煤焦油化工厂的废气治理 当前位置:首页废气治理
 

1 前言

煤焦油是炼焦过程中煤炭化的副产品,所以煤焦油产量也随着焦炭产量的增加而增加。受国内外市场的影响,近几年我国焦炭市场迅速上涨。我国是世界焦炭生产大国,从1993年起,焦炭产量连续居世界第一位,2003年我国新增焦炭2100万t,焦炭生产量达17776万t,约占世界焦炭总产量45%,出口焦炭1472万t,占世界焦炭总贸易量的60%,目前中国已成为民办冶金焦炭重要的供应基地。由于近几年焦化行业的无序发展,给环保和能源带来了巨大的压力,国家将对焦化企业实行市场准入制度,不允许环保不达标的企业进入市场。要全面实行以环境容量为基础的总量控制,进行排污许可证评定,推行环境影响评价污染排放交易,利用高新技术延长焦化产业链,大力推广煤焦油加工。由于国家产业政策的扶持和煤焦油产量的增加,煤焦油化工近几年发展很快,煤焦油化工对环境的影响也越来越受到人们的关注。

2 我国煤焦油化工的现状

2.1 煤焦油化工技术及发展趋势

国内煤焦油化工厂大部分只是进行煤焦油的初步加工,主要装置有煤焦油蒸馏、工业萘蒸馏和馏分油脱酚、脱吡啶等。到20世纪末,除宝钢引进日本焦油加工技术外,国内焦油加工一直是采用20世纪50年代从前苏联引进的技术,以及20世纪60年代、70年代我国自行开发的技术,最大设计能力为10万t/a。与发达国家相比,我国焦油加工存在着装置规模小、布局分散、热能利用不合理、加工深度不够、产品种类少、环境保护差等问题。

进入21世纪,焦化工业的迅速发展带动了煤焦油工业,国内技术开发和国外技术引进,使我国煤焦油化工向装置大型化方面发展。考伯斯在唐山建了一套15万t/a规模的装置,山西宏特煤化工有限公司采用国内技术建设了一套15万t/a规模的装置,并于2002年底成功投产。经过2年的运行,各级经济技术指标均达到或超过技术要求,使我国焦油加工单套装置处理能力突破了10万t/a(50年来我国焦油加工单套装置设计规模一直未超过10万t/a)。山西焦化厂引进法国BEFS公司30万t/a焦油加工技术,目前已经开始建设,将于2006年投产。另外,其他地区也在利用国内外先进技术筹建10~30万t/a规模的焦油加工装置。在1~2d内,我国煤焦油加工将逐步实现大规模集中加工,技术装备、产品质量、产品种类各方面达到国际先进水平,有利于煤焦油化工厂环境的综合治理。

2.2 煤焦油化工厂废气发生源

煤焦油是以多环及杂环化合物为主体的有机混合物,煤焦油加工精制是近代煤化工的一个重要分枝。煤焦油及其绝大部分产品具有凝固点(结晶点)高的特性,而且比重大于1,在煤焦油化工生产过程中,为了使物料有良好的流动性,须将物料温度控制在其凝固点(结晶点)之上。由于物料的比重大于1,物料在储存时,生产过程携带进入系统的水浮在油品上部。煤焦油及其产品的这种性质,要求煤焦油化工厂油品的输送和储存在较高的温度下进行,也就决定了煤焦油化工厂废气对环境的影响,煤焦油化工厂废气治理是非常重要的。

废气发生点主要有油槽的放散管、冷凝冷却设备放散管、沥青成型机、工业萘成型机以及提取粗酚时酚钠盐分解产生的废气等。

主要污染物有H2S、BaP、萘尘、氨和沥清烟等。

3 煤焦油化工厂废气治理方法

空气中有毒有害气体的净化处理是工业卫生、环境保护所必须的。大力消除在生产过程中避免有毒有害物质的危害,既能保护职工的安全和健康,又是搞好环境保护的一项基本措施。在煤焦油化工厂,从工作场所排出的有害气体,如果不进行净化处理,特别是排出量大而超过一般外界空气(或高空)的自净能力时,势必对周围环境造成影响,也会污染工作场所的空气。既危害周围居民,也危害职工本身的健康。

工业有毒有害气体净化处理的方法有,燃烧净化法、冷凝净化法、液体吸收法或吸附法等。最有效的是改进工艺,在生产赛程中避免有毒有害的气体的发生。在实际工作中,要结合全厂生产工艺,对不同来源、不同性质的有害气体采取不同的治理方法。

3.1 重大于1的油品污染气体治理

煤焦油化工厂的原料煤焦油及蒽油、洗油等产品,比重大于1,且有较高的凝固点,生产时须控制温度在60~80℃范围内,运输和生产过程当中进入系统的水浮在油品上部,这种条件下,上部的废水将受热汽化产生污染性气体。这种污染性气体可采用排气洗净法进行净化处理。即来自焦油、蒽油贮槽等设备的放散气,被风机送入排气洗净塔下部,与塔上部喷洒的水逆流接触,放散气体中大部分NH3、H2S、HCN和CO2,/sub>被水吸收,其中水蒸气也被冷凝下来。洗净后的气体从塔顶部排入大气。污水定期送至污水处理装置,同时向洗净塔内补充新水。图1为该流程示示意图。

1-洗净塔;2-风机;3-水泵
图1 排气洗净法废气净化流程图

3.2 轻质油品污染气体的控制

轻油等产品比重小于1,含有水时,浮在水的上部,通常称为轻质油品。煤焦油蒸馏分离得到的轻油产品,主要成分为苯类。各厂可根据实际情况选择不同的净化方法。

3.2.1用吸收法处理轻质油品散发的污染气体

轻油等贮槽的放散气体通常选用焦油洗油作为吸收剂,在吸收塔内污染气体与吸收剂逆向接触,使废气得以净化,吸收剂定期更换。

3.2.2用吸附法处理轻油排放的污染性气体

活性炭对苯类有较强的吸附作用,将轻油等贮槽的放散气引入装有活性炭的吸附器,废气经过吸附器时,苯类等有害物质被活性炭吸附,使污染气体得以净化。吸附器有2个,一个进行吸附操作,一个进行再生操作,交替轮换使用。

3.3 沥青烟萘粉尘的净化处理

煤焦油化工生产装置产生的有害气体对环境影响较大的是沥青烟和工业萘粉尘。煤沥青是煤焦油蒸馏残液,有较高的凝固点(商品沥青凝固点一般为80~120℃)。煤沥青在生产装置中须在高温(200~380℃)下进行输送和储存,在这样高的温度下,沥青散发出来的气体为黄色有害气体,通常称之为沥青烟。萘在远低于沸点温度下,就具有很大的蒸气压,因而在加热时,固体萘能不经过液态直接变为萘蒸气,而萘蒸气在冷却时又不可经过液态而直接转变为银白色固体。因此,固体和液体萘均能以这种形式转变为萘粉尘。沥青烟和萘粉尘主要散发点有:沥青和萘的贮槽,沥青和萘的成型设备等。

沥青烟和萘粉尘的净化采用液体吸收法,以焦油洗油为吸收剂,根据净化气体的特点(气体量、浓度等)不同,通常采用以下2种吸收方式(见图2、图3)。

1-吸收塔;2-吸收剂循环泵;3-风机
图3废气吸收净化流程图

3.4 酚钠盐分解废气治理

从煤焦油蒸馏提取的含酚馏分制取粗酚时,酚钠盐的分解国内很多企业采用间歇硫酸分解法生产。这种方法具有工艺简单、操作方便等优点,特别适合小规模装置生产,符合我国焦油加工规模小,布局分散的现状。但这种工艺在钠盐分解操作时产生大量酸性气体,严重污染环境,腐蚀周围金属设备、管道。为了治理间歇硫酸法钠盐分解工艺产生的酸性气体,可采用吸收法处理酸性气体(见图4),吸收剂可根据实际情况进行选择,最常见的稀碱液(NaOH)。酚钠盐蒸吹净化时产生的废水呈碱性,可以作为处理分解酸性气体的吸收剂,以废治废。还可以考虑直接用净化后的酚钠盐作吸收剂,在除去酸雾的同时,酚盐得以分解。

1-分解器;2-吸收塔;3-吸收剂槽;4-循环泵
图4酸性气体吸收净化流程图

4 改进生产工艺,避免有毒有害气体的产生,实现清洁生产

解决环保问题最有效的方法是实现清洁生产,采用新工艺、新技术、充分利用资源,实现循环经济,确保在整个生产过程中不产生有害物质。国内外在煤焦油化工废气治理方面进行了大量的技术投入,对有害物质从原来的终治理到目前过程控制,取消生产过程中有害物质的产生,已有多年运行经验。

4.1 用氮气封闭液体化工物料储存设备

液体化工物料储存环节产生废气污染,相当一部分来自储存设备的放散管。用氮气封闭液体化工物料储存设备,使之覆盖在液体化工物料的表面,既能防止化工物料的挥发损失又可防止环境污染。例如,用氮气封闭苯类等轻质油品贮槽。瑞士苏尔寿公司的精萘生产技术,对所有设备采用氮气封闭,在鞍钢和山东济宁民生煤化工公司已运行多年。

4.2 沥青和萘实行液态运输

沥青和萘冷却成型是煤焦油化工厂大气污染的主要部位。工业较发达国家普遍采用液态运输的方式,即取消了成型的生产工序,又能节约生产厂成型过程和使用厂融化过程的能耗。我国部分厂家在一定区域范围内也在逐步实行沥青和萘的液体运输,山西宏特煤化工有限公司液体沥青运输距离可达500km。

4.3 酚钠盐分解的先进工艺

较大规模的煤焦油化工厂,采用连续硫酸法酚钠盐分解工艺和二氧化碳分解工艺,彻底杜绝了酸性气体的产生。

4.3.1连续硫酸法酚钠盐分解工艺

酚钠盐和硫酸按一定比例连续进入分解反应器,反应后的混合物料进入冷却器,在冷却器里用水间接取走分解产生的热量,在整个酚钠盐的分解、产品分离回收过程中不产生废气,也减少了酸和酚产品的损失。

4.3.2二氧化碳分解

酚钠盐是一种强碱弱酸盐,任何一种酸性较酚强的酸都可以分解酚钠盐。国外工业发达国家采用二氧化碳分解酚钠盐制取酚类产品,国内有二氧化碳来源、规模较大的煤焦油化工厂也采用二氧化碳分解酚钠盐,并在逐步推广。二氧化碳分解酚钠盐是在填料塔内完成的,酚钠盐和二氧化在填料塔内逆向流动,直接接触完成分解过程,生产的酚类产品与碳酸氢钠溶液按比重自然分层。

将碳酸氢钠溶液加热至95℃,使之全部转化为碳酸钠,再将碳酸钠用石灰乳苛化得到氢氧化钠。

苛化得到的氢氧化钠重新用于含酚馏分脱酚,从而形成了氢氧化钠的循环使用,氢氧化钠回收率约为75%。二氧化碳来源有以下几个方面;石灰窑烟气含二氧化碳可达30%,非常适用于酚钠盐分解。高炉煤气燃烧后的烟气以及燃煤烟气等均可用来分解酚钠盐。

5 结论

煤焦油化工厂生产的废气种类多,组成较复杂,主要有不燃废气、有毒气体、易燃易爆废气和有毒粉尘等,应根据不同性质的废气采取不同的治理方法。

煤焦油化工厂废气治理的根本出路在于实现清洁生产,采取新技术、新工艺、在中间过程进行控制,不产生污染性废气。

我国小型制氧(制氮)机技术已经非常成熟,工艺条件允许时,液体储存设备宜采用氮气封闭。酚钠盐二氧化碳分解有很好的环境效益和经济效益,值得推广。