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改善改质沥青反应釜结焦的措施


改善改质沥青反应釜结焦的措施
马进育 (酒泉钢铁集团公司焦化厂,嘉峪关 735100) 改质沥青是煤焦油沥青经高温热聚反应而成的高附加值产品, 用于制取电炉炼钢的石墨 电极、电解制铝的电极板及电极糊等碳素制品的粘结剂。由于其产量占煤焦油量的 50%左 右,因此,其产量及质量对煤焦油加工的整体效益具有决定性影响。我国是世界第三大产铝 国,随着我国对钢铁及铝产品结构的调整,高功率及超高功率电极的需求日益增加,加之碳 素行业的飞速发展, 对优质沥青的需求逐年增加。 国外焦化行业由于受环保的限制而呈现萎 缩, 导致对改质沥青进口的增加。 正由于改质沥青产品有着广阔的国内国际市场及较高的利 润,近年来国内各大焦化厂相继增建了改质沥青生产装置,使产品的市场竞争日趋激烈。 改质沥青的质量标准见表 1。
表1 指标名称 软化点,℃ 甲苯不溶物(TI),% 喹啉不溶物(QI),% β-树脂,% 结焦值,% 灰分,%< 改质沥青技术性能 一级品 100~115 28~34 8~14 >18 >54 <0.3 二级品 100~120 >26 6~8 >16 >50 0.3

我厂年产 30000 吨改质沥青的生产装置,采用热聚法三釜串联工艺,中温沥 青依次经 3 台串联的常压反应釜进行热聚合,发生聚合反应和缩合反应后,沥青 中的低沸点组分被闪蒸,随着沥青软化点的升高,代表沥青粘结性指标的 β-树 脂含量也得以提高而成为改质沥青。改质沥青自流到中间槽,再用液下泵送到高 置槽,经链板机冷却成型。 图 1 为生产改质沥青的工艺流程示意图。

图1

三釜串联的改质沥青流程示意图

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存在问题

在生产过程中存在反应釜结焦十分严重的问题, 经常造成釜底角阀和管道堵 塞,系统阻力增加,反应釜满流不畅。生产运行中已多次发生沥青自闪蒸油管串 入冷凝器造成冷凝器堵塞报废及釜底角阀堵塞,致使沥青从釜中放不出来,不得 不进行人工清釜。尤其在系统运行 20 天以后,结焦堵塞尤为严重,生产不能正 常运行,迫使焦油系统全面停车清渣,大量外发原料焦油,影响到焦油加工的整 体的经济效益。为减轻高温结焦,虽采取降低了加热温度的措施,但所得的改质 沥青因 TI 和 QI 含量而降级为二级品,产品质量不能满足用户要求。

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原因分析
通过对釜底结焦情况的检查,发现釜壁结焦在 10~15mm,尤其在温度较高

的 2 号釜,釜底结焦厚度达 20mm。分析原因有以下几个方面,一是生产过程中, 沥青的轻质组分被蒸发,高碳成分增加,粘度增大,造成沥青流动性降低,在高 温下易结焦。二是系统温度过高,由于我厂沥青中原生的喹啉不溶物 QI 含量较 低,沥青软化点在 115℃以下,改质沥青中 QI 达不到 6%以上,必须将软化点控 制到 120℃以上,QI 才能达到质量要求的 6%。各反应釜加热温度较高,釜底温 度达到 410-420℃,造成高温结焦。三是在开工初期,釜底沥青不流动,搅拌机 开启不及时造成釜底结焦,其中高温结焦是最主要的因素。

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改进措施
决定改质沥青质量的主要因素是反应温度和停留时间。理论研究表明,在反

应温度较低的情况下,通过增加停留时间同样可使沥青质量得到提高,图 2 示出 了加热温度和静置时间对沥青质量的影响情况。 基于上述原理, 可通过增加反应时间、 降低反应温度来生产合格的改质沥青, 以减轻反应釜的高温结焦问题。为此,我们在原三釜串联的基础上,增加 1 台反 应釜,形成四釜串联的低温长流程生产工艺,见图 3。同时将开工初期的釜温控 制在 150℃以下,搅拌机开启时间由进料后 1h 调整为 30min。

图2

加热温度和反应时间对沥青质量的影晌

图3

四釜串联的改质沥青工艺流程图

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改进效果
以上措施实施后,在得到相同质量改质沥青的情况下,系统温度明显降低,

产品质量完全符合要求,反应釜结焦情况得到明显改善,结焦情况也明显减少, 装置的生产周期从原来的 20 天左右增加到 50 天以上。 系统的连续生产能力大幅 度提升。表 2 为改进前后的系统操作参数和产品质量。
表2 项目 加热炉炉膛温度,℃ 改进前后系统操作参数和产品质量 改进前 700~750 改进后 550~600

反应釜釜底温度,℃ 改质沥青软化点,℃ β-树脂,% 甲苯不溶物(TI),% 喹啉不溶物(QI),%

410~420 110~120 18~20 26~29 6~8

390~395 108~115 20~22 28~32 8~10

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结论
改质沥青生产系统的高温结焦是普遍性的问题,生产实践表明,采用低温长

流程工艺是缓解反应釜结焦、提高产品质量、延长生产周期的有效措施。


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