1.1　焦化生产工艺与节水减排

焦化工业是以煤为原料，主要由炼焦系统（包括备煤、炼焦和焦处理）、煤气净化（也称化产品回收）、化产品精制等组成。煤在焦炉炭化过程中，会产生大量荒煤气，其中夹带大量的在高温（1300℃）炭化时生成的化学物质。为了合理利用资源和有效保护环境，要对荒煤气进行净化，净化后的煤气一部分供焦炉自身加热使用，多余部分供钢铁工业高炉冶炼燃料和为城市煤气供热系统使用。在煤气净化过程中可从煤气中回收或制成很多化工原料和粗产品，对粗产品进行再加工可得到很多具有很高价值的精产品和副产品。图1-1列出焦化生产总体工艺流程^［5］ 。其生产工艺流程应包括：备煤，熄焦，煤气冷却，煤气净化与脱除氨、硫、苯、萘、氰等和产品回收等。

焦化生产可回收的产品达上万种。表1-1列出目前国内焦化厂生产主要产品一览表^［6］。

因此，开发炼焦化学产品是提高焦化工业经济效益的重要途径。

1.1.1　炼焦技术与节水减排

煤焦技术应包括备煤、炼焦和焦处理等相关内容。

1.1.1.1　备煤技术与节水减排

焦化废水主要来源是炼焦煤中的水分，是煤在高温干馏过程中，随煤气逸出，经冷凝形成的。因此，备煤技术是焦化工业节水减排、节能降耗源头控制最重要的环节。目前，国内外先进的备煤技术主要有：配型煤、捣固煤、优化配煤、风动选择粉碎与煤调湿技术等。这些技术主要优点为有利于备煤时有效控制炼焦煤水分，改善炼焦煤质量和多配与利用劣质煤资源等，实现节水减排和节能增效。

（1）配型煤炼焦技术

配型煤技术指将一部分装炉煤在装焦炉之前配入黏结剂压成型块，然后与散状炉煤按比例混合后装炉的一种技术。根据成型原料不同，配型煤工艺分为两种流程：配合煤成型流程和非黏结性煤集中成型流程。

采用配型煤炼焦工艺可以改善焦炭质量，或在不降低焦炭强度的情况下，通过多配低灰、低硫的弱黏煤以降低焦炭的灰分和硫分。实践证明，在配煤比相同的条件下，配型煤炼焦生产的焦炭与常规配煤生产的焦炭比较，其机械强度明显改善，抗碎强度M₄₀提高1%左右，耐磨强度M₁₀改善2%～3%，反应后强度CSR也相应提高。

（2）捣固炼焦技术

捣固炼焦技术是一种可根据焦炭的不同用途，配入较多的高挥发分煤及弱黏结性煤，在装煤推焦车的煤箱内用捣固机将已配好的煤捣实后，从焦炉机侧推入炭化室内进行高温干馏的炼焦技术。

捣固炼焦是将配合煤在入炉前用捣固机捣实成体积略小于炭化室的煤饼后，从机侧推入炭化室内炼焦。捣固炼焦的煤饼堆密度可由顶装煤炼焦的0.74t/m³提高到1.05～1.15t/m³，有利于多配入高挥发分煤和弱黏结性煤，生产优质冶金焦炭。在焦炭质量略好或相同的情况下，捣固焦炉比顶装焦炉可多配入20%～30%的弱黏结性或高挥发分煤。捣固炼焦可以提高焦炭的冷态强度和反应后强度CSR。实践证明：在配入30%的高挥发分煤时，焦炭的抗碎强度M₄₀可提高2%～4%，耐磨强度M₁₀可改善3%～5%。现代多锤连续捣固技术指采用程序控制、薄层给料、多锤固定连续捣固机捣固煤饼的技术，是捣固炼焦工艺的重要技术之一。发展现代多锤连续捣固技术，可以打破捣固煤饼技术制约捣固炼焦工艺发展这一瓶颈，促进我国捣固炼焦技术向大型化、高效化和现代化方向发展。

（3）优化配煤炼焦技术

优化配煤炼焦技术主要由四个单元系统组成，即煤厂管理系统、焦炭质量预测系统、配煤优化系统和数据库（包括历时生产数据库、原料煤信息库和优化配煤模型库）系统。

优化配煤技术是运用计算机网络技术，通过对焦化厂生产积累的历史数据进行回归分析，并根据煤源、煤质及焦炭质量不变的条件，优化配煤。在保证焦炭质量前提下多配挥发分高、弱黏结性煤或不黏结性煤；多用价格低的煤；或扩大、开发新的炼焦煤资源，既保证焦炭质量，又降低生产成本。

（4）风动选择粉碎炼焦技术

沸腾床风动选择粉碎技术是用沸腾床风选器对炼焦用煤进行气力分级预处理。从流化床上层分离出成品煤（即装炉煤）；同时又从流化床下层分离出密度大、颗粒大的煤，然后将这部分煤粉碎到适当的程度，再送回装炉煤中。

该工艺的优点主要体现在：a.避免软质煤过细粉碎，可减少装炉煤中0～0.5mm细粒级含量4%～6%（绝对值）；b.使灰分在各粒级中重新分配，可明显减少焦炭的裂纹度；c.在原料煤配比不变的情况下，可改善冶金焦质量，即抗碎强度M₄₀提高1.0%～0.5%，耐磨强度M₁₀改善0.5%～0.8%；d.在焦炭质量指标保持不变时，可增加弱黏结性煤用量，装炉煤堆比重提高3%～5%，焦炉生产能力平均提高1.8%。

（5）煤调湿炼焦技术（CMC）

装炉煤调湿技术是将装炉煤预先干燥，使水分控制在5%～6%，并保持稳定后再装炉。此种技术可以在一定程度上改善焦炭质量，并稳定焦炉操作，降低炼焦耗热量。

煤调湿与煤干燥的原理基本一致，但实践的过程有所不同，煤干燥过程没有严格的水分控制措施，煤料干燥的结果随来煤水分变化而改变；煤调湿过程有严格的水分控制手段，确保装炉煤水分达到预选的目标值（6%左右），以保证焦炉操作稳定，达到节能、增产和改善焦炭质量的效果。

目前，国内外生产的煤调湿装置主要有以下3种形式。

①以导热油为热媒，经过烟道换热器和上升管换热器吸收余热，通过多管回转干燥机与湿煤进行间接热交换（热媒油走管内，湿煤走管外）。

②利用干熄焦装置发电后的低压蒸汽和工厂其他低压蒸汽为热源，通过多管回转干燥机与湿煤进行间接热交换（蒸汽走管内、湿煤走管外，或蒸汽走管外、湿煤走管内）。

③利用焦炉烟道废气为热源，通过流化床干燥机与煤料直接接触对湿煤料进行干燥（FGSC）。

1.1.1.2　炼焦技术与节水减排

为适应未来焦化工业发展需要，世界各国提出了不同的炼焦工艺改革途径，具有代表性的有日本SCOPE21炼焦技术、德国特大型焦炉炼焦技术、美国无回收炼焦技术以及俄罗斯和乌克兰的连续炼焦技术。其中，发达国家提出的技术是首先考虑满足环保要求，其次为资源的合理利用。发展中国家则从国情出发，把合理利用煤炭资源和经济效益放在首位，兼顾环境要求，如连续炼焦技术等。

（1）特大型焦炉炼焦技术

JCR（jumbo coking reactor）是由鲁尔煤矿公司和矿山研究所联合开发的炼焦新工艺，其主要设计思想是：a.最大限度地增大炭化室容积，从而在同等生产能力时减少炭化室孔数和出焦加煤次数，以减少污染；b.每个反应器都有独立的加热系统，以便单独调节加热温度和升温速度，并使整个焦饼温度更趋均匀，保证焦炭质量；c.采用预热煤装炉，扩大弱黏结性煤用量，降低炼焦耗热量。

采用特大型焦炉的效益主要体现在以下方面：a.装煤堆密度提高，改善焦炭质量。由于炭化室高度、宽度的加大，预计装煤密度可由通常的760kg/m³提高至845kg/m³，从而使焦炭质量明显提高；b.环境效益好。由于炭化室容积大幅度增加，满足焦炭产量要求所需炉孔数成倍减少，可能的污染物泄漏、排放源大大减少；c.劳动生产率提高。主要由于焦炉数量的减少，全厂的操作定员将会减少；d.预热装炉煤。既节能降耗，又节水减排。

（2）无回收炼焦技术

无回收炼焦技术是由美国根据国情和环境要求研发的新工艺。在无回收焦炉中，煤在炼焦过程中释放出的气体被完全燃烧掉，在负压条件下操作运行，使其放散物减少到最低，对环境保护有利。无回收炼焦焦炉不设焦炉煤气和副产品处理回收设施，故无废水外排，建设投资低。

新一代无回收焦炉炼焦技术的优势主要体现在：a.炼焦工艺流程简单，投资少，设备少；b.无废水和副产品气体外排，环境效益好；c.焦炉生产为负压运行，生产中无烟气泄漏，且废热得到发电合理利用。

存在的主要问题：a.因为完全燃烧过程，故耗煤高；b.对煤质要求严，且焦炭质量不够稳定；c.炉龄短，维修量较大。

（3）连续炼焦技术

连续炼焦技术的优点是：a.对不同炼焦阶段的加热过程和煤料移动速度能够进行控制；b.煤料密度大（1.0t/m³）；c.生产过程可全盘机械化、自动化；d.可显著减少外排废水量与大气污染物排放量。

（4）SCOPE21炼焦技术

SCOPE21的含义是“面向21世纪的高效生产与环保的超级焦炉”，其本质是一种用弱黏性煤与非黏结煤生产高强度焦炭的技术。该技术开发的主要目标是：提高弱黏性劣质煤利用率；实现全封闭无烟无尘生产。

该项技术的优点和预期的效益主要体现在：a.由于干煤装炉和粉煤成型工艺结合，可使装煤堆密度由通常的750kg/m³提高至850kg/m³，相应劣质煤用量可以从20%提高到35%；b.由于煤预热的作用，劣质煤用量可由35%进一步提高至50%；c.由于煤预热、高密度硅砖的应用以及中温干馏所需较低的推焦温度三种因素的复合，焦炉结焦时间大幅度缩短。因此，节水减排与节能降耗效益显著。

1.1.1.3　熄焦技术与节水减排

经过焦炉炼制的成熟焦炭，其温度达950～1050℃，为了便于运输和存储，必须将其冷却到200℃以下，将焦炭熄灭的操作过程就是所谓的熄焦。按熄焦介质划分，目前常用的熄焦技术可分为两类：湿法熄焦和干法熄焦。稳定熄焦技术和低水分熄焦技术属于新型湿法熄焦技术，是对常规湿法熄焦技术的改进和提高，并有其自身的特点和优势。

（1）常规湿法熄焦技术

常规湿法熄焦工艺过程为：从炭化室推出的红焦经拦焦机的导焦槽落入熄焦车，并由电机车牵引熄焦车至熄焦塔，喷洒熄焦水进行熄焦，经约2min的熄焦后，将已熄焦的焦炭卸至焦台上晾焦（约0.5h），待水汽散发后，由带式输送机将焦炭送往筛储焦工段进行筛分储存。

常规湿法熄焦技术的优点是工艺简单、投资少、装置占地面积小、生产操作较为方便等，但其缺点也非常明显，具体体现在：a.湿法熄焦浪费红焦大量显热，每炼1t焦炭消耗热量为3.15～3.36GJ，其中湿熄焦浪费的热量为1.49GJ，约占总消耗热量的45%；b.湿法熄焦时红焦急剧冷却会使焦炭裂纹增多，焦炭质量降低，焦炭水分波动较大，不利于高炉炼铁生产；c.湿熄焦产生的蒸汽夹带残留在焦炭内的酚、氰、硫化物等腐蚀性介质，侵蚀周围物体，造成周围大面积空气污染，而且随着熄焦水循环次数的增加，这种侵蚀和污染会越来越严重；d.湿法熄焦产生的蒸汽夹带着大量的粉尘，通常达200～400g/t，既污染环境，又是一种浪费。

鉴于常规湿法熄焦技术存在的明显缺点，目前国内外新建和技改焦炉很少单独采用该技术，仅将其用作干熄焦装置出现故障或检修时的备用熄焦技术。

（2）稳定熄焦技术

该技术是德国于20世纪80年代开发的新型湿法熄焦技术，是通过特殊结构的熄焦车和经过改进的熄焦塔来实现的。

稳定熄焦工艺过程为：熄焦车进入熄焦塔内预定位置不动，顶部喷水管（即水雾捕集装置）开始喷水，并且在整个熄焦工艺过程中连续进行。在顶部熄焦开始的几秒钟后，高置槽内的熄焦水通过注水管注入熄焦车接水管，熄焦水从熄焦车厢斜底的出水口喷入熄焦车内，浸泡红焦而熄焦。稳定熄焦的焦炭水分可控制在3%左右。

稳定熄焦工艺的技术特点为：a.可以使焦炭处于跳动状态，因此具有对焦炭的整粒功能，可以使焦炭的潜在缺陷提前释放，使焦炭的块度均匀，避免因焦炭进入高炉后破裂，有利于高炉操作；b.当焦炭在快速冷却时，H₂S和CO等气体的生产量比常规湿法熄焦有所减少；c.由于熄焦车厢焦炭层较厚（约4m），熄焦时上层焦炭可以抑制底层粉尘向大气的逸散；d.采用喷洒水冷却含粉尘的熄焦水蒸气，降低了粉尘逸散速度并使之初步分离，经除尘装置捕集后，焦炭粉尘量可控制在15g/t以下。

（3）低水分熄焦技术

低水分熄焦工艺是美钢联（UEC）开发的一种新型熄焦技术，它可以替代目前在工业上广泛使用的常规喷洒熄焦方式。低水分熄焦系统主要由工艺管道、水泵、高位槽、一点定位熄焦车及控制系统组成。

低水分熄焦工艺过程为：在低水分熄焦系统中，水流通过专门设计的喷嘴，经过焦炭固定层后，再经专门设计的凹槽或孔流出，足够大的水压使水流迅速通过焦炭层，到达熄焦车的底板，残余的水流快速流出熄焦车。当高压水流经过焦炭层时，短期内产生大量的蒸汽，瞬间充满整个焦炭层的上部和下部，使焦炭窒息。低水分熄焦系统在熄焦初期的10～20s中使用低压水，水量是后期高压水的20%～30%；在熄焦后期采用高压水来代替常规的喷淋式分配水流，根据焦炭粒度、温度、重量和设计的熄焦车形式，熄焦过程50～80s（不包括沥水时间）。

低水分熄焦工艺的技术特点为：a.能适用于原有的熄焦塔，在低水分熄焦系统中，经特殊设计的喷嘴可按最适合原有熄焦塔的方式排列，便于更换原有熄焦喷洒管；b.有利于高炭化室焦炉，现已证实低水分熄焦可有效处理在17～20m长的车厢内多达26t的焦炭；c.低水分熄焦已成功地将一点定位熄焦车内高达2.4m焦炭的水分熄至2%以下；d.降低焦炭水分，焦炭水分在很大程度上取决于焦炭粒度分布、水温及水的纯净程度等因素，在正常操作条件下，与常规湿法熄焦相比，低水分熄焦焦炭水分可减少20%～40%，水分可控制在2%～4%；e.减少焦炭水分波动，实际生产情况表明焦炭水分越低，水分波动值越小；水分均匀的焦炭，可以使高炉操作均衡稳定，且可降低吨焦的运输成本；f.可以缩短熄焦时间，传统喷洒熄焦时间需要120～150s，而低水分熄焦时间只需要70～85s；g.可以节约熄焦用水，因熄焦时间缩短，吨焦耗水量也随之减少；h.与干熄焦相比，低水分熄焦投资成本少、见效快，焦炭质量有所改善。

（4）干法熄焦技术

干熄焦用的熄焦介质是惰性气体，主要成分是N₂，还有少量CO₂和CO等。干熄焦循环熄焦气体的原动力是循环风机，其气体流程依次是：循环风机→给水换热器→干熄炉的送风装置→冷却室→斜道区环行气道→一次除尘室→余热锅炉→二次除尘器→最后回到循环风机。干熄焦余热锅炉换热产生的蒸汽或并入厂内蒸汽管网或送去发电。

干法熄焦技术特点主要为：a.可回收红焦显热；b.可显著改善焦炭质量；c.可大幅度减少环境污染；d.无熄焦废水外排，节水减排显著；e.投资和能耗较高。由于干法熄焦技术产生热能回收带来巨大的经济效益和良好的环境效益，是目前焦化行业装备水平的重要标志和发展方向。

1.1.2　煤气净化技术与节水减排

1.1.2.1　煤气净化与产品回收的工艺过程

炼焦煤在焦炉炭化室内进行干馏时，在高温作用下，煤质发生了一系列的物理、化学变化，同时也析出了水蒸气和煤气（即粗煤气）。

煤气中含有杂质，对煤气的输送和利用产生危害。其中所含的萘能以固态析出堵塞管道；所含焦油蒸气对氨和粗苯的回收操作产生危害；所含硫化物和氨，不仅腐蚀设备、管道，而且在燃烧过程中产生二氧化硫和氮氧化物，严重污染环境；所含不饱和烃类物质在燃烧过程中形成聚合物，能引起管道和设备安全故障等。所以在焦炉煤气输送到用户前，应进行煤气净化。

煤气净化是将粗煤气进行各种工艺处理，去除杂质得到净化煤气，同时回收各种粗型化学产品。如通过煤气净化处理将粗煤气经过初冷工艺去除粉尘、焦油雾和水汽，而后按一定顺序进行脱萘、脱硫脱氰、洗氨、洗苯等工艺，分别去除和回收用途广泛、经济效益显著的粗型化工原料，再经精制工艺可制得数十种重要化工产品。这样既避免这些物质造成对运行设施危害和环境污染，又显著降低焦化废水中有毒有害的有机物质，还提高了净煤气使用安全与质量。表1-2列出粗煤气净化前后所含物质浓度变化状况^［7］。

具有煤气净化与产品回收的较好大型煤化企业，通常先进行粗煤气净化回收粗产品，而后进行化产品精制，其煤气净化、粗产品回收与精制流程如图1-2所示。

1.1.2.2　煤气净化技术与节水减排

（1）粗煤气冷却（初冷）

自焦炉来的粗煤气中含有水汽和焦油蒸气等，需要进行初步冷却，分离出焦油和水，再把煤气输送到回收车间后续工序。将冷凝的焦油和水进行分离，并脱除焦油所含的灰尘。

自焦炉来的粗煤气温度为650～800℃，经上升管到桥管，然后到集气管，在此用70～75℃的循环氨水进行喷洒，冷却到80～85℃，有60%左右的焦油（重质焦油）蒸气冷凝下来，所形成的焦油和氨水的混合物自集气管和气液分离器进入澄清槽。

煤气由分离器进入初冷器，在此进行冷却，残余焦油和大部分水汽冷凝下来。煤气被冷却到25～35℃，经鼓风机增压，通过绝热压缩升温10～15℃。

在焦油氨水分离槽中，根据密度不同进行焦油和氨水分离，氨水在上，焦油在下，底部沉降物是焦油渣。焦油渣由煤尘和焦粉构成，用刮板由槽底取出，送回配煤工序中去。为防止焦油槽底沉积焦油渣，可采用泵搅拌方法代替人工清渣。

所用的氨水分为两部分：一部分是集气管喷洒用循环氨水；另一部分是初冷器冷凝氨水。氨水中含有铵盐及少量酚类物质，其中氨含量为4～5g/m³。循环氨水中氯化铵含量为70%～80%，为难分解物质，加热时亦不分解，称为固定铵。初冷器的冷凝氨水中，所含铵盐有80%～90%为极易水解的碳酸氢铵，加热可分解，称挥发氨。为了防止氯化铵在循环水中积累，部分循环氨水外排入剩余氨水中，并补充一部分冷凝氨水进入循环氨水中。

1t煤炼焦约产粗煤气480m³（标）（在炉顶空间的操作状态下，其容积约为1700m³），其体积组成为：煤气70%，水汽23.5%，焦油和苯蒸气1.5%^［8］。

初冷器入口粗煤气含水汽量约有50%（体积分数）或65%（质量分数）。这些水分中原料煤带入的水为60～80kg/t；煤热解生成水为20～30kg/t，集气管蒸发水汽为180～200kg/t。在初冷器中，冷却冷凝水量可达92%～95%，初冷器后，煤气被水汽饱和，其水汽含量按装炉煤计为10～15kg/t。初冷器中交换热量的90%为煤气中水汽冷凝放出的热量。

经初冷器冷凝后的粗煤气质量减少了2/3，而容积减少了3/5，从而减少了输送的电能消耗。

在初冷器中焦油也被冷凝下来，特别是含于其中的萘。

为了防止萘在管道和设备中凝结，应充分脱除焦油和萘。因此，初冷器的冷凝效率将直接影响煤气输送和回收车间的后续操作，特别是氨的回收。

采用管壳式冷却器冷却煤气，管壳式冷却器有立管式和横管式两种。管内通冷却水，煤气在管间流动。冷却水出口时温度升至40～45℃，然后再送至水冷却塔冷却继续回用。

（2）鼓风机输送与捕焦油雾

①鼓风机输送　设置鼓风机是炼焦工序的粗煤气输送与产品回收所必需的，同时也可实现进一步去除部分焦油与水汽。一般规模较大的焦化厂用离心式鼓风机，产气量较小的用罗茨式鼓风机。由于初冷器后的粗煤气还残存2～5g/m^3［8］的焦油和水的雾滴，在鼓风机离心力作用下，大部分油雾与水汽呈液态析出，通过管道输入焦油氨水分离澄清槽回收。

根据鼓风机所在位置的不同有正压和负压之分，习惯上分别称为正压回收和负压回收。正压回收煤气鼓风机应放在煤气初冷器之后，整个煤气的净化过程都是处于正压下进行的。该工艺能适用于煤气净化流程较长或煤气净化过程中煤气温度变化较大的情况。正压回收煤气在初冷器中被冷却到25～30℃，因而不能完全脱萘，而且在净化过程中煤气温度有明显的升降变化，因而煤气初冷后还需要一系列的中间冷却和（或）最终冷却及脱萘。负压回收的煤气鼓风机一般放在煤气的氨硫苯洗涤之后，整个煤气净化过程中都是在负压下进行的，该工艺适用于诸如氨硫苯洗涤等较短的煤气净化流程。负压回收一般一次性将煤气在初冷器内冷却到22℃左右，并同时向煤气初冷器内喷洒焦油使煤气进一步洗萘，故其后无需再进行煤气冷却。粗煤气负压回收与净化流程如图1-3所示。

对比图1-2和图1-3，可见后者比前者少一煤气终冷工序，流程缩短，煤气系统阻力损失减少。此外，鼓风机置于净化流程后，机前处于负压，避免了冷却后又加热，加热后又冷却造成的温度起伏，可见后者比前者具有节能、经济与环境效益，应是发展趋势。

②电捕焦油器（雾）　经鼓风机后的煤气中通常仍含有0.3～0.5g/m³的焦油^［7］，对后续产品回收危害较大，应对其中焦油进一步清除，特别是在硫铵工序会污染溶液和设备，使回收产品质量恶化，形成难以处理的酸性焦油。目前广泛采用电捕焦油器，并置于鼓风机后正压段，以保证安全有效操作。在电捕焦油器的电场作用下，煤气中剩余的焦油和水雾被捕集沉淀下来，经管道送入焦油氨水分离沉淀槽再处理回用。

（3）煤气脱萘

焦炉粗煤气中含萘为8～12g/m^3［7］，大部分萘在初冷器中与焦油一同从煤气中析出。但由于萘挥发性高，初冷后的煤气中含萘量仍很高，其含量浓度主要取决于煤气温度，因进入鼓风机后煤气温度升高，故萘含量增大，其值为1.3～2.8g/m^3［7］。萘是重要的化工原料，且对煤气输送设备和煤气使用安全构成危害，需要脱萘并回收利用。

煤气除萘方法有多种，主要采用冷却冲洗法和油吸收法。油吸收法可将煤气中的萘含量降至0.5g/m³。

油吸收法所用的吸收油有洗油、焦油、蒽油和轻柴油等。在吸收塔内喷淋吸收油，煤气自塔下向上流过，萘被淋下的油吸收，是物理吸收过程。我国焦化厂主要采用焦油、洗油吸收萘，也有采用轻柴油的。焦油、洗油的萘溶解度高于轻柴油，故在相同除萘效率时轻柴油用量多。

（4）煤气脱硫脱氰

粗煤气中一般含有硫化氢4～8g/m³，氰化氢1～2g/m^3［9］，危害性强，腐蚀设备严重。未经脱除作为燃料燃烧后，会生成SO₂、NO_x，在空气中与水接触而形成酸雨，严重影响大气环境。

焦炉煤气脱硫脱氰的方法有干法和湿法两种工艺。干法脱硫工艺为间歇操作，占地面积大，脱硫剂更换和再生的劳动强度大，一般只在供民用煤气时小规模使用。现代化的大型焦化厂均采用湿法脱硫脱氰工艺。湿法脱硫脱氰工艺又分为湿式吸收法和湿式氧化法。

目前，湿式脱硫脱氰工艺在我国已建成和投产的方法有以下几种。

1）湿式氧化法有以氨为碱源的TH法、以氨为碱源的FRC法、以碳酸钠为碱源的改良ADA法和以氨为碱源的HPF法。

2）湿式吸收法有索尔菲班法（单乙醇胺法）、氨硫循环洗涤法（AS法）、真空碳酸钾法和以氨为碱源并采用压力脱酸的氨水脱硫法（FAS法）。

目前，国内采用较多的方法有HPF法、AS法和真空碳酸钾法。最近由鞍山立信焦耐工程技术有限公司开发的FAS法也有厂家应用。下面仅介绍引进和较多应用的几种方法。

①TH法脱硫脱氰　该法为宝钢一期从日本新日铁公司引进的成套设施^［9］。该法特点如下。

1）以煤气中的氨和剩余氨水蒸馏出的氨为碱源，用1，4-萘、醌-2-磺酸钠作为催化剂的湿式氧化法脱硫工艺。脱硫液蒸发浓缩后进入湿式氧化塔，将脱硫液中的NH₄OH、S、NH₄SCN、（NH₄）₂S₂O₃全部氧化成（NH₄）₂SO₄及CO₂，氧化液进入硫铵工段生成硫铵，达到脱除H₂S和HCN的目的。

2）脱硫脱氰效率高，塔后煤气含H₂S和HCN可分别降至20mg/m³和100mg/m³以下，符合城市煤气标准规定。

3）在脱硫过程中硫的生成量仅满足生成NH₄SCN反应的需要，不会析出多余的硫，因此不易堵塞设备及管道。

4）煤气中的HCN先经脱硫转化为NH₄SCN，再经湿式氧化将其中的氮转化为硫铵，随母液送往硫铵装置，因而与其他流程相比可使硫铵增产。但该法必须与生产硫铵装置配套使用。

5）废液处理装置虽然流程简单，占地少，但因其在高温、高压和强腐蚀性条件下操作，所以主要设备的材质要求较高、制造难度大。

6）因吸收所需液气比大，再生所需空气量大，以及废液处理操作压力高，故整个装置的电耗大。

②FRC法脱硫脱氰　该法为天津第二煤气厂和宝钢三期工程从日本大阪煤气公司引进的成套设备^［9］。该法特点如下。

1）以煤气中氨为碱源，用苦味酸作催化剂脱硫脱氰，脱硫液经煅烧制酸，再去生产硫铵。

2）脱硫脱氰效率高，塔后煤气含H₂S和HCN可分别降至20mg/m³和100mg/m³以下，符合城市煤气标准。

3）再生塔采用高效预混喷嘴，可大大降低再生空气用量，因此含氨尾气不必排放，可直接兑入吸收塔后的煤气中，省去了一套再生尾气处理设备，彻底防止了对大气的二次污染。

4）所需苦味酸催化剂价廉易得，且消耗少，但是苦味酸是爆炸危险品，其安全存放存在困难。

5）废液焚烧、干接触法制浓硫酸。焚烧废液的同时氨也遭到了破坏，经脱硫后煤气中氨的损失量达25%～30%。另外，该工艺的流程长，占地大，制酸尾气处理不经济。当制酸装置的规模太小时并不经济，也不好操作。

③HPF法脱硫脱氰　HPF法是我国自行开发的以氨为碱源、HPF（hgdroguinone， PDS， ferrous sulfate）为复合催化剂的湿式脱硫工艺。该工艺特点如下。

1）脱硫脱氰效率较高，塔后煤气H₂S和HCN含量分别可达50mg/m³和300mg/m³。

2）废液中副产盐类比改良ADA法积累缓慢，故废液量较少。

3）采用废液回兑配煤解决废液处理，故处理工艺流程短，一次性投资少，节材节能，经济效益好，但该法存在如下缺点。a.煤气脱硫过程中会产生富含硫氰酸铵和硫代硫酸铵等副盐的脱硫废液，且该废液难以处理；b.从再生塔顶排出的再生尾气带有大量氨（平均为2.46g/m³），直接排放后就会造成严重的二次污染；c.脱硫装置的产品硫黄纯度低，脱硫装置的设备庞大，能耗高。

④氨硫循环洗涤法（AS法）脱硫脱氰　该法工艺流程是将焦炉集气管的80～90℃煤气先进入三段冷却的横管式间接初冷器，将煤气冷却到25℃以下，进入电捕焦油器除焦油雾，再进入脱硫塔、洗氨塔、洗苯塔，最后进入鼓风机加压，净化后煤气送往用户。该法特点如下。

1）AS法脱硫装置改变了传统的正压净化煤气工艺，全部净化过程是在负压状态下运行，使工艺过程处于低温下，避免煤气温度波动变化，不需再终冷，简化流程和设备，有利于洗涤吸收和节能降耗。

2）AS法利用焦炉煤气自身的氨为碱源，不需另加脱硫用碱，且无二次污染。

3）回收的硫黄产品质量好、产量高，纯度可达99.7%^［7］以上，且产品畅销。

4）AS法煤气脱硫工艺脱硫效率较低，塔后煤气含硫量一般在500mg/m³以上^［7］。

5）AS法脱硫与脱氨装置操作因素影响复杂，操作技术水平要求较高。

⑤压力脱酸的氨水法脱硫脱氰　该法是由鞍山立信焦耐工程公司开发的新工艺，简称FAS法。是由煤气脱硫、富液脱氰脱酸，硫回收工序组成。其关键技术是富液脱氰和压力脱硫，不仅有效提高煤气脱硫效率，而且不会产生二次污染。该工艺特点如下。

1）在焦炉煤气中的二氧化碳含量为硫化氢的5～10倍时，以氨为碱源的吸收液在脱硫塔内尽可能多地吸收硫化氢，而少吸收二氧化碳。故脱硫塔的设计应尽可能做到传质面积大、高气速和接触时间短，使液相以滴状分布，有利于选择性地吸收硫化氢。

2）在脱酸塔前设置脱硫富液的预脱氰装置，加压水解可使脱硫富液中的氰化氢含量降低到0.2g/L以下。其主要目的是提高煤气的脱氰效率，使塔后煤气中的氰化氢含量小于100mg/m³，其次是降低脱硫富液的腐蚀性，使脱酸在压力下的操作得以实现。

3）采用压力脱酸，不仅能提高脱酸塔的脱酸效率，而且可使脱硫富液中的酸性气体与氨能较好地分离，以保证脱酸贫液中的硫化氢含量小于0.2g/L，并可提高脱硫塔的脱硫效率，使脱硫塔后煤气中的硫化氢含量满足焦化企业准入条件的要求，还可使酸性气体中的含氨量维持在较低水平，有利于克劳斯装置的正常操作。

4）酸性气体在硫回收装置中能生产出高纯度硫黄，克劳斯装置的尾气可回兑到焦炉煤气的负压系统中，整个脱硫系统无废液产生，也不会产生二次污染。

5）以焦炉煤气处理量为5×10⁴m³/h的脱硫装置为例，每年可生产元素硫2236t，相当于SO₂的排放量每年减少4472t。另外，由于采用了加热水解脱氰技术，氰化氢水解为氨，相当于NO_x的排放量每年减少1000t，同时还可增产化肥硫铵1430t，达到了节能、减排、环保、增效的良好效果。

⑥Lo-CAT（劳卡特）法脱硫脱氰　该法由美国大气净化公司液相氧化工艺，采用无毒铁催化剂，利用空气中的氧进行再生，以NaOH为碱源进行脱硫脱氰。能适应煤气中H₂S含量的剧烈波动，脱硫率可达98.75%，脱氰率达95%，是一种有发展前景的工艺。

⑦PDS法脱硫脱氰　该法是由我国东北师范大学化学系自主开发，采用双核酞箐钴磺酸为催化剂的脱硫工艺，曾在上海浦东煤气厂进行试用，取得理想的效果。该法特点是：a. PDS催化剂活性好，用量小、无毒；b.脱硫脱氰效率好，H₂S和HCN的去除率分别可达99%以上和95%；c.抗中毒能力强，对设备腐蚀性小；d.易再生，再生对硫泡沫颗粒大，易分离，硫黄回收率高，还能脱除部分有机硫；e.催化剂可单独使用，不加钒，无废液排出；f.脱硫成本只有ADA法的30%，有显著经济效益。

⑧栲胶法（TV法）脱硫脱氰　栲胶法是我国独特的脱硫技术。该法主要有两种：碱性栲胶脱硫（以橡碗栲胶和偏钒酸钠为催化剂）和氨法栲胶脱硫（氨法是以氨代替碱）。栲胶是由植物的果皮、叶和干的水淬液熬制而成，主要成分为丹宁，其化学组成为多羟基芳香烃类化合物。

栲胶法特点为：a.栲胶资源丰富，价廉易得，运行费用比改良ADA法低；b.栲胶脱硫腐蚀性小，基本无脱硫堵塔问题；c.栲胶既是氧化剂又是钒的配合剂，溶液组分比改良ADA法简单；d.栲胶需要熟化预处理，其质量与配制方法优劣是栲胶法脱硫的关键。

（5）煤气脱氨

炼焦煤在焦炉的干馏过程中，煤中的元素氮大部分与氢化合生成氨（NH₃），小部分转化为吡啶（C₅H₅N）、氰化氢（HCN）等，并随煤气从炭化室逸出。氨的生成量相当于装炉煤量的0.25%～0.35%，粗煤气中的含氨量一般为6～9g/m^3［7］。氨虽是化工原料，但也是腐蚀介质，因此必须从焦炉煤气中脱除。从焦炉煤气中回收氨有双重意义，首先是可将氨制成农用化肥，其次是从净化煤气的观点出发，必须将煤气中的氨在粗苯回收工序前加以脱除，以防止以氨为媒介的腐蚀性介质进入粗苯回收系统而造成设备的严重腐蚀。

对于氨的脱除，目前国内广泛采用的有硫铵工艺、无水氨工艺和水洗氨-蒸氨-氨分解工艺3种。硫铵工艺所得的产品是化肥硫铵；无水氨工艺所得的产品是无水氨，主要用于制造氮肥和复合肥料，还可用于制造硝酸、含氮无机盐、含氮有机物中间体、磺胺药、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等，此外，还常用作制冷剂。氨分解工艺产生的分解气直接送入吸煤气管道，但无产品可回收。

（6）终冷与洗苯

在正压回收的系统中，在洗苯之前需设置终冷设施，其一是降低煤气温度，其二是进一步净化煤气，实现苯产品回收。

目前煤气终冷工艺主要为间接式终冷与直接式终冷2种。其中前者采用横管式间接冷却器，为防止终冷器堵塞，采用循环喷洒冷凝液对终冷器管进行清洗。直接式煤气终冷是煤气在直冷塔内用循环喷洒的终冷水直接冷却，再用塔外的换热器确保终冷水低温循环喷洒。

洗苯可分为两部分，一是煤气贫油洗苯，二是洗苯富油再生。富油再生有生产粗苯工艺和生产轻苯及重苯工艺。脱苯的贫油再返回循环洗苯，回收的粗苯（或轻苯和重苯）及再生器残渣分别送粗苯精制进行深加工，制成苯、甲苯、二甲苯等化工产品。

此外，从煤气终冷循环氨水中可提取黄血盐，从生产硫铵的硫酸母液中可提取粗吡啶，从循环氨水系统中排出剩余氨水及一些化工产品精制中的分离水可提取酚钠盐及回收氨等。

1.1.3　化工产品精制与节水减排

化工产品精制主要是对煤气净化过程中回收的粗焦油和粗苯等的粗产品进行加工精制。特别是粗焦油，在其蒸馏后，需对分馏组分分别进行精制提取各种化工产品，目前国内常用的加工精制方法和生产的主要产品与副产品，如图1-4所示^［6］。图1-4表明，化工产品精制过程也是节污减排，减少各种有毒有害、高浓度有机废水，将其变废为宝的过程，实现经济与环境效益的双赢。

1.1.3.1　化工产品精制方法与工艺

化工产品精制方法一般是先分馏后精馏，即先把粗产品经汽化冷却冷凝分离、化学洗涤除盐、催化加氢蒸馏或热聚合蒸馏等方法分馏为几种单一馏分，然后再对单一馏分通过蒸吹、闪蒸、萃取、低温结晶或高温聚合等物理、化学法进行精加工得到精制产品，如图1-4所示^［6］。世界焦油精制先进的厂家已从焦油中提取230多种化工产品^［7］，并向大规模加工方向发展。

1.1.3.2　粗苯精制

粗苯是由多种有机物组成的复杂混合物，主要成分是苯及其同系物甲苯、二甲苯和三甲苯等。粗苯精制过程就是通过化学的方法将粗苯中的不饱和化合物、硫化物等除去，然后用蒸馏方法将苯类产品分离出来的过程。

粗苯中含苯及同系物为80%～95%，不饱和化合物为5%～15%，主要集中于79℃以下低沸点馏分和140℃以上的高沸点馏分中，主要为环戊二烯、茚、古马隆及苯乙烯等；硫化物含量为0.2%～2.0%；饱和烃为0.3%～2.0%。此外，粗苯中还含有来自洗油的轻馏分、萘、酚和吡啶等成分。

粗苯中主要成分为苯、甲苯、二甲苯，其精制原理是利用它们的不同沸点进行分馏。粗苯精制包括如下过程。

①初步精馏　使低沸点化合物、高沸点含硫化合物和不饱和化合物分开。

②化学精制　把粗苯主要组分沸点范围内所含硫化物和不饱和化合物脱除。

③最终精馏　得到满足标准要求的纯产品。

粗苯精制工艺流程如图1-5所示^［7］。经精制后可得到纯苯、甲苯和二甲苯等。

1.1.3.3　焦油蒸馏

焦油是煤干馏和汽化过程中获得的产物，它是一种具有刺激臭味的黑色或黑褐色的黏稠状液体。到目前为止，焦油仍是很多稠环化合物和含氧、氮和硫的杂环化合物的唯一来源。煤焦油在化工、医药、农药和碳素行业中得到广泛应用，经济效益显著。

煤焦生产的高温煤焦油密度较大，为1.160～1.220g/cm³，主要由多环芳香族化合物所组成，烷基芳烃含量较少，高沸点组分较多，热稳定性好。

（1）焦油组分和含量

焦油组分和含量见表1-3^［7］。

焦油各组分的性质有差别，但性质相近的组分较多，需要先采用蒸馏方法切取各种馏分，使酚、萘、蒽等欲提取的单组分产品浓缩集中到相应的馏分中去，进一步利用物理和化学的方法进行分离。

（2）焦油馏分

焦油加工的工艺流程如图1-6所示^［7］。焦油连续蒸馏切取馏分有以下几种。

①轻油馏分　170℃前的馏分，产率为0.4%～0.8%，密度为0.88～0.90g/cm³。主要含苯族烃，酚含量小于5%。

②酚油馏分　170～210℃的馏分，产率为2.0%～2.5%，密度为0.98～1.01g/cm³。含酚和甲酚20%～30%，萘5%～20%，吡啶碱4%～6%，其余为酚油。

③酚油馏分　210～230℃的馏分，产率为10%～13%，密度为1.01～1.04g/cm³。主要含萘70%～80%，酚、甲酚和二甲酚4%～6%，重吡啶碱3%～4%，其余为萘油。

④洗油馏分　230～300℃的馏分，产率为4.5%～7.0%，密度为1.04～1.06g/cm³。含甲酚、二甲酚及高沸点酚类3%～5%，重吡啶碱4%～5%，萘含量低于15%，还含有甲基萘及少量苊、芴、氧芴等，其余为洗油。

⑤一蒽油馏分　300～330℃的馏分，产率为16%～22%，密度为1.05～1.13g/cm³。含蒽16%～20%，萘2%～4%，高沸点酚类1%～3%，重吡啶碱2%～4%，其余为一蒽油。

⑥二蒽油馏分　初馏点为310℃，馏出50%时为400℃，产率为4%～8%，密度为1.08～1.18g/cm³。含萘不大于3%。

⑦沥青为焦油蒸馏残液，产率为50%～56%。

上述馏分如经进一步精制，可得的主要产品和副产品，如图1-6所示。

1.1.4　节水减排新技术与新设备

根据国内外研究与实践，实现焦化工业的节水减排，主要应从以下几个方面着手。

1.1.4.1　煤调湿技术与设备

（1）煤调湿技术与应用效果

①基本原理与工艺流程　煤调湿（coal moisture control，CMC）是“装炉煤水分控制工艺”的简称，是将炼焦煤料在装炉前去除一部分水分，保持装炉煤水分稳定在6%左右，然后装炉炼焦。

煤调湿不同于煤预热和煤干燥。煤预热是将入炉煤在装炉前用气体热载体或固体热载体快速加热到热分解开始前温度（150～250℃），此时煤的水分为零，然后再装炉炼焦；而煤干燥没有严格的水分控制措施，干燥后的水分随来煤水分的变化而改变；煤调湿有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。

依据干燥设备的不同，目前世界上主要有2种煤调湿工艺流程。

1）流化床干燥机煤调湿。水分为10%～11%的煤料由湿煤料仓送往流化床干燥机，煤料在气体分布板上与从分布板下进入的热风直接接触，煤料被加热干燥，使煤料水分降至6.6%。干燥后，煤料中70%～90%的粗粒煤（相对而言）从干燥机排入螺旋输送机，剩下的10%～30%粉煤随热风进入袋式除尘器，回收的粉煤排入螺旋输送机。粉煤和粗粒煤混合经管道式皮带机输送至焦炉煤塔。干燥用的热风，绝大部分是采用在加热炉内用焦炉煤气点火、高炉煤气燃烧产生的高温热废气。

2）回转式多管干燥机煤调湿。煤料经胶带运输机送入回转式多管干燥机中。利用干熄焦蒸汽发电后的背压汽或工厂内的其他低压蒸汽作热源。在回转式多管干燥机中，煤料在管内与管外的蒸汽（或煤料在管外与管内的蒸汽）逆流间接换热。煤料中的水分被加热蒸发，而被排出。

采用流化床干燥机煤调湿工艺，其煤料与热废气直接换热效率高。尤其是以焦炉烟道气作热源时，充分利用了废热，既节能，又减少了燃烧高炉煤气放出的CO₂，减少温室效应。

世界上几乎都采用回转式干燥机煤调湿（蒸汽煤调湿），只有日本室兰焦化厂采用流化床干燥机煤调湿（焦炉烟道煤调湿）。

宝钢和太钢正在设计建设蒸汽煤调湿装置，采用国产式回转干燥机。中冶焦耐工程技术有限公司正在开发既有调湿功能又有风选功能，以焦炉烟道气为热源的新工艺。济钢与高等院校合作，正在建设以焦炉烟道气为热源的流化床蒸汽煤调湿装置。首钢迁安、攀钢和昆钢已完成煤调湿的前期工作。

②煤调湿技术应用效果

煤料水分降低可减少1/3的剩余氨水量，相应可减少1/3剩余氨水蒸氨用蒸汽，同时可减少废水处理量与处理设备的生产负荷^［8］。

1）由于装炉煤水分的降低，使装炉煤堆密度提高，干馏时间缩短，因此，焦炉生产能力可以提高7%～11%。

2）煤料含水量每降低1%，炼焦耗热量（干煤）就降低62.0MJ/t。当煤料水分从11%下降至6%时，炼焦耗热量（干煤）相当于节省了310MJ/t。

3）改善焦炭质量，其可提高1%～1.5%，焦炭反应后强度可提高1%～3%；在保证焦炭质量不变的情况下，可多配弱黏结煤8%～10%。

4）节能的社会效益是减少温室效应，当用焦炉烟道废气作为热源时，平均每吨入炉煤可减少约35.8kg的CO₂排放量。

5）煤料水分的稳定可保持焦炉操作的稳定，有利于延长焦炉寿命。

（2）新型流动床煤调湿设备

煤调湿设备是利用外界热能将入炉煤在焦炉外，控制入炉煤水分，从而控制炼焦水分与耗热量，改善焦炉操作，提高焦炭产量和质量，扩大弱黏结性煤用量，实现节水减排与节能降耗的技术。

图1-7所示煤调湿（CMC）工艺流程是新日铁研发的最新型流化床式煤调湿技术工艺流程^［8，10］。即利用焦炉烟道废气的余热，通过流化床对入炉煤进行有控制的干燥。具有节能节水显著，设备高效简化等特点。

从粉碎机后胶带输送机运出的湿煤，经卸料器从胶带机上卸下，通过卸料溜槽、异物分离筛，将大块的煤或杂物除掉，然后将湿煤送入湿煤漏斗中，定量给料机均匀地将煤送给流化床干燥机，在干燥机内，湿煤的水分降至7%，其中80%～90%的干煤（主要是粗颗粒煤）通过旋转阀被直接送至胶带输送机上，其余10%～20%的干煤（主要是细煤粉）随干燥废气送至布袋除尘器，从布袋除尘器收集下来的粉煤，其水分约2%，为抑制扬尘，用混碾机将粉煤和添加剂混合，然后与从干燥机里出来的煤汇合经胶带输送机送入煤塔。

气体增压风机将焦炉产生的热烟道废气送入流化床干燥机，与湿煤进行直接换热后，经抽风机抽至布袋除尘器，除去粉煤后经新建的烟囱排至大气。

流化床（FB）干燥机具有以下特点。

1）在不影响焦炉操作的情况下，充分利用焦炉烟道废气作为干燥热源，降低了热能消耗，而蒸汽管（STD）干燥机和回转管式（CIT）干燥机则需要以蒸汽或其他热媒作为热源。在焦炉采用混合煤气加热，且正常生产的情况下，产生的废气热量可以降低焦炉入炉煤量的4%～5%的水分，节约了能源，减少了温室气体的排放，热能消耗约为STD、CIT干燥机热能消耗的60%～70%（在日本的实际数值）。

2）FB干燥机为箱体结构，没有旋转部件，干燥机本体生产过程中的维护量极低，新日铁室兰制铁所于1996年10月投产的FB干燥机至今仍在使用，且干燥机本体没有出现过大的问题。STD干燥机则需要倾斜布置，煤在下落的过程中，干燥机本体也需要转动，转动部件较多，生产中需要的维护量加大。而且由于干燥机内部腐蚀的原因，需要定期维修外壳和内部不锈钢管。

3）热交换方式为热废气与湿煤进行直接换热，热交换效率高，STD和CIT干燥机则是采用间接换热，热效率相对较低。

4）设备采用特殊材料较少，降低了设备投资，约为STD干燥机价格的60%～70%。而STD和CIT干燥机由于设备的运转，容易产生疲劳和腐蚀，因此本体结构需要采用特殊钢材，造价相对较高。

5）干燥机气体分散板根据湿煤的水分、废气的温度等选择不同的孔的分布，以确保煤能均匀地干燥。

6）干燥后煤的温度较低，为50～60℃，比STD和CIT干燥机干燥煤的温度低约20℃。因此煤在输送过程中的水分蒸发量少，不易扬尘。

1.1.4.2　干熄焦技术与工艺

（1）干熄焦技术工艺基本原理与工艺过程

干法熄焦（coke dry quenching）缩写为“CDQ”，简称“干熄焦”，是相对于用水熄灭炽热焦炭的传统湿熄焦而言的，其基本原理是利用冷的惰性气体（燃烧后的废气或氮气），在干熄炉中与赤热红焦换热，从而冷却熄灭红焦。

从炭化室中推出的950～1050℃红焦经拦焦车导焦栅落入运载车上的焦罐内。运载焦罐车由电机车牵引至提升机井架底部（或牵引至横移牵引装置处，横移至提升机井架底部），由提升机将焦罐提升至干熄炉炉顶，再通过炉顶装焦装置将焦炭装入干熄炉内。950～1050℃的焦炭在炉中冷却室内与冷却惰性气体直接进行逆流热交换，将焦炭冷却至250℃以下。冷却后的焦炭经干熄炉底部的排焦装置排卸到带式输送机上，送筛焦系统。

在密闭系统内循环的180℃左右的冷惰性气体，通过循环风机鼓入位于干熄炉底的鼓风装置进入干熄炉冷却段。惰性气体在干熄炉内逆向上升，与红焦层进行热交换后，出干熄炉的热惰性气体温度升至850～950℃，这种高温惰性循环气体进入一次除尘器进行沉降，除去夹带的大量粗粒焦粉，气体含尘量可降到10g/m³以下，进入干熄焦锅炉换热。锅炉出口的冷惰性气体温度可降至180℃以下。再经二次除尘器，含尘量可降到1g/m³以下后，由强力循环风机经热管换热器送入干熄炉鼓风装置循环使用。余热锅炉产生的蒸汽，或并入厂内蒸汽管网用于生产，或用于蒸汽汽轮机发电。

干熄焦装置的主要设备包括：电机车、焦罐及其运载车、提升机、装入装置、排焦装置、干熄炉、供气装置、循环风机、废热锅炉、一次除尘器和二次除尘器等。

图1-8所示为干熄焦工艺流程^［8，11］，日本福山制铁所干熄焦主要设备参数见表1-4^［11］。上海某焦化厂干熄焦设备设计参数和操作实绩见表1-5^［8，12］。

焦化工业的快速发展，对于熄焦的技术需求越来越迫切。干熄焦装置的大型化和高温高压自然循环余热锅炉的开发，成为未来干熄焦技术的发展方向。目前，最大型的CDQ装置在日本福山制铁所，每小时处理红焦能力200t、产生的蒸汽量116.5t、发电量34200kW。日本在中温中压混合循环余热锅炉的基础上，又成功地研制出高温高压自然循环干熄焦余热锅炉，将余热锅炉的蒸汽压力从4.6MPa、温度450℃提高到9.8MPa、温度为540℃（见图1-9）^［13］。在我国，近年来济钢是唯一从日本新日铁引进高温高压自然循环余热锅炉的企业。

（2）干熄焦工艺的技术特点

①回收红焦显热与节能　干馏每吨焦炭需消耗3350MJ热量，而炽热焦炭的显热达1880MJ，占炼焦耗热量的56.12%。按目前的技术条件焦炭显热的利用率可达80%以上。这部分能量相当于炼焦煤能量的5%。平均每熄1t焦炭可回收3.9MPa、450℃蒸汽0.45～0.55t。国外某公司曾对其企业内部炼铁系统所有节能项目进行效果分析，结果干熄焦装置节能占总节能的50%。根据宝钢的生产实绩，平均可降低能耗（标煤）50～60kg/t，从而促进吨钢能耗的降低。图1-10所示为日本某钢铁公司炼焦炉和CDQ的热收支情况，其中，CDQ可回收炼焦炉49.4%的热量。

②改善焦炭质量　采用湿法熄焦（包括新型湿法熄焦），在熄焦的过程中，焦炭表面急速冷却，而焦炭内部的冷却远远滞后于焦炭表面，导致焦炭内部产生很大的热应力，造成焦炭产生裂纹和破裂，而且这种现象由于焦炭裂缝里含水的急剧蒸发而加剧。而干熄焦是通过惰性气体与红热焦炭换热来熄灭焦炭，焦炭的降温速度非常缓慢，一般长达2h，远远大于湿法熄焦的90～120s，由于干熄产生的热应力非常小，焦炭内部产生的裂纹和破裂相应就少。不仅如此，由于采用干熄焦时，焦炭需在预存室中停留1～1.5h，这相当于焦炭在1000±50℃条件下，在焦炉中“焖”了一段时间，使焦炭的力学性质和物理化学性质发生了变化，大块焦减少，使干熄后的焦炭块度均匀性提高。焦炭在预存室中停留还使焦块沿长度方向的温度趋于均匀，因而使可能存在的生焦成熟，而这种生焦的特点是机械强度低，反应能力高。这就是干熄焦可以提高焦炭质量的原因所在。与常规湿法熄焦相比，干熄后的焦炭M₄₀提高了3%～8%，M₁₀可改善0.3%～0.8%（表1-6）^［14］，这对降低炼铁成本，提高生铁产量极为有利，尤其对采用喷煤粉技术的大型高炉效果更为显著。国际上公认：大型高炉采用干熄焦炭可使其焦比降低2%～4%，使高炉生产能力提高1%～3%。如生产同样质量的焦炭，则采用干熄焦可以降低强黏结性的焦、肥煤配入量15%～20%，有利于节约炼焦资源，降低炼焦成本。

③减少环境污染　炼焦若采用湿熄焦，每熄1t红焦就要将0.45t含有大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸气排向大气，严重地污染了大气及周围的环境。这部分污染占炼焦对环境污染的1/3。干熄焦利用惰性气体，在密闭系统中将红焦熄灭，并配备良好的除尘设施，基本上不污染环境。此外，由于干熄焦能够产生蒸汽，并可用于发电，因此，避免了生产等量蒸汽而燃煤对大气的污染（5～6t蒸汽需要1t动力煤），尤其减少了CO₂、SO₂向大气的排放。对规模为1×10⁶t/a的焦化厂而言，采用干熄焦技术，每年可以减少（8～10）×10⁴t动力煤燃烧对大气的污染，即每年少向大气排放144～180t烟尘、1280～1600t SO₂，特别是少向大气排放（8～10）×10⁴t CO₂，减少了温室效应。

④节水　宝钢用干熄焦，在将环境粉尘控制在小于30mg/m³的同时，也节约了数量可观的熄焦用水。通常采用传统的湿熄焦，每熄灭1t红焦要消耗0.45t水。采用干熄焦后，熄焦工序可不用水，但设备的零星用水不可避免，如扣除这部分用水，吨焦平均节水0.43t。

⑤投资和能耗较高　干熄焦与湿熄焦相比，确实存在投资高及本身能耗高的问题。目前，干熄焦装置工程费投资在110～120元/t，而传统湿熄焦装置工程费投资为10～15元/t。干熄焦本身能耗约为29kW·h/t（同时，干熄焦可回收能源168kW·h/t），湿熄焦约为2kW·h/t。但干熄焦带来的经济效益、环境效益、资源效益和节能效果完全可以抵消其投资高和本身能耗高带来的不足，特别是随着国家对环保要求越来越严格、能源价格越来越高、能源供应越来越紧张的情况下，干熄焦的优点就越发显著。

1.1.4.3　新一代炼焦技术与设备

日本煤综合利用中心和日本钢铁联盟研发了新一代炼焦技术的开发研究。

（1）SCOPE21工艺概况

①工艺流程与特征　SCOPE21炼焦工艺流程如图1-11所示^{［15～17］}。

其工艺特征是：对原料煤进行干燥分级后，将粗粒煤和细煤分别快速加热至350～400℃，细煤成形后与粗粒煤一起混合，由此能改善非黏结煤的黏结性，大幅度提高焦炭生产率，节省能耗。接着采用无烟输送的方法将高温加热的煤装入炉壁耐火砖薄、热传导率高的炼焦炉室进行炼焦，然后在比通常干馏温度低的温度下（中低温干馏温度下）进行推焦，并采用CDQ（干熄焦）的焦炭质量改进仓对推出的焦炭进行再加热，由此能确保焦炭质量与普通炼焦法的相同，大幅度提高了焦炭生产率和改善了环境。

②工艺特征

1）煤资源有效利用。现行炼焦法只能使用20%左右的非黏结煤，而采用SCOPE21工艺却能使用高达50%的非黏结煤，通过采用煤的快速加热技术，能提高煤的黏结性，同时采用细煤成形技术，可以提高装入煤的松装密度。

2）提高生产率。为大幅度提高焦炭生产率，对装入煤进行了高温预热、减小炭化室炉壁厚度、提高炭化室炉壁的热传导率、对煤进行均匀加热，结果能在比通常干馏温度1000℃低的温度下进行推焦，从而大幅度缩短了干馏时间。干馏温度不足部分可以采用干熄焦设备（CDQ）进行再加热，以确保焦炭质量。

3）改善环境。由于采用活塞输送方式对煤进行密闭输送和调整焦炉炉内压力及推焦时的密闭除尘等方法，可以防止煤气从焦炉泄漏，并彻底杜绝炼焦时产生的冒烟、粉尘飞扬和臭味散发的现象。另外，通过改善焦炉的燃烧结构，实现了低NO_x燃烧。

4）节能。通过对装入煤进行高温预热，提高了干馏开始温度，通过中低温干馏，降低了推焦的温度，由此减少了间接加热干馏炉的热能耗。另外，对产生的煤气和燃烧废气的显热进行回收，节省了能源。

（2）工业性工厂试验与效果

工业性工厂试验，包括从煤预处理、调湿到干馏等全套设备，工业性工厂试验的目的在于验证开发基本思路，取得工业生产设备设计所需的工艺技术数据。

①设备概况　工业性工厂由煤预处理设备及干馏炉构成。SCOPE21炼焦工艺的工业性工厂流程如图1-12所示^{［17，18］} 。

1）煤预处理设备。煤的预处理能力是工业化生产设备的1/20，根据实验装置的试验成果，确定了基本技术参数。

2）干馏炉。干馏炉为一个炭化室。炉长是工业化生产设备的1/2，炉高和炉宽的尺寸与工业化生产设备相同。该干馏炉可以反映出前述的燃烧结构最佳化试验的结果，并能获得环保措施的设计数据。

②工业性工厂试验与效果　工业性工厂操作大致可分为低炉温的一次操作（炉温1100～1150℃）和高炉温的二次操作（1200～1280℃）两个阶段。工业试验大约进行了1年，总的干馏试验次数为440次，基本达到了开发目标。

1）焦炭质量。作为装入原料，黏结煤和非黏结煤的配比各50%。另外，煤的预处理是先在流化床将煤加热到300℃，然后在气流塔将粗粒煤和细煤都加热到380℃。采用这种装入原料煤进行操作的1年中焦炭平均强度D=84.8，比现行炼焦工艺的焦炭平均强度82.3高2.5。焦炭平均强度的提高不仅是由于提高煤松装密度的作用所致，也是煤快速加热的作用所致。

2）生产率。在装入煤的温度330℃、炉温1250℃的条件下，采用普通的湿煤操作的干馏时间是17.5h，而采用SCOPE21可将干馏时间缩短至7.5h，提高焦炭生产率2.3倍。另外，虽然SCOPE21采用高温、快速干馏操作，但作为焦炉操作课题的石墨黏附量与普通操作法相同，且细煤部分的成形对抑制石墨的生成非常有利。

3）改善环境。采用活塞输送方式输送高温煤的输送速度在350t/h以上，输送稳定，满足了工业化生产设备的要求。

干馏炉燃烧废气中的NO_x与试验结果完全一致，炉温在1250℃时，NO_x浓度在100×10^-6以下。

作为防止干馏炉煤气泄漏的措施，已确认有效的办法是调整炉内压力，同时获得了工业化生产设备设计用的推焦时的局部除尘数据。

4）节能效果。SCOPE21工艺比现行工艺（湿煤操作+CDQ热回收）节能21%。这是因为SCOPE21工艺虽然煤预处理工序的电耗有所增加，但干馏炉的煤气燃烧能耗下降很大。

（3）工业化生产设备的主要技术参数

日本炼焦工作者经过10年努力研究的SCOPE21项目已完成了最终阶段的工业性工厂试验，基本达到了当初设定的目标值，取得了巨大的成果。至今所取得的成果必将充分应用于即将到来的焦炉更新改造中，为世界的炼焦技术做出巨大的贡献，新日铁计划采用SCOPE21工艺在大分钢厂建设一个100×10⁴t/a的炼焦炉，JFE钢铁同样也准备在福山的工厂建设一个焦炉组。这个焦炉组将会使公司增加50×10⁴t的产量，同时也是第一个采用SCOPE21技术燃烧排气氮氧化物低的焦炉组。SCOPE21炼焦工艺工业化生产设备的主要技术参数与比较见表1-7^{［16，17］}。