陳狄新 張峰 劉青松

(1.山東峰迪環(huán)保技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2.濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

煤焦化是以焦?fàn)t為核心設(shè)備，通過煤氣加熱產(chǎn)生高溫，在隔絕空氣情況下將煤通過高溫干餾方式得到主產(chǎn)品焦炭，同時(shí)產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣、高溫煤焦油、苯等煤化工產(chǎn)品的一種煤轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)。其化產(chǎn)區(qū)域是將焦?fàn)t在生產(chǎn)焦炭過程中產(chǎn)生的荒煤氣進(jìn)行降溫凈化以得到凈化煤氣，常規(guī)生產(chǎn)裝置分冷鼓工段、脫硫工段、洗脫苯工段、硫銨工段和油庫區(qū)域等。隨著國家對環(huán)保管理要求的越來越嚴(yán)格，各企業(yè)都陸續(xù)開展了生產(chǎn)尾氣的深度達(dá)標(biāo)治理。

化產(chǎn)區(qū)域的尾氣組分不僅有有機(jī)氣體，如苯、酚、非甲烷總烴等，也有大量的無機(jī)氣體，如氨氣、硫化氫等。同時(shí)，因生產(chǎn)工況原因，尾氣中還夾帶著煤氣、水汽、萘和粗蒽等易結(jié)晶物質(zhì)，十分復(fù)雜，因此，治理的難度也極大。

1 尾氣治理技術(shù)簡介

目前，國內(nèi)尾氣治理工藝技術(shù)路線有：洗滌吸收法、吸附法、冷凝回收法、高溫燃燒法、UV 光解氧化法、等離子分解法、生物處理法等[1]。選擇時(shí)應(yīng)充分考慮使用安全風(fēng)險(xiǎn)、工況適應(yīng)性、投資、運(yùn)行費(fèi)用和二次污染等。

1.1 洗滌吸收法

洗滌吸收是利用不同氣體在特定液體中不同的溶解度來分離和去除氣體組分的一種方式。在化工生產(chǎn)中，通過洗滌實(shí)現(xiàn)兩相傳質(zhì)等傳遞過程是一種傳統(tǒng)、常見、很重要的工藝。洗滌吸收法也常根據(jù)這一原理用于有害廢氣的處理上，如工業(yè)生產(chǎn)廢氣中的H2S 和NH3等組分的都可采用這一方法進(jìn)行處理。洗滌吸收常見的有物理吸收和化學(xué)吸收兩類。

物理吸收：主要利用相似相溶的原理，使用特定的液體來吸收組分類似的氣體。通過這種方式所溶解吸收的氣體與液體并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅是氣體溶解于液體中。如用水洗滌吸收氨氣、用洗油洗滌生產(chǎn)尾氣中的烴類蒸氣等。

化學(xué)吸收：通過化學(xué)反應(yīng)，用液體吸收尾氣中的特定組分氣體。因?yàn)楹芏辔矚庵懈魑廴疚锏臐舛炔桓?，所以它們的吸收常采用化學(xué)吸收。例如常用化學(xué)吸收有堿液洗滌吸收H2S、SO2，用水洗滌吸收NOx 等。

1.2 吸附法

吸附法是采用多孔性固體吸附劑通過表面現(xiàn)象處理氣態(tài)(或液態(tài))混合物的方式，使某一或某些組分在吸附劑表面通過未平衡的分子引力或化學(xué)鍵力被吸附在其表面，實(shí)現(xiàn)分離的目的。目前吸附法已成為一種常用的凈化有毒有害氣體、治理大氣污染的重要方法。吸附和吸收存在本質(zhì)差別，吸附是在固態(tài)吸附劑表面上通過分子“濃縮”形成吸附層，從分子角度上看是一個(gè)不均勻過程，而吸收的液相中分子基本上是均勻分散的。常用于氣態(tài)的吸附劑主要有分子篩、活性炭、焦炭等，應(yīng)用最廣泛的為活性炭。

吸附法常用于低濃度大風(fēng)量的處理中。

1.3 冷凝回收法

冷凝回收法是根據(jù)不同物質(zhì)在不同溫度下其飽和蒸汽壓不同的物理性質(zhì)，采用降低溫度或提高壓力的方式，使污染物被冷凝然后將其分離、回收的工藝。冷凝設(shè)備分為直接接觸式冷凝器和表面式冷凝器。

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡單，受外界影響小，回收效果穩(wěn)定，安全性好；可以直接回收有機(jī)污染物，無二次污染。

適用對象：高溫、高濕、高濃度場合，尤其適用于處理高濃度、中流量的尾氣。

1.4 高溫焚燒法

高溫焚燒法是將尾氣收集送入焚燒設(shè)備、利用高溫(840～1000℃)燃燒易燃組分的處理方法。常規(guī)為入已有明火設(shè)備如管式爐、鍋爐等、入專業(yè)焚燒爐如TO、RTO、RCO 等兩種方式。

優(yōu)點(diǎn)：處理效率高，指標(biāo)穩(wěn)定，可真正實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

缺點(diǎn)：投資高；需重點(diǎn)考慮安全因素；因尾氣組分復(fù)雜，有可能造成燃燒后的煙氣不達(dá)標(biāo)。

1.5 UV光解氧化法

利用高能高臭氧UV 紫外線光束照射有機(jī)氣體及空氣中的氧分子，裂解有機(jī)氣體。在高能紫外線光束照射下，降解轉(zhuǎn)變成低分子化合物，如CO2、H2O 等。

UV 光解氧化設(shè)備內(nèi)部組成主要為紫外燈管、光催化活性纖維過濾層。該燈管產(chǎn)生紫外線量決定了處理效果。優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行成本低、安裝檢修方便。該法適用于尾氣組分單一、高濃場合。

1.6 等離子分解法

該法常用低溫等離子，這是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)外的物質(zhì)第四態(tài)，通過高強(qiáng)的氣體著火電壓，使氣體分子被擊穿變?yōu)榘娮印㈦x子、原子和自由基等多種混合體。等離子分解法降解污染物是利用高能電子、自由基等使污染物的分子快速分解，并通過后續(xù)的其他反應(yīng)實(shí)現(xiàn)污染物被降解的目的。

等離子分解器主要由高壓電源和齒板放電裝置組成，以產(chǎn)生高強(qiáng)度、高濃度、高電能的活性粒子。

優(yōu)點(diǎn)：雖然一次性投資偏高，但運(yùn)行費(fèi)用相對低，操作簡單。

低溫等離子技術(shù)使用簡易、高效率同時(shí)，對環(huán)境的安全系數(shù)要求很高，易發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)。常用于除惡臭氣體。

1.7 生物處理法

采用生物處理法，是在生物濾池中的生物填料上通過培養(yǎng)微生物膜對臭氣分子進(jìn)行治理的生物技術(shù)。

當(dāng)氣、液、固三項(xiàng)混合的含有有毒、有害等惡臭廢氣進(jìn)入生物池后，與在生物填料上培養(yǎng)生長的高效微生物菌形成的生物膜充分接觸然后被菌種降解。

優(yōu)點(diǎn)：環(huán)保衛(wèi)生，可同時(shí)處理多種廢氣，運(yùn)行成本低。

缺點(diǎn)：易受沖擊而影響效果，恢復(fù)慢；生產(chǎn)調(diào)節(jié)精細(xì)；占地大。

綜上主要治理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

2 尾氣入焦?fàn)t焚燒技術(shù)

化工企業(yè)尾氣主要來源于揮發(fā)性物料儲罐的“大呼吸”和“小呼吸”過程中揮發(fā)出的氣體。大呼吸是指液體在儲罐之間因轉(zhuǎn)移而出現(xiàn)的氣體被排出，排出的氣體多為飽和蒸汽 ,多出現(xiàn)在生產(chǎn)原料和成品入罐時(shí)；“小呼吸”是指受罐外溫度或壓力變化導(dǎo)致氣體被排出，排出的氣體則是相對飽和蒸汽。儲罐自由排放的廢氣屬于無組織放散氣，數(shù)量與所儲存物料的理化特性、儲罐的結(jié)構(gòu)、當(dāng)?shù)貧夂蛞约安僮黝l次等有關(guān)。通常，“大呼吸”造成的排放量要大于“小呼吸”[2]。

尾氣治理應(yīng)從源頭和根本抓起，先控制尾氣發(fā)生量和總量，如按標(biāo)準(zhǔn)控制生產(chǎn)，盡可能降低生產(chǎn)溫度；尾氣放散口盡可能密閉、杜絕敞口和無序排放。

尾氣治理不應(yīng)是單純的對收集的廢氣進(jìn)行處理，應(yīng)從環(huán)保大局上綜合考慮，不能做簡單的轉(zhuǎn)移或產(chǎn)生新的需進(jìn)一步處置的危廢。綜合比較目前各類治理技術(shù)，焚燒法是當(dāng)前比較徹底的一種技術(shù)，主要是利用燃燒氧化和高溫下的分解作用。因此，焚燒適用于凈化可燃的物質(zhì)。但焚燒法使用時(shí)應(yīng)充分考慮安全性和焚燒后的煙氣排放問題。本方案是在充分結(jié)合焦化企業(yè)自身?xiàng)l件的基礎(chǔ)上開展的，治理總思路：能實(shí)現(xiàn)絕對密閉的，經(jīng)密閉或氮封后入煤氣負(fù)壓管道，回到生產(chǎn)系統(tǒng)；不能實(shí)現(xiàn)絕對密閉的或尾氣中含氧無法控制的，經(jīng)洗滌預(yù)處理凈化后進(jìn)入焦化企業(yè)自有的焦?fàn)t進(jìn)行焚燒。本方案主要討論入焦?fàn)t焚燒。

2.1 預(yù)處理

按不同工段不同尾氣組分設(shè)置不同洗滌液的尾氣洗滌吸收預(yù)處理裝置。逸散尾氣通過風(fēng)機(jī)的吸力進(jìn)入洗滌凈化裝置，與洗滌吸收液充分接觸吸收。如用水洗氨氣、洗油洗苯或萘等有機(jī)組分。液體吸收法作為尾氣治理的預(yù)處理，預(yù)處理意義：

(1)通過吸收，降低尾氣中有害組分的濃度；進(jìn)而提升安全可靠度，為焚燒打下基礎(chǔ)。

(2)控制尾氣溫度，穩(wěn)定在低溫狀態(tài)。

(3)回收部分高沸點(diǎn)有機(jī)物如萘、粗蒽等，并避免這些高沸點(diǎn)有機(jī)物對設(shè)備設(shè)施造成堵塞等損壞。

2.2 入焦?fàn)t焚燒

經(jīng)預(yù)處理裝置后的凈化尾氣進(jìn)入尾氣緩沖罐，進(jìn)一步過濾尾氣中夾帶的液體和渣類物質(zhì)，再由尾氣風(fēng)機(jī)經(jīng)安全裝置通過管道接至焦?fàn)t地下室機(jī)焦兩側(cè)的廢氣盤中，當(dāng)廢氣盤開閉器為空氣上升時(shí)，尾氣管道自控閥門打開，使收集尾氣進(jìn)入廢氣盤，和吸入空氣混合后共同進(jìn)入焦?fàn)t蓄熱室，最后進(jìn)入燃燒室被高溫焚燒。當(dāng)焦?fàn)t廢氣盤開閉器為廢氣下降時(shí)，自控閥門關(guān)閉，尾氣不進(jìn)入。

焦?fàn)t交換機(jī)定期換向，將該換向信號引至尾氣管道控制閥，使自控閥聯(lián)鎖同步，讓入爐焚燒的尾氣始終進(jìn)入焦?fàn)t被燃燒。工藝流程簡圖見圖1。

表1 各尾氣治理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)匯總

圖1 煤焦化化產(chǎn)區(qū)域尾氣入焦?fàn)t焚燒工藝流程簡圖

入焦?fàn)t焚燒作為VOCs 治理的精處理，精處理意義：

(1)通過焦?fàn)t內(nèi)高溫可實(shí)現(xiàn)有害氣體徹底分解、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

(2)不新增排放口，無需安裝監(jiān)測等設(shè)施。

(3)焚燒后產(chǎn)生的SO2、NOx 等可進(jìn)入焦?fàn)t煙氣已有的脫硫脫硝裝置處理，無須再單獨(dú)考慮。

3 尾氣入焦?fàn)t焚燒技術(shù)安全控制

焦?fàn)t屬于明火設(shè)備，自身就是一個(gè)火源，入爐焚燒的尾氣又含有多種易燃易爆成分，主要有氨氣、硫化氫、苯系物、非甲烷總烴及少許夾帶煤氣等。所以，為保障尾氣入焦?fàn)t焚燒的安全，需重點(diǎn)做好安全控制。

(1)入焦?fàn)t尾氣管路設(shè)多濃度在線檢測裝置，并與配套的自動(dòng)閥聯(lián)鎖，嚴(yán)控入爐的有機(jī)化合物濃度值，使其受控在安全水準(zhǔn)內(nèi)，這是防止發(fā)生爆炸的一個(gè)本質(zhì)對策。一旦濃度超標(biāo)，切斷入爐管路，應(yīng)急放散—通常，入焦?fàn)t氣體濃度控制在其爆炸下限的25%以下[3]。

(2)入爐尾氣管路設(shè)阻火器2 套，串聯(lián)使用，用于防回火，實(shí)施有效隔斷，保障使用安全。

(3)入爐尾氣管路設(shè)置安全連接器一套，進(jìn)一步保障使用安全。

(4)入爐尾氣管路設(shè)自動(dòng)滅火系統(tǒng)，當(dāng)檢測出現(xiàn)了火災(zāi)等應(yīng)急狀況，自動(dòng)滅火系統(tǒng)立即自動(dòng)啟動(dòng)。

(5)根據(jù)應(yīng)用，配備相關(guān)泄爆口。

(6)配備一套獨(dú)立的自動(dòng)控制系統(tǒng)，對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4 結(jié)語

該技術(shù)于2019 年在山東某110 萬噸/年焦炭產(chǎn)能的焦化廠成功應(yīng)用，使用穩(wěn)定。驗(yàn)證了此法是在充分結(jié)合煤焦化企業(yè)自身?xiàng)l件基礎(chǔ)下、較徹底處理逸散尾氣的有效途徑之一。

目前，中國的環(huán)保治理在設(shè)計(jì)同時(shí)應(yīng)充分考慮設(shè)施的安全性，同時(shí)，特殊工況如焦化行業(yè)化產(chǎn)區(qū)域還應(yīng)考慮使用過程中含萘易堵塞的影響。如含萘易堵塞尾氣管道應(yīng)設(shè)計(jì)為蒸汽伴熱管、管道預(yù)留吹掃口、低點(diǎn)設(shè)自動(dòng)排凝等措施。

為保障環(huán)保治理的實(shí)際效果，企業(yè)還需加強(qiáng)環(huán)保設(shè)施的日常管理：按要求定期進(jìn)行管道吹掃、設(shè)備拆卸檢查、自控聯(lián)鎖使用效果檢測、預(yù)處理循環(huán)洗滌液飽和度檢查等等。