針狀焦裝置延遲焦化單元廢氣處理的優(yōu)化

劉 寬 董竟微 劉子立 徐 新 龍泉泉

(1.中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司，2.遼寧冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司)

延遲焦化是針狀焦工藝主要的廢氣排放單元，包括水力除焦系統(tǒng)、儲焦池、冷焦冷水罐、冷焦熱水罐、污油罐和切焦水罐。如何更有效地收集無組織排放的廢氣并進(jìn)行處理，一直是針狀焦企業(yè)致力于環(huán)境保護(hù)的重要研究方向。

1 延遲焦化單元主要設(shè)備廢氣處理存在的問題

1.1 移蓋式頂蓋機(jī)

焦炭塔頂開蓋時(shí)排放廢氣，其主要組分是水蒸氣(60%～80%)、空氣(20%～40%)、總烴(0.02%)和H2S(含量為2 000 mg/m3以上)。原有技術(shù)塔頂采用移蓋式頂蓋機(jī)，法蘭連接，八角型金屬墊密封，該頂蓋機(jī)主要優(yōu)勢是密封力大，密封蒸汽使用量少(50 kg/h)。廢氣收集采用移動式集氣罩，收集效率為80%～90%，不能完全達(dá)到無逸散氣體的效果。

1.2 開放式水力除焦

傳統(tǒng)水力除焦的生焦都是經(jīng)過溜槽進(jìn)入焦池，通過行吊進(jìn)行抓焦工作，開放式作業(yè)，廢氣難以完全收集。尤其是儲焦池的廢氣，焦池上方有行車運(yùn)行，即使用移動式反吊膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉，操作也頗為麻煩，效果不甚理想。

1.3 儲罐

針狀焦延遲焦化單元有多個(gè)儲罐，包括冷焦冷水罐、冷焦熱水罐、污油罐和切焦水罐等。罐頂呼吸閥會排放少量廢氣，有些企業(yè)在呼吸閥上加設(shè)一個(gè)集氣罩，用風(fēng)機(jī)收集廢氣，取得了一定效果，但同時(shí)會吸入大量空氣，不僅增加風(fēng)機(jī)的耗電量，而且增加后續(xù)處理量，浪費(fèi)能源。

1.4 廢氣凈化

廢氣經(jīng)管道收集，由風(fēng)機(jī)送至撬裝凈化設(shè)備，依次經(jīng)過換熱器、分液罐、液環(huán)壓縮機(jī)、氣液分離罐、活性炭基脫硫罐。廢氣在脫硫罐內(nèi)發(fā)生催化氧化反應(yīng)，硫化氫被直接氧化生成單質(zhì)硫磺，硫醇、硫醚被氧化生成液體有機(jī)物烷基磺酸和烷基亞砜并被活性炭載體吸附，從而達(dá)到脫硫效果。廢氣達(dá)標(biāo)后高點(diǎn)排放或作為焦化加熱爐的配風(fēng)。脫硫劑的有效周期為半年，一般采用雙罐并聯(lián)吸附，一年后全部更換。使用蒸氣吹掃廢脫硫劑，將其所吸附的硫化物解吸，解吸液回收利用，剩余活性炭為主的脫硫劑可焚燒或活化再生。此工藝基本解決了焦化廢氣問題，但是設(shè)備的主要作用是脫硫，對其它污染物吸附去除效率低，而且需要定期更換脫硫劑。

2 廢氣處理優(yōu)化措施

2.1 平板式頂蓋機(jī)

平板式頂蓋機(jī)的技術(shù)水平完全可以滿足當(dāng)前的工藝要求。平板式頂蓋機(jī)采用閘板連接，金屬硬密封，需要密封蒸汽，蒸汽耗量約為300 kg/h，廢氣收集短節(jié)可以直接與頂蓋機(jī)相連接，通過塔上風(fēng)機(jī)形成負(fù)壓，開蓋后廢氣在負(fù)壓作用下由收集設(shè)施送往處理設(shè)備。為了保證塔頂?shù)牟僮鳝h(huán)境，減少對大氣的污染，焦炭塔頂可以采用平板式頂蓋機(jī)。寧夏某針狀焦企業(yè)采用了平板式頂蓋機(jī)，塔頂開蓋時(shí)無廢氣排出，收集效率達(dá)到100%，避免了安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境污染。

2.2 密閉除焦

新除焦系統(tǒng)取消了溜槽、焦池、行車和抓斗，進(jìn)行全密閉除焦[1]。密閉除焦系統(tǒng)流程如圖1所示。除焦過程中，從焦炭塔排出的切焦水和生焦首先進(jìn)入破碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行破碎，經(jīng)初級破碎后的焦塊和切焦水進(jìn)入脫水罐中，生焦在脫水罐內(nèi)停留沉降，脫水罐上部的切焦水經(jīng)溢流管道排入澄清罐，脫水罐下部的切焦水流至集水池。集水池底部的焦粉和切焦水經(jīng)過濾器過濾后送至切焦水罐；集水池底部的焦粉也可以使用循環(huán)泵打入脫水罐過濾，焦粉隨焦炭一起排出。脫水罐內(nèi)的生焦在脫水達(dá)標(biāo)后，由出料機(jī)均勻地排出，再通過皮帶輸送機(jī)送至針狀焦煅燒單元。切焦水提升泵可以利用切焦水對密閉除焦的各個(gè)部分進(jìn)行清理疏通。對脫水罐、澄清罐和集水池的呼吸孔進(jìn)行廢氣收集并處理。該技術(shù)目前的控制重點(diǎn)是：保證順利出焦送料的同時(shí)，最大程度地維持生焦粒徑，降低焦粉含量。[2]寧夏某針狀焦聯(lián)合企業(yè)建成行業(yè)內(nèi)首套密閉除焦裝置，可以完全收集焦炭塔區(qū)域的排放廢氣(2 000 m3/h濕基)，無逸散氣體，徹底解決了生焦存儲轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的廢氣無組織排放和粉塵擴(kuò)散問題。

圖1 密閉除焦系統(tǒng)流程

2.3 儲罐

儲罐廢氣收集裝置如圖2所示，采用罐頂單呼閥與管道直接連接后接風(fēng)機(jī)，對排出廢氣進(jìn)行處理，并保留原有呼吸閥。如果儲罐內(nèi)介質(zhì)有要求，可采用氮?dú)饷芊狻Ｒ晕塾凸逓槔?，阻火單呼閥2 kPa，阻火呼吸閥-0.3～ 4 kPa，氮?dú)饷芊?1 kPa(廠內(nèi)氮?dú)饪偣茏粤κ綔p壓)，緊急呼吸人孔設(shè)置壓力5.5 kPa，通過壓力的平衡收集廢氣，節(jié)約能源。單呼閥后廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)送往凈化設(shè)備，工藝介質(zhì)如有需要可以先送往洗油洗滌器，延遲焦化單元冷切焦區(qū)廢氣可省略洗滌器處理過程。山東某針狀焦獨(dú)立企業(yè)采用該工藝收集冷切焦區(qū)域儲罐呼吸閥排放廢氣，處理量約為500 m3/h(濕基)，無需額外吸入空氣增大處理量，節(jié)約能源，減少后續(xù)處理負(fù)擔(dān)。

圖2 儲罐廢氣收集

2.4 廢氣凈化

傳統(tǒng)的廢氣脫硫一體化設(shè)備如圖3所示。新設(shè)備取消了整個(gè)撬裝脫硫裝置，直接將廢氣送往全廠性蓄熱式焚燒爐(RTO)，把有機(jī)廢氣預(yù)熱至800 ℃左右，在燃燒室加熱升溫至850 ℃以上，使廢氣中的VOCs 氧化分解成為CO2和H2O，氧化時(shí)的高溫氣體的熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預(yù)熱新進(jìn)入的有機(jī)廢氣，從而降低升溫所需要的燃料消耗。RTO后需接全廠性脫硫裝置，脫除煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)。山西某焦油加工與針狀焦聯(lián)合企業(yè)使用RTO系統(tǒng)處理全廠廢氣，對總有機(jī)物去除率可達(dá)到99%，燃燒效率大于99.9%。正常工況，系統(tǒng)入口煙氣情況：總有機(jī)物含量為2 954 mg/m3，H2S含量為826 mg/m3；系統(tǒng)出口煙氣情況：總有機(jī)物含量為29 mg/m3，流量為0.36 kg/h，總SO2含量為439 mg/m3，流量為5.31 kg/h。

圖3 廢氣脫硫一體化設(shè)備流程

3 結(jié)論

通過新舊工藝技術(shù)對比，針狀焦裝置延遲焦化單元采用平板式頂蓋機(jī)、密封除焦系統(tǒng)、儲罐單呼閥可以更有效地收集無組織排放的逸散廢氣。采用蓄熱式焚燒爐可以充分凈化廢氣，簡化操作，降低運(yùn)行成本。