 .2 3 2 . 2 35 . 7 9 1 1 .7 11 4 . 9 5 水分 ( %)锻烧前 0 .9 5 1 . 9 7 0 . 2 80 . 3 46 . 5 体积收缩( %)锻烧后 1 3 . 01 4 .6 21 .52 8 . 52 5 .5 锻后 粉末电 阻率( n s l m ) 5 1 14 9 3 4 8 74 8 05 2 3 第二章回转窑缎烧石油焦生产过程分析 2 . 1 . 2 国内 现有缎烧生产方案的比较 1 、各种锻烧设备的比较 国内现有的石油焦锻烧设备主要有罐式炉、 回转窑、回转床和电锻烧炉四种类 型，目 前国内 常用于的为罐式炉和回转窑。 1 ) 罐式炉: 按照锻烧物料 运动和热 气体 流动的 方向是 否一致，分 为顺流 式罐 式缎烧炉和逆流式罐式锻烧炉，由于后者不常用，故本文不再论述。 顺流式罐式锻烧炉: 锻烧物料运动的方向与热气体流动方向一致。 由以下几个主 要部分组成: 炉体 罐式锻 烧炉的炉 膛和 加热火道; 加料、 排料和冷却装置; 助燃气体 ( 天然气或煤气)管道，挥发分集合道和控制阀门; 空气预热室、烟道、排烟机和烟囱。 罐式炉的优点: 锻烧质量较好、 稳定。 原料中的挥发分可以 充分利用， 热耗低， 运行中不用或少用燃料.原料在炉内 停留时间很长，但炭质烧损小，仅为4 9/ o 以下。 生产间断进行。 罐式炉的缺点:基建时需要较多的钢材和规格繁多的异型硅砖、耐火粘土砖， 所以 基建 投资 大。 产能低， 炉上劳 动强 度大、 工人操 作条件 恶劣。 在生产 过程中 一 般小 修比 较多 ， 不易实现全自 动 化。 且对原料 的适应 性差， 当 锻烧挥发 分大 于1 2 % 时在 炉内易发 生结焦 等失 常现象。 罐 式炉适用 于小产 量的生 产。 对于产量加 万吨 的锻烧焦厂，需要配置 1 6 台 2 4 罐的般烧炉才能完成。此外，罐式炉原料上料部分 在炉子负压不稳的情况下经常有挥发分溢出， 对车间的作业环境和厂区周边的大气 环境污染影响较为严重。 罐式炉全 年运转率9 0 9 5 % 0 2 )回转窑 回转窑又叫旋窑。用回转窑锻烧炭素原料，其锻烧目的与罐式锻烧炉相同。不 同的是: 罐式锻烧炉的锻烧物料是间接受热的，而回转窑的锻烧物料则是受火焰的 直接加热。因此氧化烧损较大。其锻烧机理也有较大的差异。 回转牵的结构:媛烧回转窑分为两部分:一是大窑 ( 锻烧窑) ，二是小窑 ( 冷 第 二章 回 转窑锻 烧石油 焦生产过程分析 却机) 。 大 窑 ( 缎烧窑) 包括 窑头 、 筒体和窑尾 三部分。筒体内 衬为 保温隔 热的耐火浇 注料。 为了 使锻烧物料能 在窑内 轴向移 动， 窑体要倾斜着 安装， 其倾斜 度的大小 一 般为窑体 总长的2 . 5 5 % ， 大 窑设有一次、 二次、 三次风。 传动部分为 齿 轮传动。 小 窑 ( 冷却机) 主要由 筒 体组 成， 其承 担热料的冷却 作用， 冷却由 喷 水内冷和 水套外 冷共同组成。 传动部 分也 为齿轮传 动 回 转窑的 优点: 回转窑 结 构比 罐式 锻烧炉简单。回 转窑比 罐 式缎烧 炉产能大， 机械化 程度较高， 投资少， 建设 速度较快， 生产无污染， 维修费 用低， 换 料容易， 且易实 现全自 动控制的特点 。 回转窑的缺点:与罐式炉相反，对原料的炭质烧损要大，通常在 7 %以上。 回 转窑的 全年运转率7 5 8 5 %a 3 )回转床 回 转床为引 进设备， 设备 产能很大， 一般 产能 都在 1 0 -1 5 万t / a ，回 转 床主要 用 于大型集中 般烧石油焦 厂，由 于其为引 进设备投资很大， 国内 只有一家 采用。 4 )电般烧炉: 电 气锻 烧炉为 电阻炉， 产 量小( 小于i t t h ) ， 电 耗大 ( 1 2 0 0 k wh l t 缎 烧焦以上) ， 但 其锻烧温 度高( 大于1 6 0 0 1c ) 缎烧焦质量 好， 在阴极生 产中常常 用来 缎烧无 烟煤。 2 ,罐式炉与回转窑的工艺比较 罐式炉工艺中，原料运输、 初加工与回转窑相同，罐式缎烧炉操作中，工人在 炉 上把储 存在锻烧 加料仓中 的 生料 ( 石油焦) 用加料小车 逐次的向 罐式炉 加料， 炉 上温度高、时有挥发分逸出，操作条件恶劣。由于炉下用排料机定时排料，生料在 炉中不断的被移动加热后又 逐渐的被冷却到6 0 以下。 然后运输机械把一部分锻烧 焦( 占 锻烧成品的1 5 % 2 5 % ) 返回用于反配 ， 而把另 部分锻烧 焦运往 贮料 仓袋装. 整个的过程间接加热、间接冷却，因此，热效率较低，温控系统不易实现自动化， 因 而生 产率低， 只适于用焦 量 小的厂。 另 外罐式 缎烧炉不 适用于 挥发分 大于1 2 % 的 石油焦 ( 易 在罐内 结焦堵料) ， 对原料的 适应性也较差。 但罐 式锻烧炉防 氧化性能 好. 对于石墨电 极厂或要求 锻 烧质量较高的 用户单 位， 罐式 锻烧炉也需 外 加燃料或 调整小时产量。 第二章回转窑缎烧石油焦生产过程分析 回转窑工艺中，上料系统为自 动化操作， 不需人工上料，不需反配，对原料的 适应性强。由于原料直接与火焰接触，所以热效率高，加之窑的转动和二、 三次风 的供给，不仅可以使窑生产率大大提高，而且易使温控系统实现自 动化。虽然物料 烧损， 但其烧损产生的热量不仅是加热物料的一种能源，而且也节省了烧嘴助燃燃 料的供应。锻烧后的炽热物料进入冷却筒，由 于喷水内冷和水套外冷同时进行， 提 高了物料的冷却速度，大大的减少循环用水量 ( 约为罐式缎烧炉的二分之一) ，筒 内 产生的蒸汽、粉尘通过冷却筒的集尘罩排出，由通风专业收集处理. 世界各国大部分的石油焦都采用回转窑缎烧，目前国内一些铝厂及其它一些使 用回转窑的厂已有无外加或少加燃料缎烧石油焦的成熟经验. 第二节回转窑锻烧石油焦生产过程及特征分析 回转窑锻烧石油焦工艺根据各生产厂家的原料运输方式和最终产品、 用途的不 同，具体生产过程稍有变化。但综合国内生产厂家情况来看，其基本生产过程均可 以概括为原料预处理、锻烧、冷却和成品处理四个基本环节，以及一些辅助工序。 国内基本回转窑锻烧石油焦生产过程如图2 . 1 所示。 助燃燃料 ( 烘炉、预热用) 石油焦-叫 卜 原料预处理 缎烧冷却 成品处理 余热回收利用 l 烟气处理后排放 图2 . 1 回 转窑 锻烧基本生 产工艺路线图 上图中， 各具体单元的名称及其操作功能见表 2 . 2 0 第二章回转窑般烧石油焦生产过程分析 表2 .2 各操 作单元的 名称和功能 主要单元名称操作单元实现的主要功能 原料预处理 按照下 步锻烧工序 要求， 对原 料石油焦进 行适当的 处理， 如: 1 、 原料石油焦 放置 在原 料库中静 置，自 然脱水， 以满 足后续单元 要求: 2 、根 据锻烧工艺 要求， 选择不同的 筛分、 破碎设备 和工艺组合 方式， 将自 然 脱水后的石油焦原料处理到一定粒径以下; 3 . 其它需要处 理的方式。 回转窑锻烧 在高温下对 石油焦进行 缎烧，以排除其中的 水份和 挥发分， 达到 体积收缩并 稳定。 提高了 原 料的 真密度、 强度、导电 性能、 抗 氧化性能 冷却 通过外冷 和直喷水的 组合方 式， 使锻烧石油焦温 度迅 速降至 一定温 度以下( 6 0 1c) 成品处理 按照产品的 利用方 式对缎 烧石油焦成品进 行适当的 处理，如: 1 ,筛分出不同 粒径的 缎烧石油 焦成品，包装后以 满 足不同 客户需 要; 2 、或直接输 送到下 个工序生产 预焙阳极或阳极 糊; 3 、或其它需要进行的处理方式. 余热回收利用 利用余热回 收锅炉 对锻烧烟气中的 预热进行回收利用， 生产出一 定温度、压 力的蒸 汽， 用于其 它生 产用工艺 蒸汽、 汽轮机发电 或厂区、社区 生活采暖和 生活利用等，处理后的烟气经过旋风除尘或湿法除尘后，达标排放. 2 .2 . 1 原料预处理单元 目前石油焦锻烧原料的来源主要有两种方式，一种是锻烧装置和延迟焦化装置 比邻而建，原料通过皮带输送;另一种是锻烧装置和延迟焦化装置相距较远，原料 通过铁路、公路输送。为保证生产的正常进行，需要设置原料库，一方面储存满足 要求的 生产 原料， 并保证原料 贮存过程中 的品 质; 另一 方面在原 料库中 实 现原 料的 自 然脱水和筛分、破碎。 本单元由 于涉 及物料的 运输， 因 此会产生 一部分物料的 损失。 所使用 的 设备主 要 为皮带输 送机、 天车和 破碎、 筛分机 等通用 机械， 设备电 耗不大。 此外 不发生水 耗和其他能源消耗。 第二章回转窑般烧石油焦生产过程分析 本 单元的主 要环境特征是 物料输 送和筛分 、 破碎作业所产 生的粉尘、 设备噪 声 和石油焦沥水.其中粉尘在 g b 1 6 2 9 7 - 1 9 9 6 大气污染物综合排放标准中定义为 其它颗 粒物， 属于无组织排放; 设 备噪声强 度一般 在 7 5 8 5 d b ( a ) 之间， 可以 满 足 我国 工业企业 噪声卫生标准 长时间 接触要 求 ( 小于8 5 d b ( a ) ) ; 石油 焦沥水主 要污染物为石油类和悬浮物，需要收集处理，不能直接排放. 2 .2 .2 回转窑锻烧单元 锻烧单元，物料通过下料溜管从窑尾进入回转窑开始锻烧，锻烧过程中，回转 窑周期转动带动石油焦轴向向前移动，与热烟气逆流而行，发生物理化学变化， 颗 粒收缩，脱出原料中的水份，石墨化程度提高，并不断释放出可燃性挥发份。在锻 烧稳定进行的高温阶段，石油焦中的挥发份基本上完全释放，通过在回转窑中不同 位置适当引入二、三次风，可以达到依靠挥发份自燃来保持锻烧所需的温度，实现 无助燃锻烧。一方面减少助燃物耗量， 节约能源;另一方面使挥发份完全燃烧，完 全消除了挥发份排放所造成的大气污染。正常情况下，回转窑内维持负压状态。 本单元是回转窑锻烧石油焦工艺的关键环节，是关系到产品质量、收率和污染 物排放的重要环节。 由于回转窑及其辅助设施为大型机电设备， 加之锻烧工艺要求， 为保证设备的正常运转，需要大量的电力和燃料供应，也是全过程需要助燃燃料的 唯一环节，同时还需要部分循环冷却水，约占工艺总循环水量的3 0 %e 本单元的 主要环境 特征 是锻 烧烟气和高 温作 业。 缎烧烟气中 含有大量的 热和 一 定浓度的颗粒物、二氧化硫，如果不经处理直接排放，不仅浪费大量的能量， 还会 对周围环境造成严重污染。 由于回转窑锻烧过程中温度很高， 最高可达 1 3 0 0 c ， 虽然在回转窑中采用保温 隔热的耐火浇注料进行了隔热处理， 一方面是为了防止锻烧热量散失，另一方面也 是为了 减少生产 过程中的 职业伤 害， 但回 转 窑表面的温度仍 有2 0 0 - 3 0 0 1c , 岗 位员 工操作、巡检属于n 级高温作业。 2 . 2 .3 冷却单元 经过锻烧的石油焦从回转窑窑头下料溜子进入到冷却筒中， 通过筒中水雾直喷 和筒外冷却水套双重手段，使锻烧石油焦由 8 0 0 9 0 0 在短时间内迅速降 牵 6 0 c 第二章回转窑缎烧石油焦生产过程分析 左右， 即得成品锻烧石油焦。 直冷水汽化产生的含尘烟气温度一般在 1 8 0 3 0 0 甚 至更高，由 集尘罩收集， 经处理后 达标排 放。 锻烧石油焦 成品经皮带 输送机输送至 下步工序。 本单 元也是 回转窑缎 烧石油 焦工艺的 关键环 节， 除 设备电 耗外， 没有其它能源 消耗， 且 一般不会产生物 料损 耗。由 于采用内喷 水雾 和外 部水套的双 重冷却方式， 本单元需要 大量的循环冷 却水， 约占 工艺 总循环水量的7 0 %。 且由 于内 部水雾直接 随烟气排 放，因 此其新鲜 水耗 较大， 约占 工艺总新 鲜水量的1 3 %0 本单元的 主要环境特 征是冷 却废气 和物料输 送产生 的粉 尘， 其特征污 染物均属 于 g b 1 6 2 9 7 - 1 9 9 6 大气 污染 物综合排放 标准中 定义的 其它颗粒物。 且由于输送 干燥物料 ( 含水小于0 . 3 %) ，因 此物 料输送厂房内部 粉尘 较为 严重，需 要 进行收集 处理。因此本单元废气通常为有组织排放。 2 . 2 . 4 成品处理单元 该单 元随产品的利用 方式 不同而 有较大的不同， 产品 被直接利用生 产 预焙阳极 或阳极糊的 企业，也 可不单 独设置该 单元。 只有需要对 产品 进行筛分、 包装后再做 下步利用的企业，需要设置这一环节。 本单 元同 原料预处理 单元 相似， 由 于涉 及物料的 运输， 因 此会产生 一部分物料 的损失。 所使 用的设 备也主 要为皮带 输送 机、 天车和破 碎、 筛分机等通用 机械， 设 备电耗不大。此外不发生水耗和其他能源消耗。 本单元的主要 环境特征是 物料输 送、 处理产生的粉 尘， 其特征污 染物 和冷却单 元相同， 处理方式也基 本一 致， 均需要 收集后集中处 理， 废气常为有组 织排放。 2 . 2 . 5 余热回收利用单元 该单元主要是回收 利用 锻烧烟气中的 余热， 并 对其中的 颗粒物 和二氧 化硫进行 处 理， 使之 达标排放。目 前我国 在锻烧余 热利用方面有 较为成 熟的 技术， 主要是依 托余热锅炉对般烧烟气中的热量进行回收利用，产生蒸汽用作其他企业的生产蒸 汽、 社区居民 采暖或驱动 汽轮机发电。 该技术作为 一项环 境效益、 经济效 益和社会 效益都较为显著的清洁生产技术，已经在全行业得到了广泛的应用。 本单元除电力 消耗外， 不需要 其他能 源消耗。由 于需 要利用余热生产 蒸汽，因 第二章回转窑缎烧石油焦生产过程分析 此，本单元新鲜水用量较大， 如果不考虑蒸汽凝结水的重复利用，其新鲜水耗量约 占工艺总用水量的 6 0 % 左右。 本单元主要环境特征为排放烟气中的颗粒物和二氧化硫，以及设备噪声。因余 热回 收锅炉 不属于 g b 1 3 2 7 1 - 2 0 0 1 锅炉大气 污染物排放标 准 中规定的 锅炉，因 此污染物 排放执行g b 9 0 7 8 - 1 9 9 6 工 业炉窑大 气污染物 排放标准 中非 金属 焙( 锻) 烧炉窑、 耐 火材料窑的排 放标准 ( 颗粒 物) ，以 及钢 铁烧结 冶炼或有 色金属冶 炼标 准 ( 二氧化 硫) 。 设备噪声强 度除锅炉引 风机设备噪声 较大外， 其它 设备噪 声均可 满足工业企业卫生设计要求。 第三节回 转窑 锻烧石 油焦生产过程的 环境影晌 . 回转窑 缎烧石油焦生 产过程中 对环境的影响主要来自 于末段排放的 锻烧烟气 和工艺 废气、 废水、固 体废弃物 和噪声等 四 个方 面， 按不同 污染 类别分析， 锻烧烟 气和工艺废气是该工艺过程的主要污染来源:按生产单元分析，回转窑缎烧单元和 冷却单元是该工艺的主要产污单元，同时也是全过程节能、降耗的重要单元。 目 前， 对于回转窑锻烧石油焦生产过程的环境影响，国内在总结多年来工业生 产实践和环境保护成果的基础上，已经有了较为完善、稳定可靠的末端治理手段， 可以实现最终污染物的达标排放。 2 .3 . 1 废气影响 回 转窑锻 烧石油 焦生 产过程中 废气影响 按照其 来源和特征 污染物类型 划 分， 可 以 分为 石油焦 锻烧窑 经余热 锅炉排出的 高 温烟气、 冷却废气 和作 业环境除 尘 废气三 个部分，其特征污染物均为颗粒物，此外高温烟气中还含有大量的二氧化硫。 1 、高温烟气: 高温烟气是由于石油焦在回转窑锻烧过程中原料石油焦的烧损、挥发分燃烧、 水份排出和助燃燃料燃烧共同导致的。资料表明，由于高温情况下挥发分中的有机 物全部 裂解， 因 此烟气的主 要成分为c 仇: 6 . 9 %, h 2 o : 1 0 % , 0 2 : 8 .4 %, n 2 : 7