干熄焦工艺对焦炭质量的影响

2022-11-17

引言

干熄焦工艺是焦炭生产过程中的新技术，干熄焦工艺中，利用惰性气体对红炽状态的焦炭进行冷却，这种方式冷却的焦炭质量较好，且可以显著的节约能源，减少焦炭生产过程中污染物的排放，因此受到了很多焦炭生产企业的欢迎。对干熄焦工艺进行研究，对于提升我国焦炭生产的水平以及响应国家的节能减排政策具有重大意义。

1. 干熄焦工艺对焦炭生产质量的影响

传统的焦炭生产工艺也叫做湿熄焦工艺，干熄焦工艺能够提升焦炭质量的原理在于其可以改变焦炭内气孔的结构，这也是衡量焦炭质量的关键指标。

(1)焦炭强度

焦炭强度是焦炭质量的体现之一，焦炭的强度必须适中，如果强度过小，在运输以及使用途中就会破碎，影响工业生产的质量。但如果焦炭强度过大，会导致其不易燃烧，也会对工业生产质量造成影响。而影响焦炭强度的主要参数是焦炭内部的水分与灰分的比例，干熄焦工艺采用惰性气体对焦炭进行冷却，这种冷却方式最大的好处是气体可以快速的均匀分布在红炽焦炭的周围，从而使焦炭自上而下均匀的冷却。这种冷却方式可以有效的释放焦炭内部因气孔产生的应力，减少焦炭块内部气孔的数量，使焦炭内部结构更加的均匀，自然强度也会提升。

除了使焦炭均匀的冷却外，干熄焦工艺与湿熄焦工艺相比最大的特点就是无需使用水，传统的湿熄焦工艺在冷却焦炭时会不可避免的使用水蒸气，而水蒸气与高温状态的焦炭接触时便会产生热接触反应，反应的方程式为：

C+H2O→高温→CO+H2(1)

这种热接触反应会破坏焦炭内部原有的碳分子结构，使焦炭内部的气孔数量增加，从而导致焦炭强度与质量降低。而干熄焦工艺使用的是惰性气体，即便是在高温下也不会与焦炭发生热接触反应，不会改变焦炭内部的分子结构，因此相较于湿熄焦工艺可以有效的提升焦炭的强度。

(2)均匀性提升

焦炭是由煤干馏制成，由于煤块本身大小不一，因此制成的焦炭的大小往往也不均匀。而大小不一的焦炭块对于工业生产有很大的影响，可能会导致焦炭不能完全利用，降低能源的使用效率，造成浪费的同时还会导致环境污染。而干熄焦工艺会使用干熄炉，焦炭在干熄炉中与惰性气体接触从而完成冷却过程。而焦炭在干熄炉中会不可避免的产生碰撞，大块的焦炭在碰撞过程中就会开裂，分裂为小块的焦炭，而外表存在棱角的焦炭在碰撞过程中其棱角也可以被逐渐磨平，在干熄炉中不仅可以完成对焦炭的冷却工作，也可以借助碰撞过程提升焦炭的均匀性。一般来说，块直径大于60mm以上的焦炭为大颗粒焦炭，这种焦炭因颗粒过大，在实际用于生产时往往难以充分燃烧。而使用干熄炉对焦炭进行冷却后，焦炭的平均块直径会明显缩小，有研究表明，采用湿熄焦工艺制造的焦炭的颗粒直径在55-60mm之间分布最广泛，而采用干熄焦工艺后，这一数值降低到了40-55mm，同时直径在60mm以上的焦炭照比湿熄焦工艺减少了5%，干熄焦工艺生产的焦炭的整体颗粒直径分布范围都比湿熄焦工艺更小，这说明干熄焦工艺对焦炭的均匀度有明显的提升。

(3)焦粉率上升

焦粉率是指焦炭在碰撞过程中外部物质脱落并形成粉，湿熄焦工艺采用水蒸气对焦炭进行冷却，因此焦粉率一般不会太高。而干熄焦工艺中不存在水蒸气，因此焦粉率对比湿熄焦法会有较为明显的提升。此外，焦炭颗粒在干熄炉中的碰撞也会加剧焦粉的产生，并且干熄炉中需要使用惰性气体，但在进行惰性气体的交换时，会不可避免的混入一部分空气，空气在干熄炉中会与焦炭发生反应，也会导致焦炭表面脱落，造成焦粉率提升，焦粉率提升会造成焦炭的损耗，影响生产焦炭的效益。因此，在干熄炉的换气过程中，炉中空气的含量是决定焦炭质量的重要指标，必须尽可能的确保炉中空气含量不能过高，以避免焦炭的损耗或炉中空气含量过高导致粉尘爆炸。

(4)反应性降低

焦炭的反应性来源于其气孔结构与表面致密性，一般来说，气孔越小、越少，表面致密性越大的焦炭是反应性越低的焦炭，焦炭的反应性低，可以保证焦炭在生产过程中不与其他物质发生反应，从而避免焦炭的损耗与物质结构的改变。以一般的使用焦炭进行工业生产的企业来说，气孔越少、致密性越高的焦炭其物质量越大，焦炭的质量越好，因此使用焦炭的企业一般倾向于选择这种焦炭。而干熄焦过程可以显著降低焦炭的反应性，首先，干熄焦工艺中不涉及到水蒸气，因此焦炭在冷却过程中不会发生使其气孔变多的1式中的反应;其次，干熄焦工艺中的焦炭在正式进入干熄炉进行冷却时，通常会在预存室中静置一段时间。而处于高温状态下的焦炭在这个静置过程中便会逐渐的冷却，焦炭冷却时，其内部结构会收缩，结果就是焦炭内的气孔变小，表面的致密性提升，反应性也进一步降低。

(5)冷热强度提升

冷热强度是指焦炭在温度突然大幅变化时其内部的结构强度，强度越高的焦炭质量就越好。而湿熄焦工艺中，水蒸气与焦炭的热接触反应会破坏焦炭内部的结构，导致焦炭内部的结构不再紧密，气孔的数量增多，使得其冷热强度下降;而使用惰性气体冷却的干熄焦工艺则不存在此问题。因此相较于湿熄焦工艺，干熄焦工艺可以显著提升焦炭的冷热强度。

(6)水分波动较小

焦炭中的水分是衡量焦炭质量最重要的指标，特别是对于温度要求较高的冶金工业来说，焦炭内部的水分越少，焦炭的质量就越好。水分多的焦炭不但物质量少，而且还会影响高温冶金工业中冶金装置的温度，使冶金工艺受到影响。而传统的湿熄焦法中使用的水蒸气会不可避免的使焦炭内部的水分增加，而干熄焦工艺中不涉及到水蒸气，因此所制得的焦炭水分含量非常少，因而受到冶金工业的欢迎。有研究指出，采用干熄焦工艺所制得的焦炭，其水分含量可控制在0.1%以下，且焦炭内部的水分含量波动比湿熄焦工艺更低。

2. 焦炭质量对干熄焦生产的影响

焦炭本身的质量对于干熄焦工艺生产也会造成影响，在实际的生产过程中，经常出现因不注意焦炭质量问题而对生产造成影响的现象。因此，本文对焦炭质量对干熄焦生产工艺的影响进行了分析，这也是提升焦炭生产的质量的关键一环。

(1)挥发分

挥发分是焦炉生产中的重要指标，对于焦炭质量也会造成较大的影响，我国对于焦炉生产中挥发分的规定是不能高于1.9%。如果挥发分含量过高，会导致焦炉内挥发分与可燃性气体的燃烧，影响焦炭生产的质量，导致浮焦现象的出现。为减少挥发分，可以向焦炉中充入适量的氮气，避免炉中空气含量过高，一般来说，焦炉中空气的含量最高不能超过30%。挥发分与空气的反应不但会影响焦炭生产的质量，还会导致燃烧的压力对焦炉的环形烟道造成冲击，影响焦炉的运行。

(2)高温反应性

焦炭制造是一个较为复杂的化学反应，由于焦炉中存在空气，用于干馏的煤块中存在水分，因此一般的焦炉生产焦炭过程中，焦炭在高温下发生的主要反应有：

上述三个反应即为焦炉生产中常见的反应，而这三个反应的触发因素主要为空气的负压段与冷却段。如果产生焦炭时空气从负压段与冷却段进入焦炉，便会发生3式中的反应。因此在实际的焦炭生产过程中，需要对空气在负压段与冷却段进入焦炉的方式进行控制。

(3)焦炭膨胀与收缩

焦炭的膨胀与收缩是焦炭生产中常见的一种现象，一般来说，空气在冷却段进入焦炉时的温度会影响焦炭的膨胀与收缩性能。如果空气在冷却段的温度变化幅度较大，焦炭额度膨胀收缩性能便会受到影响。因此在实际生产中，需要控制冷却段空气的温度保持稳定，避免空气温度变化过大影响焦炭性能。

3. 结论

焦炭是工业生产中的重要原料，而干熄焦工艺是一种较为经济实惠的生产焦炭的方式，且污染较小，因此本文对干熄焦工艺对焦炭质量的影响进行了研究。相较于传统的湿熄焦工艺，干熄焦工艺可以提升焦炭的强度、均匀性和冷热强度，降低反应性与焦炭内水分含量，但干熄焦工艺会导致焦粉率上升，加速焦炭的损耗，但总的来说仍然是一种非常优秀的焦炭生产方式。此外，本文还对焦炭质量对干熄焦生产的影响进行了分析，焦炭中的挥发分含量、高温反应性以及膨胀与收缩性能都会对干熄焦工艺生产焦炭的质量造成影响。期待本文的研究内容能够为提升我国焦炭生产水平提供帮助。

摘要：焦炭是化工生产中的重要原料，对于很多化工生产来说，焦炭的质量直接影响了化工生产的效果。但焦炭的生产过程会不可避免的对环境带来污染，随着我国节能减排政策的推进，改进焦炭的生产工艺，以减少环境污染是工业企业的当务之急。因此本文对生产焦炭的新技术——干熄焦工艺对焦炭质量的影响进行了研究。

关键词：干熄焦工艺,焦炭,质量,影响