CN107235728A - 一种预焙阳极节能生产的工艺 - Google Patents

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Abstract

一种预焙阳极节能生产的工艺，包括如下步骤：(1)将石油焦和液态沥青制成颗粒后煅烧；(2)将步骤(1)煅烧后原料破碎、筛分、配料、混捏成型制备生阳极并在焙烧炉进行焙烧；其中，步骤(1)中石油焦中挥发分质量百分含量为10‑16％；步骤(1)中煅烧的温度为700‑800℃；步骤(1)中煅烧过程中产生的挥发分的30‑50％用于步骤(1)中煅烧，50‑70％引入焙烧炉焙烧阳极。本发明的方法充分利用了原料石油焦中的挥发分，减少天然气能源消耗，节能降耗减排，降低生产成本，提高产品质量。

Description

一种预焙阳极节能生产的工艺
技术领域
本发明属于有色冶金领域，具体涉及一种预焙阳极节能生产的工艺。
背景技术
预焙阳极是以石油焦为主要原料，煤焦油沥青为粘结剂，经过煅烧、破碎、配料、混捏、成型、焙烧等一系列工艺工程制备得到的一定规格形状、性能的产品，最终在铝电解生产过程中作为“心脏”使用进行炼铝。目前我国电解铝产量已达3000万吨以上，是世界上第一大产铝国，且每年以10％左右的幅度增加产量，现我国铝产量接近世界铝产量，因此，对阳极碳块的需求也与日俱增。
在预焙阳极生产过程中，原料石油焦的煅烧工艺和生阳极的焙烧工艺是重要的能源利用和消耗过程。煅烧过程使用罐式煅烧炉或回转窑，充分利用石油焦自身含有的挥发分实现高温热处理，并且充分利用煅烧产生的中高温烟气进行发电、热媒炉加热供暖等，是阳极厂能源综合利用非常显著的工艺。焙烧工艺是将生阳极装入焙烧炉，周围填装冶金焦充当密封保护材料，利用天然气或煤气及重油等作为燃烧加热进行热处理的过程，以天然气为例，吨产品燃气能耗达80-100立方，年产30万吨阳极厂，年消耗天然气达到2400-3000万立方，是阳极厂能源消耗最大的工序。
因此，如果能够降低阳极焙烧吨产品能耗或以更经济的能源替代天然气为燃料焙烧阳极，则可很大程度上降低或减少天然气消耗量，节约宝贵的能源，减少温室气体排放，节能潜力巨大。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种预焙阳极节能生产的工艺，该工艺在预焙阳极生产过程中利用低温煅烧石油焦产生的剩余挥发分焙烧阳极，利用煅烧后的原料制备阳极配料，利用焙烧过程的热量实现石油焦和沥青高温同步煅烧法，充分利用了原料石油焦中的挥发分，减少天然气能源消耗，节能降耗减排，降低生产成本，提高产品质量。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种预焙阳极节能生产的工艺，包括如下步骤：
(1)将石油焦和液态沥青制成颗粒后煅烧；
(2)将步骤(1)煅烧后原料破碎、筛分、配料、混捏成型制备生阳极并在焙烧炉进行焙烧；
其中，步骤(1)中煅烧的温度为700-800℃；
步骤(1)中煅烧过程中产生的挥发分的30-50％用于步骤(1)中煅烧，50-70％引入焙烧炉作为阳极焙烧用燃料，替代天然气作为燃料焙烧阳极。
本发明的方法将低温煅烧产生的挥发分通过适当的工艺使其一部分用于其本身，一部分用于随后的焙烧工艺，从而可以实现煅烧和焙烧过程资源的充分利用，节能降耗。
优选地，步骤(1)中石油焦中挥发分质量百分含量为10-16％。
优选地，步骤(1)中石油焦破碎成4mm以下粒度。
优选地，步骤(1)中石油焦和液态沥青的质量比为8-13:1。
优选地，步骤(1)中所述颗粒的大小为5-50mm，优选为10-30mm。
优选地，步骤(1)中煅烧时二层火道温度为800-1000，优选为850-950℃。
优选地，步骤(1)中煅烧时从加入物料到排出的时间为30-40h，排料量为80-90kg/h。
优选地，步骤(2)的具体过程如下：将步骤(1)煅烧后产物破碎、筛分成配料需要的粗、中、细粒级，按照阳极配方配料，加入液态沥青混捏，制备生阳极，将生阳极装入焙烧炉内，周围以填充料保护，焙烧，实现生坯中的煅烧石油焦与沥青在焙烧过程中的结焦同步高温热处理，提高阳极抗氧化性能，降低阳极在电解槽中使用时的沥青成焦的选择性氧化，降低阳极在电解槽中的使用时的掉渣量，提高电解槽生产效率。
优选地，所述焙烧的温度为1000-1200℃，焙烧的时间为150-250h。
优选地，液态沥青的用量为阳极生坯总质量的13-14％。
本发明提供了一种阳极厂煅烧和焙烧工序能源综合利用的方法和工艺。将含有一定量挥发分的石油焦和沥青制成一定粒度的颗粒后进行低温煅烧，将煅烧过程中过量的挥发分引出进入焙烧炉，作为阳极焙烧用燃料，替代天然气作为燃料焙烧阳极。利用低温煅烧出原料进行破碎、筛分、配料制备生阳极并在焙烧炉进行焙烧，实现焙烧过程中煅烧石油焦与沥青焦煅烧性能的同步高温热处理。本发明的方法可以实现煅烧和焙烧过程资源的充分利用，节能降耗，提高阳极抗氧化性能，降低阳极在电解槽中的使用时的掉渣量，提高电解槽生产效率。
煅烧每吨原料可产生约100kg左右挥发分，煅烧本身仅需要30-50％的挥发分，利用煅烧产生的多余挥发分就可以替代天然气进行生阳极焙烧。对于年产30万吨的阳极厂，每年需要约32万吨的石油焦，每3kg挥发分燃烧产生的热量可代替1m3天然气燃烧，那么全部替代天然气作为燃料，年节约天然气约500-800万m3。并且低温煅烧出的密度较高的石油焦可加入液态沥青混捏制备生阳极然后焙烧，从而实现生坯中的煅烧石油焦与沥青在焙烧过程中的结焦同步高温热处理，可提高阳极抗氧化性能1％左右，可降低阳极在电解槽中的使用时的掉渣量1-2kg，提高电解槽生产效率。
附图说明
图1为本发明一个实施例的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种预焙阳极节能生产的工艺，包括如下步骤：
(1)将石油焦和液态沥青制成颗粒后煅烧；
(2)将步骤(1)煅烧后原料破碎、筛分、配料、混捏成型制备生阳极并在焙烧炉进行焙烧；
其中，步骤(1)中煅烧的温度为750±50℃，该煅烧温度可可使得石油焦中大部分，如80％以上的挥发分逸出，从而利于得到低锻高密焦，优选煅烧的温度为750℃。
步骤(1)中煅烧过程中产生的挥发分的40±10％用于步骤(1)中煅烧，60±10％可通过煅烧炉挥发分大道引入焙烧炉作为阳极焙烧用燃料，替代天然气作为燃料焙烧阳极。本发明还包括上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明的方法将低温煅烧产生的挥发分通过适当的工艺使其一部分用于其本身，一部分用于随后的焙烧工艺，从而可以实现煅烧和焙烧过程资源的充分利用，节能降耗。
其中，石油焦是石油的减压渣油，经焦化装置，在500～550℃下裂解焦化而生成的黑色固体焦炭。其外观为黑色或暗灰色的蜂窝状结构，焦块内气孔多呈椭圆形，且互相贯通。一般认为它是无定形炭体；或是一种高度芳构化的高分子碳化物中，含有微小石墨结晶的针状或粒状构造的炭体物。碳氢比很高，为18～24，相对密度为0.9～1.1，灰分为0.1％～1.2％，挥发物为3％～16％。石油焦按热处理温度可分为生焦和煅烧焦两种，前者由延迟焦化(或其他焦化方法)所得，含有大量的挥发分，机械强度低，煅烧焦是生焦经煅烧而得。
本发明中使用的石油焦是生石油焦，其中挥发分质量百分含量优选为10-16％，大于10％可产生充足的挥发分用于本身的煅烧和后续的焙烧，但是大于16％则容易导致结焦棚料，无法保证生产正常运行。在有些实施例中，石油焦中挥发分质量百分含量为10-15％；在有些实施例中，石油焦中挥发分质量百分含量为12-14％；在有些实施例中，石油焦中挥发分质量百分含量为13-16％；在有些实施例中，石油焦中挥发分质量百分含量为11-15％。本发明中的石油焦使用前优选进行破碎处理，可使用本领域中已知的方法进行破碎，为了更有利于挥发分的逸出和保证石油焦颗粒能够成型，结构密实，优选破碎成4mm以下的粒度，更优选破碎成2mm以下的粒度。
本发明中使用的液态沥青是煤焦油沥青。本发明中使用的液态沥青在常温下为固体，在将要与石油焦混合前加热成为液态，以使得沥青能够填充石油焦敞开的气孔，并充分覆盖石油焦颗粒。填充石油焦敞开的气孔可提高煅后焦的密度，以达到生产高密焦的目的；覆盖石油焦颗粒则可以使其产生一定的可塑性，为下一步造粒工序提供基础。
破碎后的石油焦与沥青比例要能保证两种物质可以混合成型，石油焦含太高沥青含量提供的粘度不足够难以捏合，沥青太多则成糊料也难以捏合，步骤(1)中石油焦和液态沥青的质量比优选为8-13:1，此比例范围可使得液态沥青均匀地覆盖石油焦，更优选为9:1。原料煅烧要求，不能太小粒度，以保证配料需要粒度尺寸，步骤(1)中所述颗粒的大小为5-50mm，上述范围的颗粒大小使得结构密实，并还有适量的挥发分而不影响煅烧过程，使多余挥发分排出用于焙烧，优选为10-30mm。优选地，步骤(1)中所述颗粒的挥发分质量百分含量为16-17％，以满足煅烧需要和安全要求。
步骤(1)中煅烧时二层火道温度优选为800-1000℃，该温度是煅烧炉火道内的温度，可以使原料温度达到700-800℃，优选为850-950℃。步骤(1)中煅烧时从加入物料到排出的时间优选为30-40h，排料量优选为80-90kg/h。控制排料时间和排料料量可以使得易于控制要达到的原料温度。
步骤(1)中的颗粒可通过型煤成型机压制得到。
其中的煅烧优选在罐式煅烧炉中进行。
步骤(2)的具体过程可为如下：将步骤(1)煅烧后产物破碎、筛分成配料需要的粗、中、细等粒级，按照阳极配方配料，加入液态沥青混捏，制备生阳极，将生阳极装入焙烧炉内，周围以填充料保护，焙烧，实现生坯中的煅烧石油焦与沥青在焙烧过程中的结焦同步高温热处理，提高阳极抗氧化性能，降低阳极在电解槽中的使用时的掉渣量，提高电解槽生产效率。
其中的预焙阳极可使用包含如下的配方：8-5mm含量为5-20％，5-2mm含量为10-30％，2-0mm含量为30-60％，粉子含量为15-40％。在优选实施例中预焙阳极可使用包含如下的配方：8-5mm含量为12％，5-2mm含量为20％，2-0mm含量为43％，粉子含量为25％。
填充料是焙烧时用于覆盖阳极炭块，防止炭块在焙烧过程中氧化、变形的颗粒状物料。由于填充料直接与炭块进行接触，因此填充料导热性的好坏，透气性和吸附性以及颗粒配比是否合理都对阳极焙烧质量有至关重要的作用。因此，本发明中使用的填充料的粒度要求如下：小于0.5mm的填充料比例不得大于5％，0.5-3mm的填充料比例优选为2-10％，3-6mm(不包括3)的比例优选为75-95％，不得有大于6mm的填充料；填充料的水分含量不得大于1.5％；填充料的灰分含量不得大于3％。在满足上述条件下进行焙烧时才能得到理化性能最佳的炭阳极材料。
本发明中生阳极的制备和焙烧均可使用本领域熟知的技术进行。作为优选，所述焙烧的温度为1000-1200℃，优选为1200℃左右，焙烧的时间为150-250h，优选为168-216h。混捏时可加入13-14％的液态沥青。
下面结合附图对本发明提供的预焙阳极节能生产的工艺进行详细描述，请参见图1，图1为本发明实施例提供的焙烧阳极的生产工艺流程图。
首先，将挥发分含量10-16％左右的生石油焦进行破碎，制备成粒度小于4mm以下，优选2mm以下颗粒，然后按照石油焦与沥青比例范围加入液态沥青，通过型煤成型机压制成挥发分16-17％、5-50mm大小的颗粒。
然后，加入罐式煅烧炉内进行煅烧，物料依靠自身的重量以及排料的作用逐渐缓慢下降，原料煅烧最高煅烧温度为700-800℃，二层火道温度控制在850-950℃，从加入物料到排出，保持大约30-40h，排料量保持在80-90kg/h，可使石油焦中的大部分挥发分排出进入挥发分通道，而煅烧炉实现700-800℃的热处理仅需要石油焦中7％左右的挥发分，那么石焦油中10％左右的挥发分就可以从煅烧炉挥发分大道中引出并输送到焙烧炉。
一般煅烧每吨原料可产生约100kg左右挥发分，煅烧本身仅需要约30-50％的挥发分，利用剩余的挥发分(约50-70％)就可以替代天然气进行生阳极焙烧。对于年产30万吨的阳极厂，每年需要约32万吨的石油焦，每3kg挥发分燃烧产生的热量可代替1m3天然气燃烧，那么全部替代天然气作为燃料，年节约天然气约500-800万m3。
最后，煅烧炉700-800℃煅烧出的密度较高的石油焦通过成型破碎、筛分成配料需要的粗、中、细等粒级，按照阳极配方配料，加入阳极生坯总质量13-14％的液态沥青混捏，制备生阳极，将生阳极装入焙烧炉内，周围以填充料保护，经过1200℃左右的温度、以168-216h左右的焙烧周期，实现生坯中的煅烧石油焦与沥青在焙烧过程中的结焦同步高温热处理，可提高阳极抗氧化性能1％左右，可降低阳极在电解槽中的使用时的掉渣量1-2kg，提高电解槽生产效率。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的预焙阳极节能生产的工艺进行详细地描述，但不能将它们理解为对本申请保护范围的限定。
实施例1
1、使用破碎机将挥发分含量15％的生石油焦进行破碎，粒度小于2mm以下；
2、破碎后的石油焦颗粒与液态沥青按照质量比9:1的比例进行混合，使用型煤成型机将混合料压制成挥发分16-17％、粒度30-10mm；
3、将成型的石油焦输送到罐式煅烧炉进行煅烧，物料依靠自身的重量缓慢以及排料的作用逐渐下降，原料煅烧最高煅烧温度为800℃，二层火道温度控制在850℃，从加入物料到排出，保持大约30h，排料量保持在80kg/h；
4、将罐式煅烧炉70％的挥发分从挥发分大道中引出并输送到焙烧炉，利用这些挥发分就可以替代天然气进行生阳极焙烧，余下30％用于下批物料的煅烧；
5、800℃煅烧出的密度较高的石油焦通过成型破碎、筛分成粗、中、细等粒级，按照阳极配方配料，加入14％液态沥青混捏，制备生阳极；
6、将生阳极装入焙烧炉内，周围以填充料保护，经过1200℃左右的温度、以168h左右的焙烧周期，实现生坯中的煅烧石油焦与沥青在焙烧过程中的结焦同步高温热处理。
该实施例可提高阳极抗氧化性能1％，可降低阳极在电解槽中的使用时的掉渣量2kg，提高电解槽生产效率。
实施例2
1、使用破碎机将挥发分含量12％的生石油焦进行破碎，粒度小于2mm以下；
2、破碎后的石油焦颗粒与液态沥青按照质量比5:1的比例进行混合，使用型煤成型机将混合料压制成挥发分16-17％、粒度50-5mm；
3、将成型的石油焦输送到罐式煅烧炉进行煅烧，物料依靠自身的重量缓慢以及排料的作用逐渐下降，原料煅烧最高煅烧温度为700℃，二层火道温度控制在950℃，从加入物料到排出，保持大约40h，排料量保持在90kg/h；
4、将罐式煅烧炉50％的挥发分从挥发分大道中引出并输送到焙烧炉，利用这些挥发分就可以替代天然气进行生阳极焙烧，余下50％用于下批物料的煅烧；
5、700℃煅烧出的密度较高的石油焦通过成型破碎、筛分成粗、中、细等粒级，按照阳极配方配料，加入14％液态沥青混捏，制备生阳极；
6、将生阳极装入焙烧炉内，周围以填充料保护，经过1000℃左右的温度、以216h左右的焙烧周期，实现生坯中的煅烧石油焦与沥青在焙烧过程中的结焦同步高温热处理。
该实施例可提高阳极抗氧化性能1％，可降低阳极在电解槽中的使用时的掉渣量1.9kg，提高电解槽生产效率。
实施例3
1、使用破碎机将挥发分含量10％的生石油焦进行破碎，粒度小于4mm以下；
2、破碎后的石油焦颗粒与液态沥青按照质量比15:1的比例进行混合，使用型煤成型机将混合料压制成挥发分16-17％、粒度20-10mm；
3、将成型的石油焦输送到罐式煅烧炉进行煅烧，物料依靠自身的重量缓慢以及排料的作用逐渐下降，原料煅烧最高煅烧温度为750℃，二层火道温度控制在900℃，从加入物料到排出，保持大约35h，排料量保持在85kg/h；
4、将罐式煅烧炉60％的挥发分从挥发分大道中引出并输送到焙烧炉，利用这些挥发分就可以替代天然气进行生阳极焙烧，余下40％用于下批物料的煅烧；
5、750℃煅烧出的密度较高的石油焦通过成型破碎、筛分成粗、中、细等粒级，按照阳极配方配料，加入13.5％液态沥青混捏，制备生阳极；
6、将生阳极装入焙烧炉内，周围以填充料保护，经过1500℃左右的温度、以200h左右的焙烧周期，实现生坯中的煅烧石油焦与沥青在焙烧过程中的结焦同步高温热处理。
该实施例可提高阳极抗氧化性能1％，可降低阳极在电解槽中的使用时的掉渣量1.8kg，提高电解槽生产效率。
实施例4
1、使用破碎机将挥发分含量16％的生石油焦进行破碎，粒度小于3mm以下；
2、破碎后的石油焦颗粒与液态沥青按照质量比12:1的比例进行混合，使用型煤成型机将混合料压制成挥发分16-17％、粒度40-20mm；
3、将成型的石油焦输送到罐式煅烧炉进行煅烧，物料依靠自身的重量缓慢以及排料的作用逐渐下降，原料煅烧最高煅烧温度为730℃，二层火道温度控制在920℃，从加入物料到排出，保持大约33h，排料量保持在84kg/h；
4、将罐式煅烧炉55％的挥发分从挥发分大道中引出并输送到焙烧炉，利用这些挥发分就可以替代天然气进行生阳极焙烧，余下45％用于下批物料的煅烧；
5、730℃煅烧出的密度较高的石油焦通过成型破碎、筛分成粗、中、细等粒级，按照阳极配方配料，加入14％液态沥青混捏，制备生阳极；
6、将生阳极装入焙烧炉内，周围以填充料保护，经过1200℃左右的温度、以185h左右的焙烧周期，实现生坯中的煅烧石油焦与沥青在焙烧过程中的结焦同步高温热处理。
该实施例可提高阳极抗氧化性能1％，可降低阳极在电解槽中的使用时的掉渣量2.2kg，提高电解槽生产效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种预焙阳极节能生产的工艺，包括如下步骤：
(1)将石油焦和液态沥青制成颗粒后煅烧；
(2)将步骤(1)煅烧后原料破碎、筛分、配料、混捏成型制备生阳极并在焙烧炉进行焙烧；
其中，步骤(1)中煅烧的温度为700-800℃；
步骤(1)中煅烧过程中产生的挥发分的30-50％用于步骤(1)中煅烧，50-70％引入焙烧炉焙烧阳极。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中石油焦中挥发分质量百分含量为10-16％。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中石油焦破碎成4mm以下粒度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中石油焦和液态沥青的质量比为8-13:1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述颗粒的大小为5-50mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中煅烧时二层火道温度为800-1000℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中煅烧时从加入物料到排出的时间为30-40h，排料量为80-90kg/h。
8.根据权利要求1-7任一项所述的工艺，其特征在于，步骤(2)的具体过程如下：将步骤(1)煅烧后产物破碎、筛分成配料需要的粗、中、细粒级，按照阳极配方配料，加入液态沥青混捏，制备生阳极，将生阳极装入焙烧炉内，周围以填充料保护，焙烧。
9.根据权利要求1-8任一项所述的工艺，其特征在于，所述焙烧的温度为1000-1200℃，焙烧的时间为150-250h。
10.根据权利要求1-9任一项所述的工艺，其特征在于，液态沥青的用量为阳极生坯总质量的13-14％。
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