煤焦油化工廠的廢氣治理
1前言
煤焦油是煉焦過程中煤炭化的副產(chǎn)品，所以煤焦油產(chǎn)量也隨著焦炭產(chǎn)量的增加而增加。受國內(nèi)外市場的影響，近幾年我國焦炭市場迅速上漲。我國是世界焦炭生產(chǎn)大國，從1993年起，焦炭產(chǎn)量連續(xù)居世界第一位，2003年我國新增焦炭2100萬t，焦炭生產(chǎn)量達(dá)17776萬t，約占世界焦炭總產(chǎn)量45％，出口焦炭1472萬t，占世界焦炭總貿(mào)易量的60％，目前中國已成為民辦冶金焦炭重要的供應(yīng)基地。由于近幾年焦化行業(yè)的無序發(fā)展，給環(huán)保和能源帶來了巨大的壓力，國家將對焦化企業(yè)實行市場準(zhǔn)入制度，不允許環(huán)保不達(dá)標(biāo)的企業(yè)進入市場。要全面實行以環(huán)境容量為基礎(chǔ)的總量控制，進行排污許可證評定，推行環(huán)境影響評價污染排放交易，利用高新技術(shù)延長焦化產(chǎn)業(yè)鏈，大力推廣煤焦油加工。由于國家產(chǎn)業(yè)政策的扶持和煤焦油產(chǎn)量的增加，煤焦油化工近幾年發(fā)展很快，煤焦油化工對環(huán)境的影響也越來越受到人們的關(guān)注。
2我國煤焦油化工的現(xiàn)狀
2.1煤焦油化工技術(shù)及發(fā)展趨勢
國內(nèi)煤焦油化工廠大部分只是進行煤焦油的初步加工，主要裝置有煤焦油蒸餾、工業(yè)萘蒸餾和餾分油脫酚、脫吡啶等。到20世紀(jì)末，除寶鋼引進日本焦油加工技術(shù)外，國內(nèi)焦油加工一直是采用20世紀(jì)50年代從前蘇聯(lián)引進的技術(shù)，以及20世紀(jì)60年代、70年代我國自行開發(fā)的技術(shù)，最大設(shè)計能力為10萬t/a。與發(fā)達(dá)國家相比，我國焦油加工存在著裝置規(guī)模小、布局分散、熱能利用不合理、加工深度不夠、產(chǎn)品種類少、環(huán)境保護差等問題。
進入21世紀(jì)，焦化工業(yè)的迅速發(fā)展帶動了煤焦油工業(yè)，國內(nèi)技術(shù)開發(fā)和國外技術(shù)引進，使我國煤焦油化工向裝置大型化方面發(fā)展？疾乖谔粕浇艘惶15萬t/a規(guī)模的裝置，山西宏特煤化工有限公司采用國內(nèi)技術(shù)建設(shè)了一套15萬t/a規(guī)模的裝置，并于2002年底成功投產(chǎn)。經(jīng)過2年的運行，各級經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過技術(shù)要求，使我國焦油加工單套裝置處理能力突破了10萬t/a（50年來我國焦油加工單套裝置設(shè)計規(guī)模一直未超過10萬t/a）。山西焦化廠引進法國BEFS公司30萬t/a焦油加工技術(shù)，目前已經(jīng)開始建設(shè)，將于2006年投產(chǎn)。另外，其他地區(qū)也在利用國內(nèi)外先進技術(shù)籌建10～30萬t/a規(guī)模的焦油加工裝置。在1～2d內(nèi)，我國煤焦油加工將逐步實現(xiàn)大規(guī)模集中加工，技術(shù)裝備、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品種類各方面達(dá)到國際先進水平，有利于煤焦油化工廠環(huán)境的綜合治理。
2.2煤焦油化工廠廢氣發(fā)生源
煤焦油是以多環(huán)及雜環(huán)化合物為主體的有機混合物，煤焦油加工精制是近代煤化工的一個重要分枝。煤焦油及其絕大部分產(chǎn)品具有凝固點（結(jié)晶點）高的特性，而且比重大于1，在煤焦油化工生產(chǎn)過程中，為了使物料有良好的流動性，須將物料溫度控制在其凝固點（結(jié)晶點）之上。由于物料的比重大于1，物料在儲存時，生產(chǎn)過程攜帶進入系統(tǒng)的水浮在油品上部。煤焦油及其產(chǎn)品的這種性質(zhì)，要求煤焦油化工廠油品的輸送和儲存在較高的溫度下進行，也就決定了煤焦油化工廠廢氣對環(huán)境的影響，煤焦油化工廠廢氣治理是非常重要的。
廢氣發(fā)生點主要有油槽的放散管、冷凝冷卻設(shè)備放散管、瀝青成型機、工業(yè)萘成型機以及提取粗酚時酚鈉鹽分解產(chǎn)生的廢氣等。
主要污染物有H2S、BaP、萘塵、氨和瀝清煙等。
3煤焦油化工廠廢氣治理方法
空氣中有毒有害氣體的凈化處理是工業(yè)衛(wèi)生、環(huán)境保護所必須的。大力消除在生產(chǎn)過程中避免有毒有害物質(zhì)的危害，既能保護職工的安全和健康，又是搞好環(huán)境保護的一項基本措施。在煤焦油化工廠，從工作場所排出的有害氣體，如果不進行凈化處理，特別是排出量大而超過一般外界空氣（或高空）的自凈能力時，勢必對周圍環(huán)境造成影響，也會污染工作場所的空氣。既危害周圍居民，也危害職工本身的健康。
工業(yè)有毒有害氣體凈化處理的方法有，燃燒凈化法、冷凝凈化法、液體吸收法或吸附法等。最有效的是改進工藝，在生產(chǎn)賽程中避免有毒有害的氣體的發(fā)生。在實際工作中，要結(jié)合全廠生產(chǎn)工藝，對不同來源、不同性質(zhì)的有害氣體采取不同的治理方法。
3.1比重大于1的油品污染氣體治理
煤焦油化工廠的原料煤焦油及蒽油、洗油等產(chǎn)品，比重大于1，且有較高的凝固點，生產(chǎn)時須控制溫度在60～80℃范圍內(nèi)，運輸和生產(chǎn)過程當(dāng)中進入系統(tǒng)的水浮在油品上部，這種條件下，上部的廢水將受熱汽化產(chǎn)生污染性氣體。這種污染性氣體可采用排氣洗凈法進行凈化處理。即來自焦油、蒽油貯槽等設(shè)備的放散氣，被風(fēng)機送入排氣洗凈塔下部，與塔上部噴灑的水逆流接觸，放散氣體中大部分NH3、H2S、HCN和CO2,/sub>被水吸收，其中水蒸氣也被冷凝下來。洗凈后的氣體從塔頂部排入大氣。污水定期送至污水處理裝置，同時向洗凈塔內(nèi)補充新水。圖1為該流程示示意圖。
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1-洗凈塔；2-風(fēng)機；3-水泵 |
3.2輕質(zhì)油品污染氣體的控制
輕油等產(chǎn)品比重小于1，含有水時，浮在水的上部，通常稱為輕質(zhì)油品。煤焦油蒸餾分離得到的輕油產(chǎn)品，主要成分為苯類。各廠可根據(jù)實際情況選擇不同的凈化方法。
3.2.1用吸收法處理輕質(zhì)油品散發(fā)的污染氣體
輕油等貯槽的放散氣體通常選用焦油洗油作為吸收劑，在吸收塔內(nèi)污染氣體與吸收劑逆向接觸，使廢氣得以凈化，吸收劑定期更換。
3.2.2用吸附法處理輕油排放的污染性氣體
活性炭對苯類有較強的吸附作用，將輕油等貯槽的放散氣引入裝有活性炭的吸附器，廢氣經(jīng)過吸附器時，苯類等有害物質(zhì)被活性炭吸附，使污染氣體得以凈化。吸附器有2個，一個進行吸附操作，一個進行再生操作，交替輪換使用。
3.3瀝青煙萘粉塵的凈化處理
煤焦油化工生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的有害氣體對環(huán)境影響較大的是瀝青煙和工業(yè)萘粉塵。煤瀝青是煤焦油蒸餾殘液，有較高的凝固點（商品瀝青凝固點一般為80～120℃）。煤瀝青在生產(chǎn)裝置中須在高溫（200～380℃）下進行輸送和儲存，在這樣高的溫度下，瀝青散發(fā)出來的氣體為黃色有害氣體，通常稱之為瀝青煙。萘在遠(yuǎn)低于沸點溫度下，就具有很大的蒸氣壓，因而在加熱時，固體萘能不經(jīng)過液態(tài)直接變?yōu)檩琳魵，而萘蒸氣在冷卻時又不可經(jīng)過液態(tài)而直接轉(zhuǎn)變?yōu)殂y白色固體。因此，固體和液體萘均能以這種形式轉(zhuǎn)變?yōu)檩练蹓m。瀝青煙和萘粉塵主要散發(fā)點有：瀝青和萘的貯槽，瀝青和萘的成型設(shè)備等。
瀝青煙和萘粉塵的凈化采用液體吸收法，以焦油洗油為吸收劑，根據(jù)凈化氣體的特點（氣體量、濃度等）不同，通常采用以下2種吸收方式（見圖2、圖3）。
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1-吸收塔；2-吸收劑循環(huán)泵；3-風(fēng)機 |
3.4酚鈉鹽分解廢氣治理
從煤焦油蒸餾提取的含酚餾分制取粗酚時，酚鈉鹽的分解國內(nèi)很多企業(yè)采用間歇硫酸分解法生產(chǎn)。這種方法具有工藝簡單、操作方便等優(yōu)點，特別適合小規(guī)模裝置生產(chǎn)，符合我國焦油加工規(guī)模小，布局分散的現(xiàn)狀。但這種工藝在鈉鹽分解操作時產(chǎn)生大量酸性氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境，腐蝕周圍金屬設(shè)備、管道。為了治理間歇硫酸法鈉鹽分解工藝產(chǎn)生的酸性氣體，可采用吸收法處理酸性氣體（見圖4），吸收劑可根據(jù)實際情況進行選擇，最常見的稀堿液（NaOH）。酚鈉鹽蒸吹凈化時產(chǎn)生的廢水呈堿性，可以作為處理分解酸性氣體的吸收劑，以廢治廢。還可以考慮直接用凈化后的酚鈉鹽作吸收劑，在除去酸霧的同時，酚鹽得以分解。
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1-分解器；2-吸收塔；3-吸收劑槽；4-循環(huán)泵 |
4改進生產(chǎn)工藝，避免有毒有害氣體的產(chǎn)生，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)
解決環(huán)保問題最有效的方法是實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，采用新工藝、新技術(shù)、充分利用資源，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟，確保在整個生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)。國內(nèi)外在煤焦油化工廢氣治理方面進行了大量的技術(shù)投入，對有害物質(zhì)從原來的終治理到目前過程控制，取消生產(chǎn)過程中有害物質(zhì)的產(chǎn)生，已有多年運行經(jīng)驗。
4.1用氮氣封閉液體化工物料儲存設(shè)備
液體化工物料儲存環(huán)節(jié)產(chǎn)生廢氣污染，相當(dāng)一部分來自儲存設(shè)備的放散管。用氮氣封閉液體化工物料儲存設(shè)備，使之覆蓋在液體化工物料的表面，既能防止化工物料的揮發(fā)損失又可防止環(huán)境污染。例如，用氮氣封閉苯類等輕質(zhì)油品貯槽。瑞士蘇爾壽公司的精萘生產(chǎn)技術(shù)，對所有設(shè)備采用氮氣封閉，在鞍鋼和山東濟寧民生煤化工公司已運行多年。
4.2瀝青和萘實行液態(tài)運輸
瀝青和萘冷卻成型是煤焦油化工廠大氣污染的主要部位。工業(yè)較發(fā)達(dá)國家普遍采用液態(tài)運輸?shù)姆绞，即取消了成型的生產(chǎn)工序，又能節(jié)約生產(chǎn)廠成型過程和使用廠融化過程的能耗。我國部分廠家在一定區(qū)域范圍內(nèi)也在逐步實行瀝青和萘的液體運輸，山西宏特煤化工有限公司液體瀝青運輸距離可達(dá)500km。
4.3酚鈉鹽分解的先進工藝
較大規(guī)模的煤焦油化工廠，采用連續(xù)硫酸法酚鈉鹽分解工藝和二氧化碳分解工藝，徹底杜絕了酸性氣體的產(chǎn)生。
4.3.1連續(xù)硫酸法酚鈉鹽分解工藝
酚鈉鹽和硫酸按一定比例連續(xù)進入分解反應(yīng)器，反應(yīng)后的混合物料進入冷卻器，在冷卻器里用水間接取走分解產(chǎn)生的熱量，在整個酚鈉鹽的分解、產(chǎn)品分離回收過程中不產(chǎn)生廢氣，也減少了酸和酚產(chǎn)品的損失。
4.3.2二氧化碳分解
酚鈉鹽是一種強堿弱酸鹽，任何一種酸性較酚強的酸都可以分解酚鈉鹽。國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家采用二氧化碳分解酚鈉鹽制取酚類產(chǎn)品，國內(nèi)有二氧化碳來源、規(guī)模較大的煤焦油化工廠也采用二氧化碳分解酚鈉鹽，并在逐步推廣。二氧化碳分解酚鈉鹽是在填料塔內(nèi)完成的，酚鈉鹽和二氧化在填料塔內(nèi)逆向流動，直接接觸完成分解過程，生產(chǎn)的酚類產(chǎn)品與碳酸氫鈉溶液按比重自然分層。
將碳酸氫鈉溶液加熱至95℃，使之全部轉(zhuǎn)化為碳酸鈉，再將碳酸鈉用石灰乳苛化得到氫氧化鈉。
苛化得到的氫氧化鈉重新用于含酚餾分脫酚，從而形成了氫氧化鈉的循環(huán)使用，氫氧化鈉回收率約為75％。二氧化碳來源有以下幾個方面；石灰窯煙氣含二氧化碳可達(dá)30％，非常適用于酚鈉鹽分解。高爐煤氣燃燒后的煙氣以及燃煤煙氣等均可用來分解酚鈉鹽。
5結(jié)論
煤焦油化工廠生產(chǎn)的廢氣種類多，組成較復(fù)雜，主要有不燃廢氣、有毒氣體、易燃易爆廢氣和有毒粉塵等，應(yīng)根據(jù)不同性質(zhì)的廢氣采取不同的治理方法。
煤焦油化工廠廢氣治理的根本出路在于實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，采取新技術(shù)、新工藝、在中間過程進行控制，不產(chǎn)生污染性廢氣。
我國小型制氧（制氮）機技術(shù)已經(jīng)非常成熟，工藝條件允許時，液體儲存設(shè)備宜采用氮氣封閉。酚鈉鹽二氧化碳分解有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，值得推廣。
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