西昌化產焦油渣無害化處置及超級離心脫渣技術研究

格爾子聰，趙新春，李 東，李興勝，楊 波

(攀鋼集團西昌鋼釩有限公司,四川 西昌 615032)

西昌焦化是煉鐵高爐冶煉原燃料焦炭生產線，是國內大型鋼鐵聯合企業第一家建成投產6.25 m搗固焦爐的廠家，設備自動化控制水平高，焦爐生產的搗固焦炭強度高，被成功應用于1750 m3大型釩鈦磁鐵礦高爐上。其中煉焦中產生的荒煤氣由煤氣凈化系統進行處置，主要由冷凝鼓風、硫銨、終冷洗滌、脫渣、制酸、粗苯蒸餾段和綜合油庫等組成。

國內焦化企業處理焦油渣的方法大致有以下兩種方法，第一種是將焦油渣直接隨配合煤進入煤塔回用于煉焦或直接混入燃料煤中回用于煉焦；第二種是將焦油渣和煤粉混合攪拌,制作成型球團，輸送到煤塔回用于煉焦。但是，這兩種處理方式都存在弊端，無法滿足焦油渣無害化處置及超級離心脫水脫渣技術。

因此，采用先進、成熟、可靠、實用的物理分離方式處理粗焦油和焦油渣，可將焦油渣中的煤粉和焦油分開,焦油作為產品銷售或加工,煤粉作為煉焦煤使用,不僅有利于回收化產品焦油,也有利于焦炭質量穩定，同時大大改善現場環境。焦油渣處理系統為獨立的系統，系統運行及停運不影響化產裝置的連續運行，焦油渣處理系統的負荷范圍與化產裝置負荷范圍相協調，保證在負荷調整的情況下，焦油渣處理系統具有良好的、適宜的調節特性，在化產裝置運行的條件下能可靠和穩定地連續運行。

1 工藝現狀及存在問題

1.1 工藝特點

焦化化產由冷凝鼓風、酸洗法硫銨、終冷洗苯、脫渣、蒸餾、硫酸及油庫七個裝置組成。其中，冷凝鼓風裝置由煤氣初冷、電捕焦油器、鼓風機及焦油氨水分離四個單元組成；蒸餾裝置由剩余氨水蒸氨、粗苯蒸餾、脫渣再生三個單元組成。硫酸裝置WSA濕法制酸工藝及主要設備從丹麥TOPSOE公司引進。煤氣處理量：66706～71375 m3/h。煤氣凈化工藝流程：荒煤氣→氣液分離器→初冷器→電捕焦油器→鼓風機→酸洗塔→終冷、洗苯→真空碳酸鉀法脫渣制酸→凈煤氣供用戶。

西昌焦化采用焦油氨水分離工藝系統，氣液分離器分出的焦油氨水混合液進入4臺并聯作業的機械刮渣槽，分離出的焦油渣由機械刮板機刮入焦油渣小車，定期送往備煤車間摻入煉焦煤中。脫除焦油渣后的焦油氨水進入2臺并聯作業的立式焦油氨水分離槽靜置分離，從焦油氨水分離槽分離出的焦油經過焦油溢流瓶進入2臺并聯的焦油中間槽，由焦油泵經液位調節器送往焦油庫儲存；從焦油氨水分離槽分出的氨水從上部溢流進入循環氨水中間槽，再用循環氨水泵送往焦爐集氣管噴灑。從焦油氨水分離器分出的多余氨水滿流至剩余氨水中間槽，再用泵將其抽出，送經陶瓷過濾器、氣浮除焦油器，脫除氨水中的焦油及懸浮物后進入剩余氨水槽，再用泵送往蒸餾裝置原料氨水槽。使用高壓氨水泵將氨水從循環氨水泵抽出送至焦爐用于無煙裝煤和集氣管清掃。陶瓷過濾器需定期用過濾后的氨水并輔以低壓飽和蒸汽反沖洗，沖洗后的污水排入地下放空槽。由焦油氨水分離器中部連續引出一定量的焦油氨水混合液(乳化液)，由噴灑液泵送至初冷器的中、下段噴灑。

油庫工藝技術采用本裝置為液體產品及原料的貯存及裝卸場所，設置焦油貯槽，接受冷凝鼓風裝置送來的焦油，靜止分水后用泵裝車外銷；設置粗苯貯槽，接受粗苯蒸餾單元送來的產品粗苯，并定期用泵裝車外銷；設置洗油汽車槽車卸車槽及洗油貯槽，用于接受并貯存外購的焦油洗油，并定期用泵送往粗苯蒸餾單元新洗油槽；設置NaOH和KOH堿液汽車槽車卸車槽及NaOH貯槽、KOH貯槽，用于接受外購的NaOH堿液、KOH堿液，并定期用泵送往脫渣裝置堿液中間槽；本裝置物料進出運輸采用汽車，焦油外付泵及粗苯外付泵揚程滿足送鐵路裝車線要求。

1.2 存在問題分析

焦油渣是焦化生產過程中產生的一種粘稠狀工業固體危險廢棄物，其主要成分為煤粉、焦粉和重質焦油等，物質中含有苯類、酚類、萘類等多種成分。焦油渣已經被列為危險固體廢棄物，包括煤焦油精煉過程中焦油儲存設施中的焦油渣(252-005-11)、煉焦過程中澄清設施底部的焦油渣(252-002-11)以及煉焦和煉焦副產品回收過程中焦油儲存設施中的焦油渣(252-004-11)。

西昌焦化采用焦爐高壓氨水無煙裝煤技術，焦油渣在焦油槽中的沉積效應非常明顯，為維持正常生產，需定期對焦油儲槽進行清理，不僅耗費人工成本，同時由于清理作業空間密閉，存在較大安全風險。主要為以下幾點問題：

(1)從機械化澄清槽中出分離的粗焦油含大量的焦油渣，焦油渣在焦油槽中會沉積，使得每年都要對焦油槽進行清理，耗費大量的人力物力。國內大部分焦化廠的鼓冷工段普遍使用了焦油超級離心機，對粗焦油進一步分離，除掉粗焦油中所含的大部分的氨水和焦油渣。

(2)焦油渣具有粘稠性、粘附性的特性，極易粘附在設備上，易造成給料不暢、粘連皮帶，嚴重時還會出現煤塔堵料、下料斗堵料等現象。

(3)焦油渣的粘稠性和組分的波動性影響了配煤的準確率。焦油渣中含30%～40%的煤焦油，隨焦油渣配煤入爐燃燒，造成煤焦油損失，降低化產品收益。焦油渣直接回用于煉焦，易導致焦爐熱負荷升高，對設備的腐蝕性加大，不但會產生多環芳烴等有害廢氣排入大氣中，還會造成焦油渣中30%左右的煤焦油等高附加值組分浪費。

2 解決方案

2.1 增設超級離心機技術

需要分離的物料(粗焦油)通過離心機中心供料管進入離心機內，在離心力的作用下，密度最大的固體(焦油渣)沉降在轉鼓壁上，二相密度不同的清液形成同心圓柱，較輕的液相(氨水)處于內層，較重的液相(凈焦油)處于外層，不同液體環的厚度可通過調節溢流堰和可變葉輪來改變。分離后的氨水和凈焦油分別由各自的出口排出，沉積在轉筒壁上的固體(焦油渣)由螺旋輸送器傳送到轉筒體的錐體端，從排料口排出[1]。

2.1.1 工藝要求

機械化焦油分離槽出來的粗焦油進入焦油中間泵入口，由焦油中間泵輸送至超級離心機進行脫水脫渣，在超級離心機內粗焦油為三相，固相為焦油渣，排入焦油渣處理裝置的液化罐中；輕液相為氨水，流入地下槽，待地下槽液位達到一定高度后送到機械化澄清槽；重液相為凈焦油，流入焦油中間槽，待焦油中間槽液位達到一定高度后送到焦油槽。

裝置組成如下：

化產一系：1臺焦油中間槽、2臺焦油移送泵和2臺超級離心機。

化產二系：1臺焦油中間槽、2臺焦油移送泵和2臺超級離心機。

表1 工藝處理功能

2.1.2 技術更新

(1)采用進口超級離心機，分離效率高，自動化程度高，不需新增勞動定員；

(2)工藝技術改造過程不影響生產，施工簡便。

表2 主要設備

2.2 采用新工藝技術

2.2.1 工藝特點

在超級離心機焦油渣排渣口將焦油渣收集到焦油渣預處理裝置(液化罐)內。焦油渣通過利用循環氨水的溫度對焦油渣進行加溫液化，冬天溫度低于-5 ℃以下需要用蒸汽加熱液化罐，有雙套加溫設備增加流動性。同時通過破碎，使焦油渣變為便于輸送的流體，攪拌混勻后的焦油渣首先經過焦油渣研磨機研磨，再由焦油渣輸送泵輸送至焦油渣離心機，分離得到干渣和油水混合物，干渣直接用于配煤，油水混合物自流送回至焦油氨水分離器，從而實現了焦油渣的深度分離回收[2]。

(1)整個系統采取全程密封運行，在分離裝置上方的尾氣出口接入現場現有VOCS尾氣系統。

(2)焦油渣(含油水)預處理系統：將焦油渣破碎、離心干化處理，即將焦油渣進行破碎后，再進行離心分離干化，回收焦油渣里面的焦油、氨水，增加部分焦油產量；離心干燥后的固體焦油渣成細粉狀，焦油渣粉的性質與焦粉性質相似，與配合煤粒度相似，用于回配到配合煤中，替代部分瘦煤使用，降低配煤成本[3]。

圖1 簡易工藝流程圖

(3)裝置組成

化產一系設計內容為1臺機械化澄清槽、4臺刮渣槽和2臺超級離心機分離出的焦油渣處置系統；

化產二系設計內容為1臺機械化澄清槽、4臺刮渣槽和2臺超級離心機分離出的焦油渣處置系統。

表3 裝置焦油渣設計處理功能

該裝置由液化裝置；破碎輸送裝置；分離裝置；儀表、供配電系統等。

2.2.2 技術優點

(1)完全利用余熱能源，不增加焦化廢水；

(2)焦油渣無二次倒運，全系統密閉作業徹底改變焦油渣生產區域、道路污染問題；

(3)產生的干粉基本上聞不到味道，解決了運輸和使用(包括摻混、輸送)過程中污染問題，大大改善了區域環境質量和職工作業環境；

(4)工藝技術改造過程不影響生產，施工簡便；

(5)操作間歇式、簡易，投資低、設備成熟可靠，經濟效益、環境效益、社會效益可觀；

(6)設備占地小，液化罐在機械化澄清槽出渣口下方，和原工藝相比基本不占用空間，分離設備一般占地15平米左右；

(7)該裝置焦油渣年處理量(單套)：≥3000噸；介質密度1270～1440 kg/m3；待處理焦油渣含固率≥50%；待處理焦油渣壓力：常壓；焦油渣處理系統處理后焦油渣含水(油)量≤20%，呈現松散、不粘結、粉末狀態；焦油渣處理系統分離出的焦油送出方式：采用自流方式；焦油渣處理系統分離出的干渣采用渣斗回收并運往煤場；所有設備、管道(工藝管道采用碳鋼材質)材料考慮防磨性，保證使用壽命[1]。

3 實施效果

(1)通過本項目可以消除焦油渣帶來的一系列因為環境污染導致的罰款、減產等問題；焦油渣處理后含水(油)20%左右，未產生焦油渣，呈粉末狀態，避免人工清理，直接可進入配煤使用，大大改善了現場作業環境，符合當前國家的產業政策。減少了焦油渣處置費和運輸費，且大幅降低人工成本。

(2)原焦油渣回收到配煤室，對煤的配比產生影響，影響配煤精度，使用新工藝技術后，避免焦油渣直接回配煤室，同時提高了焦油回收量，本工藝技術年度處理焦油渣約6000噸，焦油渣含焦油約30%，回收按20%計，年回收焦油高達1200噸以上。

(3)各裝置的焦油、焦油渣、剩余氨水(蒸氨廢水)、蒸汽等介質接點均從原有裝置附近接出，不產生新設備投入，達到改造升級成本的目的。同時杜絕了焦油渣具有粘稠性、粘附性的特性，極易粘附在設備上，易造成給料不暢、粘連皮帶，煤塔堵料、下料斗堵料等現象，提高了該生產裝置的高效運行。

4 結語

通過西昌化產焦油渣無害化處置及超級離心脫渣技術研究成果的實施，徹底解決了焦油渣處置難點，投產后避免造成焦油渣中30%煤焦油等高附加值組分浪費,確保焦油渣的粘稠性和組分的波動性的穩定，滿足生產工藝指標，配煤的準確率高達99%。焦油渣中煤焦油含量有效控制在1%以內，避免隨焦油渣隨配煤入爐后燃燒造成煤焦油損失，提高了化產品的收益，對焦化降本增效有力支撐。

焦油渣無害化處置技術及煤焦油超級離心脫水脫渣技術成熟可靠，滿足國家安全環保規定，設備設施高效運行穩定，操作維護簡單，自動化水平高，降低了人工成本和作業人員的勞動強度。