李彎彎

（陜西煤業(yè)化工新型能源有限公司神木分公司，陜西榆林719300）

能源與環(huán)境一直是人類關(guān)注的焦點。上世紀(jì)70年代由于石油危機的爆發(fā)，促使世界各國紛紛開始研究新的能源替代品，特別是石油資源匱乏而又以石油為主要燃料的國家。漿體燃料是為了實現(xiàn)煤的管道運輸或替代燃料油而出現(xiàn)的，又以煤漿最為常見。煤漿中以油煤漿和水煤漿研究的較多，為適應(yīng)不同需要而產(chǎn)生其它漿體燃料也日益受到重視。因此，基于石油焦的漿體燃料技術(shù)應(yīng)運而生，也為我國能源的綜合利用與和諧發(fā)展開拓了新途徑。

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，石油的需求量日益增加，加之原油深加工的發(fā)展和世界原油的重質(zhì)化，導(dǎo)致石油焦的產(chǎn)量不斷增加。因此，如何合理利用石油焦，尤其是高硫焦，便成為日益關(guān)注的課題。

石油焦是由延遲焦化裝置產(chǎn)生的黑色或暗灰色堅硬固體石油副產(chǎn)物，其產(chǎn)量約為燃料油的25%～30%。石油焦帶有金屬光澤，呈多孔性，通常具有低灰分、高揮發(fā)分、高熱值等特點，并且資源廣泛，價格低廉，可通過燃燒或氣化的方式加以利用。石油焦作為燃料的研究已有很多報道[1-2]，主要用于水泥窯或鍋爐燃料。國內(nèi)外對石油焦的氣化反應(yīng)也有許多研究[3-4]，主要是將石油焦氣化制造合成氣或用于蒸汽發(fā)電。

根據(jù)所用介質(zhì)不同，漿體燃料可分為油焦?jié){、水焦?jié){、油水焦?jié){、水煤焦?jié){，可廣泛應(yīng)用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐代油、代煤燃燒，亦可作為氣化原料。

1 油焦?jié){

油焦?jié){是將石油焦固體顆粒、柴油和添加劑經(jīng)過特殊途徑混制而成的石油替代品。它是由30%～60%的石油焦粉、40%～70%的重油（或煤焦油）和微量化學(xué)添加劑組成。日本的石川島播磨公司曾嘗試過在燃油鍋爐中混燒石油焦和重油[5]，即在燃油鍋爐中增設(shè)石油焦粉燃燒器，而在該燃燒器四周則布置幾個重油燃燒器，采用重油火焰加熱噴進爐內(nèi)的石油焦粉和空氣混合物的方法，使石油焦粉著火燃燒。美國Cherven公司則對濃度為40%的石油焦柴油漿在油輪低速柴油機上進行了運轉(zhuǎn)實驗[6]。孫保華[7]提出了環(huán)保節(jié)能燃料油焦?jié){替代重油作為浮法窯爐的燃料，通過增加供油泵、供油管路、回油管路、換向和燃燒系統(tǒng)使焦?jié){著火燃燒，發(fā)現(xiàn)油焦?jié){的燃燒速度與重油基本相同，并以600噸/天的浮法玻璃生產(chǎn)線使用油焦?jié){進行經(jīng)濟分析。使用油焦?jié){作為燃料，與直接使用重油相比，全年節(jié)約1 920萬元；與直接使用煤焦油相比，全年可節(jié)省780萬元。因此油焦?jié){不僅可以抵御重油價格攀升帶來的壓力，還可降低生產(chǎn)成本。賈海龍等[8]在回轉(zhuǎn)窯上進行了油焦?jié){應(yīng)用試驗，對高溫氧化鋁質(zhì)量和窯尾廢氣等進行了系統(tǒng)檢測。試驗結(jié)果表明：油焦?jié){對高溫氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量沒有不良影響，在高溫爐內(nèi)能正常霧化和完全燃燒，并且高溫窯爐窯頭溫度、壓力等參數(shù)與使用重油相比變化不大。據(jù)報道，鹽城市大熱能機械制造有限公司運用多年來的技術(shù)成果在燃油熔鋁爐上成功應(yīng)用，一舉破解了困擾鋁熔鑄行業(yè)的節(jié)能難題。油焦?jié){熱值高，但如油煤漿一樣，尚存在粘度大、成本高、代油率低等問題。

2 水焦?jié){

水焦?jié){是以固體石油焦為主要原料，即由70%左右的石油焦、30%左右的水和1%左右的添加劑混合制成的一種新型液體燃料。其霧化形態(tài)類似于水煤漿，具有灰分低（0.2%～1.4%）、流動性好、穩(wěn)定性好、熱值高等特點，且生產(chǎn)和使用過程不污染環(huán)境。

1985年，意大利熱核研究中心嘗試將石油焦和水混合制成石油焦水漿來進行燃燒，試驗中需使用占熱負(fù)荷5%的煤氣作輔助燃料，結(jié)果碳的轉(zhuǎn)化率不高，為83%～85%[9]。我國研究水焦?jié){的時間也不長。2002年，北京華宇工程有限公司承接了廣東某煉化企業(yè)的水焦?jié){系統(tǒng)工程設(shè)計，工程內(nèi)容包括年產(chǎn)100 kt水焦?jié){生產(chǎn)系統(tǒng)；改造1臺130 t/h由原燒油改為燒水焦?jié){鍋爐；配套設(shè)計水焦?jié){的卸船、輸漿、儲漿及爐前供漿系統(tǒng)和配電、控制、水處理等輔助系統(tǒng)。該工程于2003年12月進行制漿、燃燒工程調(diào)試，目前已生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的水焦?jié){4 000余噸并送入鍋爐成功燃燒，達到設(shè)計預(yù)期目標(biāo)[10]。“十五”期間，迪森公司投入近五千萬元，率先成功開發(fā)了新型清潔能源乳化焦?jié){（簡稱EGC）代油節(jié)能技術(shù)，突破了EGC國際行業(yè)性技術(shù)難題，2006年通過了中石油遼河油田投產(chǎn)鑒定和廣東省科技廳科技成果鑒定。2010年科技部高新司組織專家在廣州市召開了“十一五”國家科技支撐計劃項目“乳化焦?jié){/油（EGC）代油節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用示范”的驗收會，最終該項目通過驗收。乳化焦?jié){技術(shù)在遼河油田用2 t乳化焦?jié){裝置置換1 t原油的試驗取得成功。廣州珠江化工集團溶劑廠10 T重油鍋爐改造為EGC鍋爐，鍋爐熱效率提高了5%，燃料成本節(jié)約49.4%，綜合節(jié)能率為54.4%，SO2、NOx煙塵排放量也下降。目前，水焦?jié){的工程處于起步階段，一般以小型工程為主。

楊國軍[11]利用現(xiàn)有的油田水煤漿50萬t/a水煤漿生產(chǎn)工藝進行了水焦?jié){工業(yè)化制備試驗研究，若將原有的注汽鍋爐進行改造后，通過摻燒石油焦來替代50%的原有消耗，每年直接節(jié)省燃料費用達1 589.8萬元。

3 油水焦?jié){

油水焦?jié){是在水焦?jié){的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是由固體石油顆粒、水、燃料油以及添加劑組成。它克服了油焦?jié){粘度高、水焦?jié){熱值低的特點，同時所含灰分低，可以直接用于燃油鍋爐，對鍋爐和噴嘴的改造幅度較小[12]。由于油水焦?jié){的內(nèi)相為兩相物質(zhì)（石油焦和另一種液體），其穩(wěn)定性機理有所變化，穩(wěn)定因素也有所增加。一般來說，石油焦含量越多，粒度越細(xì)，料漿穩(wěn)定性越好，但流動性差；油含量越高，料漿則越容易流動，霧化粒度直徑越小，但漿體成本高。國內(nèi)對這方面的研究才剛剛起步。

劉和家[13]等通過一系列的實驗確定了高溫隧道窯的油水焦中重油、水焦?jié){和乳化液所占的含量為50%、38%和12%。通過研究得知，增加重油加入量，油水焦?jié){的燃燒熱值、燃燒產(chǎn)物量、理論燃燒溫度和實際燃燒溫度都不斷增加。預(yù)熱600℃的油水焦?jié){的燃燒溫度可達到1 800℃以上，預(yù)熱400℃、重油加入量大于50%的油水焦?jié){的燃燒溫度可達到1 750℃以上。

王濤[14]根據(jù)油泥和石油焦的性質(zhì)，研究了油水焦?jié){的成漿性能。結(jié)果表明：降粘后油泥添加量為20%～25%，制備的油焦水漿表觀粘度均在1 000 mPa·s以下，且具有良好的流動性，成漿性較好；在不添加穩(wěn)定劑的情況下，30 d內(nèi)未發(fā)生硬沉淀或分層現(xiàn)象，具有較高的穩(wěn)定性。

賀龍[15]通過對鍋爐的飛灰曲線模擬得出，油焦水漿的灰分主要集中在臥式鍋爐的輻射段以及對流段。通過在輻射段增加交叉式U型吹灰管，在對流段增加人工O型吹灰系統(tǒng)，進行不同周期性的除灰，不僅吹除了油焦水漿少量的灰分，保證鍋爐安全運行，而且提高了燃料的燃燒效率，具有較好的現(xiàn)場試驗結(jié)果。

4 水煤焦?jié){

由于我國煤炭資源充足，水煤漿技術(shù)也已實現(xiàn)工業(yè)化。水煤焦?jié){是在水煤漿的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是利用低灰分煤和石油焦按一定比例混合,然后添加定量的分散劑、穩(wěn)定劑制備的一種新型石油替代產(chǎn)品。水煤焦?jié){具有熱值較高、灰分較低、揮發(fā)分高、流動性好、穩(wěn)定性強、生產(chǎn)成本低、易燃燒等特點。水煤焦?jié){的研究仍處于初始階段。

韓廣東等[16]研究了煤焦配比、穩(wěn)定劑、溫度等對水煤焦?jié){的成漿性能影響。結(jié)果表明：當(dāng)煤焦比為1∶2或2∶3，分散劑的加入量為0.7%，穩(wěn)定劑的加入量為0.5‰，溫度為60℃，水煤焦?jié){的成漿性能最佳，此時穩(wěn)定時間為21天，黏度為900 mPa·s。

王正東等[17]研究發(fā)現(xiàn)，水煤焦?jié){的灰分不能直接用于現(xiàn)有的燃油鍋爐，需增加除灰裝置。通過對燃料灰分的模擬，得出臥式燃油鍋爐的積灰主要集中在對流段和輻射段。針對2個區(qū)域進行了不同的改造設(shè)計，并對吹灰管等設(shè)備進行了設(shè)計布置，通過現(xiàn)場試驗證明效果良好。

5 結(jié)束語

石油焦?jié){直接作為燃料使用具有熱值高、灰分少、簡化了出渣和除灰系統(tǒng)、免除了結(jié)渣帶來的煩惱等特點。雖然石油焦的硫含量和氮含量較高，但是只要配備好脫硫脫硝裝置，就可以確保環(huán)保指標(biāo)達標(biāo)。從長遠(yuǎn)來看，石油焦?jié){體燃料是一種值得大力推廣的潔凈煤技術(shù)。但是目前關(guān)于焦?jié){燃料的技術(shù)還不夠成熟，仍存在一些問題，有待化學(xué)和化工工作者繼續(xù)深入研究，例如：①石油焦制得的漿體易成脹流體，穩(wěn)定性較差；②所用的添加劑大都為水煤漿添加劑，缺乏石油焦?jié){專用添加劑；③尚未清楚成漿過程中的許多機理,如:石油焦顆粒內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)形式、孔隙尺寸、比表面積和孔容積等微觀物理特性以及石油焦的表面特性、化學(xué)成分和粒度分布對成漿濃度的影響規(guī)律等；④石油焦?jié){的流變特性、物化特性、燃燒特性及產(chǎn)品競爭力還有待于進一步優(yōu)化。