新建焦化廠的工藝選擇與環境保護分析

＊楊 鑫

（山西焦煤西山煤電五麟煤焦開發有限公司 山西 032200）

焦化工業生產存在生產工藝較為復雜、排污環節多、污染物毒性大等特點，在低碳、綠色焦化產品生產活動中，污染治理投入大、運行費用高的現象尤為嚴重。現階段，為實現對焦化廠產品生產全流程污染物的管控，在明確產品生產需要和現有焦化產品生產工藝的基礎上，選擇污染性低的生產工藝，成為提升環境保護工作質量的重要舉措。因此，研究此項課題，具有十分重要的意義。

1.選擇合適工藝開展環境保護的必要性

國家統計局統計數據顯示，2021年我國焦炭累計產量達到了46445.8萬噸，當年焦炭及半焦炭的累計出口量達到了644萬噸，累計出口金額達到了2357.8百萬美元。從上述數據中可以看出，當前我國焦炭行業有著較為廣闊的發展前景。需要注意的是，我們當前市場對于焦化產品的需求大，雖我國焦化產品生產企業數量較多，但受資金、技術的限制，部分企業存在著規模較小，排污量較多，缺乏化工產品回收與再利用步驟等問題。上述問題的存在，使得當前我國焦化行業整體產品質量偏低，產能過剩，經濟效益低下。面對焦炭生產活動會產生嚴重的環境污染的情況，在構建和諧生態環境的大背景下，為實現焦炭生產活動污染情況的有效管控，選擇合適的焦化廠產品生產工藝，加強生產全流程的污染治理，成為健全焦化廠生產工藝推動焦化廠朝著現代化、綠色化方向發展的重要舉措。

2.工藝設備的合理優化

通過實踐分析可以了解到，焦化廠產品生產過程中，產生的污染物種類、數量等因素與產品生產工藝之間存在著直接的聯系，因此，在新焦化廠生產工藝選擇過程中，為實現污染問題的源頭性管控，需要在明確自身產品生產需要的基礎上，盡可能選擇產品生產全流程污染程度低、能耗少或者副產物能夠回收再利用的工藝與設備，推動焦化生產污染物治理工作能夠從末端治理轉為全流程管控。

（1）舊工藝。某焦化廠在過去的產品生產過程中存在著將帶有刮奈或焦油溶奈功能的裝置直接安裝在煤氣終冷過程中，作為直接式終冷器；直接將回收得到的氨用作氨水生產；面對富油預熱溫度偏低的情況，直接采用蒸汽脫苯技術完成成分分離工作；沒有在生產活動開展前開展煤氣脫硫處理；在凈化酚氰污水時，僅對其進行萃取脫酚處理等問題。上述問題的存在不僅降低了產品生產過程中原材料的利用率，還加大了產品生產環節污染物直接排放對生態環境的破壞。

（2）新工藝。近年來隨著焦化產品市場的不斷繁榮，該焦化廠的產品銷量也在逐漸增長。為了在滿足當前市場對產品需要的基礎上，實現產品生產污染物排放量的有效管控，該焦化廠建立了新的焦化廠分廠。在分廠建設過程中，該焦化廠工作人員以《清潔生產-煉焦行業（HJ/T 126—2003）》標準為基礎，構建了如圖1所示的煉焦及焦炭處理工藝流程。從圖中可以看出，煙塵是產品生產全流程較為常見的污染物，為實現焦化廠生產環境的有效保護，加強裝煤煙塵與出焦煙塵的治理成了提升新建焦化廠工藝質量水平的重要舉措。具體來說，為實現產品生產全流程污染物的有效管控，新建焦化廠在煤儲倉粉碎機室均配置了專門的除塵裝置，在出煤出焦過程中，利用煙塵孵化裝置完成了粉塵的收集凈化工作。在熄焦塔、新天焦化廠配置了專門的除塵裝置。同時為了實現裝煤與出膠環節煙塵的有效治理，在焦化廠通過建立出焦除塵地面站裝煤、出焦二合一除塵地面站，并合理應用裝煤除塵車的方式，使得該廠大型機器煉焦爐在操作過程中能夠滿足《煉焦爐大氣污染物排放標準（GB 16171—1996）》中對于污染物排放的二級要求。

圖1 煉焦及焦炭處理工藝流程

3.環境保護的具體方法

（1）焦爐煤氣凈化工藝的應用?！肚鍧嵣a—煉焦行業（HJ/T 126—2003）》指出當前焦爐煤氣常用的凈化工藝主要有氨分解工藝與硫氨工藝兩種，在新焦化廠建設過程中，為保證焦爐煤氣凈化工作能夠取得良好效果，預先對氨分解工藝與硫氨工藝進行比較，成為一項極為必要的工作。具體來說，氨分解工藝與硫氨工藝的共同點在于：兩者都以氨為堿源，應用濕式氧化法，完成焦爐煤氣的脫硫以及前期煤氣預冷、煤氣鼓風冷凝等操作。兩者的不同點在于：氨分解工藝在煤氣脫硫工作后需要用水開展洗氨操作得到的成品為富氨水，若將得到的富氨水與剩余氨水送入蒸氨塔內，那么將得到質量分數在20%左右的含氨蒸汽。此時將蒸汽導入氨分解爐內，將會產生含有氫氣的尾氣，這一尾氣具有一定的熱值，此時將其導入氣液分離器前的負壓管道，使之與荒煤氣混合到一起，不僅可以實現這部分能源的回收再利用，還可以有效減少尾氣中硫化物、氫化物對大氣環境的污染。硫氨工藝則是通過向尾氣直接噴灑飽和堿性液體的方式，實現焦爐煤氣中氨氣回收以及硫氨的生產[1]。

需要注意的是，在上述工藝應用過程中，將氨作為堿源的原因是焦爐煤氣生產環節產生了氨，并不需要因為上述操作而外購堿源，更能實現生產成本的有效管控。但通過生產實踐可以了解到，當煉焦配煤中硫的質量分數在0.6%～0.8%之間時，煤氣中硫化氫的質量濃度達到了7g/m3到8g/m3，此時若煤氣中氨的質量濃度在5g/m3到6g/m3的范圍內，那么以氨這一堿源的含量已經無法滿足凈化反應的需要。假設脫硫后煤氣中硫化氫的質量濃度應為200mg/m3，脫硫效率應在97%以上，那么，在凈化反應中應有關系式：氨/硫化氫≥1.0。為滿足上述要求，焦化廠需要向煤氣中補充一定量1.0g/m3到1.5g/m3的氨，即便該焦化廠在實際生產過程中采用分解固定氨這一技術方法完成氨的補充工作，但從經濟性的角度看，生產大量的氨必然會產生較高的生產成本。因此，在實際生產活動中，利用蒸氨的方式，完成凈化環節氨補充工作具有較強的可行性。此時利用碳酸鈉代替氨作為凈化反應的堿源，完成濕式氧化法脫硫工作，不僅可以提高脫硫工作的效率，還能保證后續尾氣污染物含量符合城市煤氣在內的脫硫質量要求[2]。

總之，在實際的焦化廠工藝選擇工作中以氨作為堿源，利用濕式氧化法完成尾氣脫硫工作的工藝。僅適用于含量大于10t的硫化氫日脫硫工作，若煤氣中氨的質量濃度在6g/m3以上，硫化氫質量濃度在6g/m3以下的情況下，氨可以作為凈化工作中唯一的堿源，且無須補充額外的氨，否則需要應用碳酸鈉作為堿源，提升凈化工作的合理性與可靠性。

（2）污水凈化工藝的應用。焦化廢水是當前焦化廠煤氣凈化、煤制焦炭、產品副產物回收再利用等環節中產生的含有高濃度酚類、聯苯等有機污染物以及氨氮、氟離子等有害物質的廢水。這類廢水有著難降解、色度高的特征，若直接將其排放到自然環境中，必然給生態環境造成極為嚴重的破壞?，F階段為實現生態環境的有效保護，在新建焦化廠的過程中，選擇并合理應用焦化廢水處理工藝，成為從源頭上實現污染問題有效管控的重要舉措。

①污染物主要成分。該焦化廠生產廢水主要由初冷階段的煤氣中冷水、煤氣洗滌水、煤氣冷凝水、煤氣發生站的煤氣經苯分離水洗滌水、氣柜廢水以及其他環節形成的廢水共同組成。其中含有氫化物、BOD、COD、氨氮、懸浮物污染物。在實際產品生產過程中，這種廢水有著組合物偏多、毒性較高、濃度較大、降解難度偏高等特點。若在實際生產過程中，焦化廠未能徹底清潔焦化廢水，那么廢水中含有的揮發酚可能會因無法得到全面凈化，進而威脅附近植被、水產以及人類的身體健康。

②污染物處理工藝。現階段為實現新建焦化廠污水的有效處理，焦化廠將A2O2生物脫氮處理工藝引入到了污水處理環節當中，通過在傳統A/O脫氮基礎上增添好氧段與缺氧段的方式提升了污水處理工藝的污染物凈化能力。并且在對本文新建焦化廠污水凈化效果進行分析后可以了解到，A2O2生物脫氮處理工藝的應用，使得污水中總氮與氨氮的去除率超過了95%，實現了污水的有效凈化。在該焦化廠A2O2生物脫氮處理工藝應用過程中，深化處理系統、自動過濾系統、超濾系統、化學清洗系統、反滲透系統等裝置的合理應用，不僅提升了污水凈化工作效率，還降低了工作人員操作系統的難度。

第一，為保證處理后的廢水能夠達到相關部門提出的可排放要求，該焦化廠對焦化產品生產工藝流程進行了模擬，分析了污水中污染物的種類與含量，然后，參照相關部門給出的環保工作標準開展了深度處理系統的研發工作，改變了傳統污水處理作業系統的工作流程，確保這一系統在后續應用過程中能夠按照程序要求穩定運行。

第二，在焦化廠污水處理工作中，自動清洗過濾器的應用可以實現水中顆粒物、懸浮物等雜質的攔截與清除，達到凈化水質，降低污水濁度，保護后續污水凈化處理系統的目的。在本次新建焦化廠的污水處理工作中，借助現代化設備與智能化設計系統，自動清洗過濾系統辨別水中雜質的能力。在實際的污水凈化工作中，清洗過濾系統可以通過給予排污閥固定信號的方式完成污水中廢棄物的選擇與排除，從而達到了提升污水處理效果的目的。

第三，中空纖維膜分離技術在當前的焦化廠廢水處理工作中是一種較為常用的超濾技術，在本次新建焦化廠的污水凈化工作中，工作人員將中空纖維膜分離技術融入了超濾系統當中，確保污水在通過這一系統時，中空纖維膜可以有效分離出污水中的分離核酸聚合物、大蛋白化合物等物質，去除污水中乳液、粒子、黏土、微生物等雜質，從而達到精準去除污水中大分子物質的目的。考慮到超濾技術屬于壓力驅動型膜分離技術，被分離的組分直徑在0.01～0.1μm之間。為提升這一系統的應用質量，在構建超濾系統的過程中，工作人員需要為其配置特殊的閥門、管路、自清洗單元、控制單元、加藥單元等系統模塊，實現以中空纖維超模為核心的閉路連續污水凈化操作流程[3]。

第四，在焦化廠污水處理系統中化學清洗系統的構建可以有效去除膜上粘連的藻類、細菌等生物，實現膜的全方位清洗，避免膜在長時間的污水處理工作中出現通水量大幅度下降的問題?，F階段膜清洗藥劑包括氫氧化鈉、鹽酸、次氯酸鈉等化學藥品，定期開展清洗工作，不僅可以及時清除膜表面積累的各類污染物，還能提升裝置的實用性能。需要注意的是，在當前的污水凈化系統化學清洗工作開展過程中，為避免出現組件出口與進口壓差大幅度上升的情況，焦化廠可以通過定期進行化學清洗處理的方式，完成污染物的清潔工作，并對系統其他部分進行殺菌處理。

第五，反滲透系統是當前焦化廠污水處理工作中極為重要的系統之一，主要由反滲透膜元件、保安濾器、壓力管、高壓泵、沖洗泵等元件共同組成。在本次新建焦化廠反滲透系統構建過程中，為避免水中的微粒進入反滲透膜組件當中，影響污水處理的效果，該焦化廠在污水處理系統中安置了三臺處理量均為80m3/h的不銹鋼過濾器。在實際污水處理過程中，若濾器進出口壓差為1000g/m2，工作人員則需要以裝置的具體工作效果為基礎，分析是否需要更換新的濾器，確保污水凈化處理系統整體工作效果能夠符合新建焦化廠污水處理工作的要求。

4.結論

總而言之，在社會對環境保護工作重視度不斷提升的背景下，焦化廠需遵循時代發展要求，通過選擇合適的工藝方法，加強自身生產流程環境保護效果管控的方式，推動焦化廠的健康可持續發展。在本文研究過程中，盡管該新建焦化廠選擇了多樣化的凈化工藝，實現了污染物的源頭把控，但在實際的污染物凈化工作當中，粉塵凈化與污水凈化這兩種凈化工藝的應用取得了最為明顯的效果，因此對這兩種凈化工藝進行重點介紹，希望能夠為新建焦化廠工藝選擇與環境保護工作的開展提供參照。