我国的能源结构缺油、少气、富煤的禀赋，决定了煤炭能源的清洁高效利用技术的开发利用，成为我国国民经济发展和节能减排实现科学发展的战略核心。

　　在2005年，全球能源消耗结构中煤炭仅占27.8%，而我国能源消耗结构中煤炭比例达到76.5%。

　　上个世纪90年代，面对钢铁工业跨越式大发展，国家落实科学发展观，推行节能降耗、清洁生产以来，我国焦化工作者积极引进、消化国外技术，大胆自主创新，为改变焦化产业为高污染、高能耗和粉尘、毒素、高劳动强度的状况，做出了极其艰苦的努力。淘汰土焦、实现焦炉大型化，扩大煤焦煤炭资源、提高焦炭质量；创新脱氨、脱硫工艺；开发清洁工艺技术、发展一碳化工；增加化工产品品种、提高能源利用率。使焦化行业发生了根本性的改变，特别是近二十年成为历史上少有的煤焦化技术高速、高发集成创新和普及期，成就了一代焦化产业的辉煌。

　　2000年至2009年吨焦耗能走势

　　十年来由160.2kgce/t降到112.28kgce/t（115kgce/t）降幅11.3％，先进企业己达到或接近国际先进水平。

　　基本实现了设备大型化、高效化、信息化、清洁化

　　唐钢处理能力为180t/h的干熄焦装置
　　太钢全封闭式140t/h干熄焦装置

　　邯钢集团邯宝公司1号7米焦炉于2008年2月顺利投产

　　但是由于历史的、技术的、管理的、机制的原因，整个行业仍处在高污染、高能耗、粗放状态，面对煤炭价格居高不下、焦炭价格下降、产品质量要求越来越高；成本压力、环境压力、市场压力越来越大的现状，目前又面临二氧化碳排放的压力（823、92kg/t焦，焦化厂在钢厂中CO2直接排放占24、46％相当294、34kg/t钢）如何发挥流程产业优势、破解制约瓶颈、追求系统能效、工艺能质转换的综合价值，培育企业新的生命力、竞争力。己经成为中国焦化科技工作者的历史史命。

　　碳冶金是钢铁工业的基础；碳是钢铁工业过程能量流、物质流的主要载体；碳是影响钢铁性能的基础元素；钢铁材料本质上（占总量90％以上）是铁—碳合金。焦炭是高炉中热量、支架及还原剂的主要来源，做用不可替代。

　　予计在2050年之前钢铁制品在国民经济的交通、建筑、机械等方面仍然不可替代。、焦炭生产企业随着钢铁企业的发展将进一步发展。提高能源效率、工艺运行效率，节能减排任重道远，责任重大。

　　三、流程工业及流程工业特征

　　流程工业：

　　流程工业是指物质流在量流的推动和作用下按照信息流设定的“程序”及“流程网络”通过物理变化和化学变化的方法，将原料转化变为产品的连续性生产过程。流程工业在国民经济中占有重要位置。占国民经济总产值66％以上、主要行业能耗占全国工业总能耗的70％。钢铁、煤炭、造纸、化工、石油等八大行业均流程工业。并被贯以“二高一资”行业，属于节能减排重点。

　　炼焦工业物质流、炭素流均为能源介质，属于典型的能源流程产业也称碳素流程产业。

　　流程工业特征：

　　1、生产原料处理量大、过程连续、产品品种相对稳定、工艺流程基本不变，但工艺参数多变。其产品通常不是以新取胜、而是以质量，成本取胜。

　　2、生产装置安全稳定、长周期、满负荷、优质高效运行是企业实现低成本的关键。流程高效运行表现在：物质流、能量流、信息流的，稳定有序、连续紧凑、高效转化、耦合匹配。

　　3、目前流程工业均存在能耗高、成本高、污染重、劳动生产率低、资源利用率低等特点。对流程产业功能多样性、目标多样性、价值多样性及工艺过程能质转换价值认识不足，远末开发。物质流基本处于有序，能量流、信息流远末有序。是这一状态的根本原因。

　　4、流程工业物质流是增值过程，能量流是耗散过程，能量流的价值在于防止和减少能量的衰变和贬值。这是节能的意义所在，亦是社会能源危机的根源。

　　5、流程工业的内循环度表现在物质流的资源再利用及物质流增值能力和环境价值；表现在能量流的回收再利用能力和能量效率。

　　6、流程工业能量流的高效运行有量的平衡，更有质的效率及能量、能质、能级、时间、空间和用户的耦合匹配。

　　7、流程工业的能源效率要对工艺过程进行系统优化、协同优化，追求系统能效。要对工序间能源介质进行网络优化、集成优化，追求集约能效。做到：

　　能质级匹、等效替代、梯级利用、藕合匹配

　　8、流程工业的物质流是从无形到有形，能量流是从有型到无形。对他们的有序运行必须靠信息流的可视化、智能优化和智能控制来保障。

　　9，流程工业过程均由“三传”（传质、传热、传递动力）“一反”（反应器、转化器）物理、化学工程装备组成。流程是否高效、有序、稳定，决定于这“三传一反”装置的高效优化和开发、决定这“三传一反”装置的信息受控和匹配运行、决定于这“三传一反”装置是否清洁和低碳。焦化工业更是如此。基于对流程产业的认识焦化工业的技术创新、技术开发就有了明晰的目标。就是用高效装备技术、高效工艺技术、高效管理技术开发低碳高效焦化流程。构建清洁、高效，环境友好、市场竞争力强的21世际低碳焦化产业。

　　四、焦化工艺的解构分析

　　长期以来我们一直关注产品形成技术的开发和产品主流程的资源保证及管理，而较忽视产品形成过程中能质转换及技术的开发和管理，忽视能质转换及传递过程的耦合匹配，恰恰是这些能质转换技术直接涉及资源、能源的高效利用和高效转化，因而造成过程运行成本高、效率低、污染严重，其实质是资源、能源的流失。我们焦化产业尤其突出。

　　1、从焦炉能源平衡看能效

　　按年产焦炭120万吨/年计算，配煤水份下降4%（10%→6%），少产生废水6.5万吨/年，降低费用300万元/年，少消耗高炉煤气6000万m3年，降低费用270万元/年，煤调湿利用烟囱余热2200亿KJ/年，1261万元/年，干熄焦回收焦炭余热发电160.5度/小时，1.66亿度/年，1.0亿元/年上升管余热回收8200万元/年，每吨焦降成本167元/吨

　　加热－[焦炭42Kg/t+烟气16Kg/t+荒煤气34Kg/t]余热＝工序能耗降低92Kg/t。按全国工序能耗165Kg/t的水平及2007年焦炭产量计算，焦炉加热消耗3400万吨标煤，焦炉废气带走650万吨标煤尚未回收，产生废水3860万吨。

　　2、从回收工艺看能源状况

　　蒸馏采用正压工艺，温度曲线如下：初冷预冷脱硫预热硫铵终冷洗苯加热温度曲线

　　1）、回收工艺过程加热、冷却大于100℃，消耗蒸汽69t/h，新水消耗800t/h，产生酚废水99t/h。

　　2）、煤气洗涤、蒸馏采用正压工艺造成物料蒸发耗散，工艺效率低、污染环境。

　　3）、化工生产换热效率不高。工艺加热蒸汽当家，扫气、保温、消防大量使用蒸汽，热效率低，产生大量难处理的含酚废水。

　　4）、焦炉生产除焦炭余热由干熄焦回收外，其余余热基本未回收利用且回收火用值效率低。

　　5）、槽罐、塔器放散管对环境污染突出。

　　6）、产品品种少、精度低，附加值不高。

　　7）、含酚酚水产生点多、量大，分布广，处理难度大，运行成本高

　　8）、能源转化效率低，传递使用不耦合、不匹配

　　基于对碳素流程产业的认识，必须改变传统流程只重视物质流--产品的加工模式。提倡工艺全价开发，由只注重产品到也注重过程，取得过程能质转化价值最大化，以价值创新重塑工艺过程。提高资源效率、能源效率，即在源头节约资源和减少污染，开发提高效率技术，改变消耗高、污染重、成本高状况，提高综合竞争力。

　　五、装备、工艺、管理技术创新实践

　　三十年焦化行业大发展中实现了，知识、经验、智慧的有效集累，在积极引进消化国外先进工艺、装备、信息化技术的同时，也促成开发了高效能源转化及高效用能工艺技术装备、少水或无水工艺技术、高效斜孔塔盘应用技术、粉尘及毒素气体密封回收利用技术、信息自动化智能管控等高效管理技术、适应焦化工艺及环境的新材料。有效促进了焦化工艺过程的清洁化、高效化、信息化。

　　1、开发高效能源转化及高效用能工艺技术装备

　　（2)热导油、电伴热代替蒸汽做工艺热载体实现了闭环匹配式高效用能方式

　　传热过程的损失=T0ΔQ（TH-TL）/（TH*TL）

　　同样热量需求用蒸汽（煤气）与用热导油（煤气）的成本相当于5：1。

　　按年产120万吨规模的焦化厂计算，年可创效益7253万元，减少废水46.8万吨。

　　（3)煤调湿

　　采用对流传热比传导、辐射传热系数高几十至几百倍，使低品位余热焦化烟气使用成为可能，节约煤气7.01亿m3/a，减少废水7.9万m3/a，可使配煤水份控制在6％左右。提高焦炭产量或提高焦炭质量。

　　（4)燃气制冷，取代蒸汽制冷，减少能源转换，提高能源效率。用煤气与与用蒸对相比，减少废水，降低运行成本。

　　*节水35.04万吨/年

　　*热效率提高59.87％

　　*降低能耗12.84kgce/t

　　循环水闭路、污水零排放，污染物资源化

　　（5）开发使用高效斜孔塔盘

　　蒸氨塔、蒸苯塔、焦油馏份塔使用后，处理能力提高了60%，能耗下降50%（以蒸氨塔为例）。

　　2提高气体能源转换价值实现多联产方案

　　（1）利用焦炉煤气提H2，转炉煤气提CO、CO2，合成精甲醇64.4万吨/年，投资约12.88亿元，为煤气化路线1/3～1/2，生产成本下降30～40％，年产值16.1亿元；尾气可发电270MW，年产值13.6亿元。

　　2）钢厂能源优化多联产方案二

　　利用焦炉煤气、转炉煤气可生产商品甲醇63.47万吨/年、H21万m3/h、乙二醇20万吨/年、醋酸产品20万吨/年，投资42亿元，年产值39.6亿元；引入清华炉生产清洁燃气，与尾气、高炉煤气实施燃气蒸汽联合循环发电，并实施余热余能分布式发电，可实现用电自给及外送。



　　清华炉（非熔渣—熔渣分级气化技术）

　　独立焦化厂可用清华炉制气替代焦炉气用于焦炉加热。替代出焦炉气用于合成甲醇。制4万M3可消化25t/h含酚废水。

　　3、开发无蒸汽、少废水高效节能工艺工艺技术

　　（1）、无蒸汽蒸氨技术

　　取消直接蒸汽，用热导油加热。热导油只提高20℃与蒸汽加热至400℃相比，节能明显，且热导油循环使用，节能效率高。

　　蒸汽做间接加热，其冷凝热要浪费相当部分，采用本工艺后：

　　热效率提高54.2％

　　工序能耗降低22.16kgce/t焦

　　导热油加热蒸氨

　　火用效率提高25％

　　Eh13.9967MKcal/h

　　Ex3.7295MKcal/h

　　（2）煤焦油负压精馏技术

　　取消馏份塔直接汽，加热炉用煤气从常压蒸馏的65m3/t焦油降至45m3/t焦油以下；萘收率明显提高，平均达到10.48%，最高达到12.48%，比常压蒸馏平均提高19、1%；沥青的软化点波动范围小，质量稳定；蒸汽的用量明显减少，与常压蒸馏相比，每年可节约蒸汽5000吨。
降低能耗，减少废水。

　　夹点优化节能技术：煤焦油加工

　　以焓分析和火用分析为工具，并采用能源夹点网络技术，系统优化能流网络，实现系统能量高效利用，煤气消耗可降低30％，产品收得率提高20％。

　　根据夹点处无热量传递，按照过程物流匹配的原则，及欧拉定律，就可得到以最小能量为优化目标的换热网络。

　　多馏分加工煤焦油初馏过程的换热网络计算

　　（3）、开发负压苯蒸馏工艺

　　降低能耗，取消蒸汽，提高粗苯收率、改善环境。每年可减少蒸汽消耗6万吨，相应减少废水6万吨，并降低生产成本。

　　（4)完善PHF工艺实现煤气脱硫液提盐技术

　　实现了脱硫废液零排放、废物资源化，该技术使用前后，煤气含H2S由平均2.78g/m3降低到0.3g/m3。

　　（5）理顺回收工艺温度梯度实现负压脱硫

　　减少加热和终冷耗水、降低工序能耗，提高脱硫效率。


　　洗苯塔放鼓风前，实现负压洗苯。己有工业装置投产，这是一个重大工艺结构突破。对四收工艺紧凑连续高效调整具历史意义。将大大降低投资、运行成本；提高节能减排效果。

（7)油罐、管线伴温用导热油及电伴热，硫铵干燥用热导油，改善环境，消灭废水，降低成本。

　　实施以上措施后，酚水量大大降低，按年产焦炭120万吨的焦化厂计算，可减少酚水量29.35万吨/年。


     
　　4、开发除尘及毒素气体密封技术
　　（1）自除尘式加煤车
　　运行成本低，除尘效率高

　　（2）高压水清扫炉门
　　密封效果好，一周清一次

　　（3)沥青水下成型：消灭沥青烟及槽缶微负压闭路消化有毒废气工艺开发。

　　（4)除尘煤粉成型技术：避免二次扬尘，提高资源利用率及焦炭质量

　　5、开发高效管理技术，使物质流、能源流、信息流集成匹配稳定有序运行，提高资源集成效率。

　　实现岗位离线集中操管一体扁平化运行，煤调湿、干熄焦等主要装置实现智能化控制。120万吨焦化厂定员由原设计的430人减少到276人，甚至200人以下。且运行稳定、成品率、作业率系统安全性明显提高。

　　6、开发新材料，适应焦化工艺及环境

　　（1)不锈钢复合板用于脱硫塔、蒸氨塔、蒸苯塔等，运行成本低；耐腐蚀，设备作业率高。

　　五、几点认识

　　1，系创新枝术可提升传统炭素流程产业的运行质量，可使：
　　工序能耗降到70kg/t以下；
　　蒸汽消耗降到10kg/t以下；
　　新水消耗降到0.5M3/t似下；
　　实现用电自给；
　　废水、废渣零排放；
　　建设成资源节约型、环境友好型、自主创新型、城市友好型焦化厂

　　2、解构碳素流程，以三传一反的理论开发工程装置的高效化及工序工艺的协同创新、集成创新，以物质流、能量流、信息流的稳定有序、紧凑连续、高效集成、耦合匹配有效运行为目标，就一定能实现焦化产业的低碳化、清洁化、高效化的目标。

　　3、中国焦化业的大发展，是广阔的创新平台。当代焦化科技工作者有责任、有义务承担焦化工艺创新重任。有了丰富的知识积累、工程创新经验的积累和创新智慧的积累，一定会创造出更多新技术，开创炭素流程优化的新局面。