液體瀝青

瀝青是一種成分較為複雜的有機化合物，具有較高的粘度，2000～3000gmol佔到焦油總量的70%以上，其中大部分用於生產固體瀝青產品，其生產工藝如下。從二段蒸發器底部采出的液體中溫瀝青，依次進入三個改質瀝青反應釜加溫聚合后，形成改質瀝青，通過反應釜底部采出管采出，經改質瀝青汽化器冷卻后，進入改質瀝青中間槽，通過液下泵將其從中間槽倒入液體瀝青高置槽，最後通過三至五個的高置槽依次滿流（讓液體瀝青在高置槽內進一步降溫），從高置槽底部排出，進入瀝青的冷卻成型裝置，形成條狀的固體改質瀝青產品，最後裝車外發。

從多年的生產經驗來看，液體瀝青在這樣的生產工藝下，容易對設備、管道等造成以下的問題，影響它的穩定流動。

（1）液體瀝青使用液下泵倒送，由於液體瀝青的高溫和其中的細小顆粒，使液下泵頻繁出現故障，造成整個系統的中斷，不但運轉設備的維修成本大，而且系統頻繁開停工，會對產品質量產生不利影響，降低系統其餘管道、設備的使用壽命。

（2）兩個高置槽之間的滿流管只有一根主管，並且滿流管在槽內的某一側。當液體瀝青通過滿流管滿流時，只有部分液體朝著主管的方向流動，導致槽底各個方向的液體缺少熱量交換，無法保證熱量在槽底的均勻分佈。隨著生產時間的推移，在槽底的某些位置（隨機分佈），液體會長時間不流動，溫度下降很快，粘度也會逐步增大，甚至冷凝為固態，最終在高置槽底部形成“死區”，堵塞底部出口。

（3）在液體瀝青冷卻成型為固體產品時，其生產工藝為：液體通過管道，在重力作用下，落到截面積遠遠大於管道截面積的篩網上，通過篩網上相同大小的小孔成型，再從篩網進入冷卻介質進行冷卻，最後形成固體產品。由於液體粘度高，造成液體在篩網上的水平移動速度遠遠低於下落速度，形成較差的分佈效果：中央小孔輸送量大、四周小孔輸送量小。而篩網上的小孔直徑大小相同，這樣篩網的結構容易影響液體瀝青的成型。當管道內的輸送量繼續增大時，會進一步加劇中央小孔與四周小孔輸送量的差異，甚至造成中央小孔的堵塞，最終系統生產被迫中斷。

（4）改質瀝青反應釜容易抽空，造成過油不暢。由於改質瀝青在生產過程中經過再加溫，將輕沸點組分蒸發掉，因此高碳成分增加，降低了瀝青的流動性；另外液體瀝青同蒸汽吹掃管道后殘餘的冷凝水接觸后，會產生大量的泡沫，冷后脆性大，這部分瀝青沉積在釜底，阻礙瀝青的流動，且液體瀝青中含有很多固體雜質，這些雜質在流動過程中極易在釜底考克處卡住，阻礙流動。反應釜內結焦物堵塞釜底出口的原因還包括：反應釜的物料是從上部進入，在底部流出，瀝青液流的方向同重力方向一致。反應釜的結焦物增多時，在重力的作用下，結焦物隨著瀝青的液流加速沉降至反應釜底部。在釜底沉降到一定厚度之後，結焦物湧向底部的出口，逐漸堵塞出口，造成反應釜底部出口過油不暢。

3．1生產工藝改進

3．1．1取消液下泵

取消液下泵的使用：液體瀝青在經過改質瀝青反應釜加溫聚合后，從改質瀝青底部采出管采出，經過改質瀝青汽化器冷卻后，直接進入液體瀝青高置槽；其後的生產工藝同原有的生產工藝一致。改進后的生產工藝充分利用系統中各設備的不同位差，這樣在重力的作用下，液體瀝青進行自流，它的好處在於：

（1）不再使用液下泵倒送液體瀝青，則整個系統不會因為液下泵的故障而受到影響。

（2）重力作用的恆定，可有效控制液體瀝青的穩定流動。

3．1．2反應釜進料方式改造

改質瀝青兩套系統前兩個反應釜的進料方式不變，#、#反應釜的進料方式改為從底部進料，從中上部新開出口出料，改造后的反應釜工藝流程見圖。這樣反應釜內的瀝青流動方式改為由下向上，同結焦物的重力方向相反，能大大延緩反應釜內結焦物的沉降速度；同時取消了 #、#反應釜的門形管，減少了瀝青的輸送距離及漏點，降低了管道堵塞幾率。為了防止在反應釜頂部出現液體瀝青不流動的情況，在瀝青出口（反應釜內）設置具有分支結構的滿流管，出口管道增加放散裝置，因此，改造后的出口裝置也具有穩定反應釜液面、消除出口管道虹吸的良好效果。在反應釜的中下部（距離釜底）200～300mm新開一個進料口，作為備用的進口（或出DN100口），防止在生產後期，結焦物過多，堵塞底部入口，無法正常生產。備用的入口也可以作為反應釜放料的出口，當反應釜底部出口被堵塞放不出釜內的瀝青時，可以用備用入口放出釜內的瀝青，不會造成釜內被瀝青堵塞。

3．2生產設備改進

3．2．1高置槽中的滿流管改造

對高置槽的滿流管進行了改造，在滿流主管根部增加多根滿流支管（考慮到維修成本，三根）。支管均勻分佈在主管周圍，這樣可以讓槽內各個方向的物料經支管進入主管，然後進入下一個貯槽。所以增加了各方向物料的熱量交換，保證了槽底熱量分佈均勻，最終杜絕了“死區”的生成。為了防止滿流管產生虹吸現象，須在滿流管上安裝放散管。採用這種滿流管，具有這些優點：

（1）該裝置結構簡單、製作安裝方便、運行穩定，大大降低高置槽底部形成“死區”的幾率。

（2）由於高置槽底部“死區”的減少，可明顯降低高置槽清槽的頻率，減少蒸汽和勞務使用量，節約生產成本。

（3）由於該裝置能穩定生產，則無形中增加了固液體冷卻成型設備經過改進后，改善液體的分佈質量，減少液體堵塞篩網的幾率，增加篩網的操作彈性，避免因篩網堵塞造成系統生產的中斷。

3．2．2冷卻成型設備的改進

根據管道大小、管道距離篩網的高度以及管道物料的流動狀態，確定物料在篩網中央區域形成最大輸送量的範圍，在這個範圍不開孔。物料落在這個範圍后，受到阻礙，下落的垂直速度轉化為水平速度，向篩網四周流動。

然後以篩網的幾何中心為圓點，在篩網的水平面畫圓，將篩網分成若干區域。隨著區域距離篩網幾何中心越遠，篩網上物料輸送量逐漸變小，依照這一規律，在這些區域內開直徑逐漸變小的孔，改善液體在篩網上的分佈質量。清掃工作，特別是管式爐和一、二段蒸發器底部沉積物；在切換中溫瀝青前適當延長循環時間。

3．3生產操作方法改進

（1）讓二段蒸發器至改質釜、改質釜至改質瀝青中間槽的物料管道保持較高的溫度，定期讓改質釜內瀝青流動一次，防止改質瀝青在釜內結焦，在保證改質瀝青質量的情況下，適當降低中溫瀝青的軟化點。

（2）開停工時，在物料管線吹通后，加大夾套保溫蒸汽，使物料管保持較高溫度，盡量排凈冷凝水，防止中溫瀝青與冷凝水接觸生成脆性瀝青渣；在改質釜進料前，適當提高反應釜預熱溫度，控制在250以上，打開放散管將冷凝水蒸干。

（3）控制進焦油貯槽焦油質量，開好焦油氨水分離器，除去粗焦油中夾雜的粉煤和焦油渣。在焦油貯槽出口處增加過濾網；加強對蒸餾系統停車后的體瀝青冷卻成型的生產時間，從而提高產量，增加產品效益。

（4）該裝置降低高置槽放料系統堵塞的幾率，杜絕崗位人員採用明火烘烤高置槽底部及放料管道以清除堵塞現象，延長了設備的使用壽命，也能降低崗位人員的操作強度。

通過對生產工藝、生產設備、操作方法的改進，穩定了液體瀝青在系統的流動，大大減少堵塞管道、設備的幾率，從而保證液體瀝青生產的穩定、連續以及產量的穩步提高；同時還大幅度延長了管道、設備的使用壽命，降低維護成本；而且減少了系統蒸汽及勞務的使用量，節約了生產成本。

概述

內蒙古大唐國際再生資源開發有限公司的鋁硅鈦項目由東北大學設計院設計，設計能力為60000 t，原生陽極生產中採用固體瀝青，經破碎、熔化后使用。因使用設備多，瀝青再次熔化增加污染。本次改造后採用液體瀝青代替固體瀝青，投入到生陽極生產中，減少了生產工藝流程，還降低了工人勞動強度，減輕了污染物的排放。

1固體瀝青生產工藝

外購的固體瀝青卸至瀝青倉庫內，固體瀝青經裝載機、帶式輸送機、斗式提升機等設備輸送到瀝青水冷倉貯存，貯存在瀝青水冷倉中的瀝青經膠帶式稱重給料機稱重計量，環錘式破碎機破碎后，由斗式提升機送入瀝青快速熔化器中熔化，熔化好的瀝青進入瀝青緩衝槽，由瀝青泵送入瀝青儲罐貯存，瀝青儲罐內的瀝青通過瀝青泵輸送至生陽極生產工序。

2進行技術改造的必要性

生產炭素製品使用的煤瀝青是由煤乾餾得到的煤焦油再經蒸餾加工製成的瀝青，屬於煉焦廠附屬產品。煉焦廠產品瀝青為液體狀態，經過水冷變為固體瀝青，所以液體瀝青比固體瀝青產品質量穩定，更具有成本優勢。液體瀝青輸送系統主要包含瀝青儲罐、齒輪泵、輸送管道，根據生產情況，若採用相同設備，工況穩定可靠。原固體瀝青上料輸送系統、破碎機、快速熔化系統作為備用。採用液體瀝青消除固體瀝青在熔化過程中產生大量煙氣（包含苯並芘、焦油、SO，NO等），減少污染物的排放。

3瀝青輸送系統改造

3.1液體瀝青輸送系統組成

改造后的液體瀝青輸送系統由瀝青貯罐、加熱器、手動瀝青閥、氣動瀝青閥、瀝青過濾器和瀝青泵及瀝青管道等組成。

1）瀝青貯罐：容積200m，用於液體瀝青存貯和保溫。

2）加熱器：用於瀝青貯罐內瀝青的保溫加熱。

3）手動瀝青閥門：用於液體瀝青輸送時，按工藝要求斷開或打開瀝青管路，確保液體瀝青正常輸送。

4）氣動瀝青閥門：用於日常生產中經常斷開或打開瀝青管路的閥門。

5）瀝青過濾器：DN80濾網直徑6mm, 瀝青泵的前端主要用於過濾大於6mm 雜物，保護瀝青泵齒輪。

6）瀝青齒輪泵：用於輸送液體瀝青。

3.2液體瀝青輸送系統的計算

3.2.1液體瀝青貯罐計算

根據初步設計，年產6萬t預焙陽極，生陽極車間需糊料產能12.9t/h；瀝青最大摻入量16%（可根據生產實際經驗調整，但不建議大於16%），則瀝青最大需求量：12.9×0.16=2.1 t/h；原設計考慮瀝青存貯時間為5天，即2.1×24×5=252 t；瀝青密度1.3 g/ cm；需瀝青貯罐容積：252/1.3=194 m，取200m。由於將瀝青的進料方式改為液體瀝青進料，考慮運輸周期與運輸成本，再增加1台200m的液體瀝青貯罐，這樣存貯時間就可以達到10天。

3.2.2 齒輪泵計算

生陽極車間設1台8t的液體瀝青高位槽，其可供混捏時間：8/2.1=3.8h，考慮將8t的瀝青在0.5h內輸送完，則泵的能力：8/0.5=16t/h。根據瀝青泵廠家樣本，選取US80型號齒輪泵，同時配套該齒輪泵出口，選取DN80的瀝青管路。

3.2.3主熱媒管路計算

導熱油密度（300 ）：0.679g/cm；導熱油比熱（300 ）：0.722kcal/kg·；則導熱油流量：V=Q/(c×ρ× t)=29×10/(0.722×0.679×15)=39.5m/h；導熱油流速：2m/s；管道截面積：S=V/v=39.5/(3600×2)=0.0055m；管道直徑：d=0.083m, 取DN80的管。其他管路均為保溫管路，與泵、閥、瀝青夾套管相應管路配套，取DN25管。

3.3液體瀝青輸送系統改造方案

根據生產工藝要求保留原瀝青熔化系統不變，作為備用，因外界因素造成液體瀝青無法及時供應時，啟運瀝青快速熔化系統熔化瀝青，保證正常生產。重新設計液體瀝青貯罐及輸送系統、熱媒保溫系統，實現炭素生產工藝直接使用廠商配好的液體瀝青。

3.3.1 改造方案

由於炭素生產的連續性要求新系統的設計不能影響原瀝青熔化系統和熱媒油系統正常使用，同時也要滿足新系統投用后與現有瀝青輸送系統的銜接和操作方便，新系統在原舊瀝青儲罐西側增加新貯罐和輸送系統，新貯罐的容積與高度（包括操作平台高度）與舊貯罐相同，這樣在施工上可降低費用。

3.3.2輸送系統

採用瀝青齒輪泵US-80、過濾器、瀝青閥門組成互為備用的3 套系統。

模式1：正常生產輸送工藝：瀝青罐車—瀝青泵（新系統）—新貯罐—瀝青泵（新系統）—舊貯罐—瀝青泵—生陽極瀝青高位槽。如果瀝青溫度低，則：新貯罐—瀝青泵（新系統）—加熱器—新貯罐進行循環，以提高液體瀝青溫度，達到工藝使用要求；如果瀝青溫度高，則：新貯罐—瀝青泵（新系統）—新貯罐進行循環，以降低液體瀝青溫度，達到工藝使用要求。

模式2：當新瀝青罐出現故障，不能正常輸送時的輸送方式：瀝青罐車—瀝青泵（新系統）—舊貯罐—瀝青泵—生陽極瀝青高位槽。

模式3：當舊瀝青罐出現故障不能正常使用時的輸送方式：瀝青罐車—瀝青泵（新系統）—新貯罐—瀝青泵（新系統）—生陽極瀝青高位槽。

3.3.3熱媒油系統

為不影響原熱媒系統的進出油管路，在外網快速熔化器系統總管前增加波紋管截止閥，用閥門將原來瀝青快速熔化系統進行隔離，如果要使用快速熔化系統只需將閥門打開即可。在外網快速熔化器系統總管增加高溫熱媒油管和低溫熱媒油管，作為新增瀝青輸送系統的油管，這樣新舊系統進油和回油不存在任何交叉，從而保證熱媒系統的暢通。

4改造后的經濟及技術效益

4.1固體瀝青改液體瀝青的經濟效益

瀝青單耗由改造前的0.192 t/t左右降低到的0.169t/t 左右，全年按照生產68000t 陽極炭塊計算，全年減少瀝青消耗68000×（0.192-0.169）= 1564t，每噸按照2600元計算，全年節約成本約1564×2600=406.64 萬元。由於瀝青熔化車間的關停，熱媒用量減少，利用節約的熱媒能量每月平均多生產蒸汽約600t，每噸去除成本按照72元計算，每年節約成本約600×72×12=51.54萬元。

4.2技術效益

（1）比用固體瀝青熔化煙氣量減少50%，焦油排出量減少40%，有效地改善炭素生產環境。

（2）由於液體瀝青的使用，固體瀝青破碎、熔化系統停用，改善員工的勞動強度，降低生產和檢修費用。

5結語

液體瀝青輸入系統投入使用后，節能效果明顯。減少了固體瀝青的運輸、破碎環節，減少粉塵的污染，同時減少瀝青熔化帶來的空氣污染，取得了經濟和環境的雙贏。