催化裂解技術(shù)在焦化企業(yè)固廢資源化中的應(yīng)用

摘要：在焦化企業(yè)中，固廢資源化是利用催化裂解技術(shù)將焦化過程中產(chǎn)生的固體廢物轉(zhuǎn)化為可再利用資源的過程。重點(diǎn)探討催化裂解技術(shù)在焦化企業(yè)固廢資源化中的應(yīng)用，包括技術(shù)的基本原理、資源化領(lǐng)域的應(yīng)用、對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升以及對(duì)環(huán)保目標(biāo)的推動(dòng)，并分析催化裂解技術(shù)在處理焦化污泥、煤焦油及廢氣中的具體實(shí)例，展示其在提高資源轉(zhuǎn)化效率和環(huán)境保護(hù)中的實(shí)際成效。

關(guān)鍵詞：催化裂解技術(shù)；焦化企業(yè)；固廢資源化

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）09-00-03

21

Application of Catalytic Cracking Technology in Solid Waste Resource Utilization of Coking Enterprises

CHEN Xi

（Shanxi Engineering Vocational College， Taiyuan 030009， China）

Abstract： In coking enterprises， solid waste resource utilization is the process of using catalytic cracking technology to convert solid waste generated during the coking process into reusable resources. The application of catalytic cracking technology in the resource utilization of solid waste in coking enterprises is mainly discussed， including the basic principles of technology， the application in the field of resource utilization， the improvement of enterprise economic benefits， and the promotion of environmental protection goals. Specific examples of catalytic cracking technology in the treatment of coking sludge， coal tar， and waste gas are analyzed， demonstrating its practical effectiveness in improving resource conversion efficiency and environmental protection.

Keywords： catalytic cracking technology; coking enterprises; resource utilization of solid waste

在當(dāng)代工業(yè)化進(jìn)程中，焦化企業(yè)所產(chǎn)生的固廢已成為環(huán)境治理與資源循環(huán)利用的重點(diǎn)對(duì)象之一。焦化過程中產(chǎn)生的煤焦油、焦化污泥、廢礦渣等固廢，如果處理不當(dāng)，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，還會(huì)浪費(fèi)資源。催化裂解技術(shù)因其在有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化處理中展現(xiàn)出的高效率與經(jīng)濟(jì)效益，被視為一種前沿且具有轉(zhuǎn)型潛力的技術(shù)路徑。該技術(shù)在催化劑的作用下，降低有機(jī)物質(zhì)的裂解溫度，改善裂解速率和產(chǎn)物選擇性，實(shí)現(xiàn)對(duì)焦化企業(yè)固廢的高效資源化利用。

1 催化裂解技術(shù)的基本原理

催化裂解技術(shù)，通過催化劑加速有機(jī)固廢的熱分解反應(yīng)，有效地將焦化企業(yè)產(chǎn)生的固廢轉(zhuǎn)化為價(jià)值更高的小分子化合物。該過程中，選擇合適的催化劑是關(guān)鍵，它能夠降低化合物的活化能，在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)快速裂解，從而提高反應(yīng)的選擇性和產(chǎn)物的收率。催化劑通常由酸性或堿性物質(zhì)組成，能夠破壞有機(jī)物中的化學(xué)鍵，促使復(fù)雜的大分子有機(jī)結(jié)構(gòu)裂解為更簡(jiǎn)單的烴類和其他化學(xué)品[1]。在焦化企業(yè)固廢資源化的應(yīng)用中，催化裂解技術(shù)通過改善煤焦油、焦化污泥等廢物的處理流程，不僅減少了環(huán)境污染物的排放，還提升了廢物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。利用催化裂解技術(shù)，將固廢轉(zhuǎn)化為燃料油、工業(yè)氣體等，產(chǎn)品再次輸入市場(chǎng)，形成了良性的資源循環(huán)利用格局。焦化固廢及其經(jīng)催化裂解后的資源化產(chǎn)品示例如表1所示。

由表1可知，催化裂解技術(shù)在提高焦化固廢資源化率方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，而且產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益較高，突顯其在現(xiàn)代工業(yè)廢物處理中的重要地位和廣闊應(yīng)用前景。

2 催化裂解技術(shù)對(duì)焦化企業(yè)固廢資源化的影響

2.1 對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升

在焦化企業(yè)中，催化裂解技術(shù)的引入顯著提升了固廢資源化的經(jīng)濟(jì)效益，主要體現(xiàn)在廢物轉(zhuǎn)化為高價(jià)值產(chǎn)品，降低了處理成本并有了新的收入來源。例如，企業(yè)利用催化裂解技術(shù)將傳統(tǒng)的廢棄物如焦化污泥、煤焦油轉(zhuǎn)化為商業(yè)價(jià)值更高的烴類化合物、精煉油和化工原料等，不僅減少了企業(yè)的廢棄物處理費(fèi)用，還增加了原材料的再利用率，從而顯著提升了企業(yè)的總體盈利能力。催化裂解技術(shù)通過優(yōu)化固廢的處理過程，降低了能源消耗和原料成本，提高了產(chǎn)出物的質(zhì)量和數(shù)量。此外，轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品具有較高的市場(chǎng)需求，因此能進(jìn)一步增加企業(yè)的收益[2]。例如，焦化污泥經(jīng)催化裂解后，不僅減少環(huán)境處理成本，還產(chǎn)生額外的烴類產(chǎn)品，產(chǎn)品直接作為燃料或化工原料銷售，帶來額外的經(jīng)濟(jì)收益。使用催化裂解技術(shù)前后，焦化企業(yè)在幾種典型固廢處理上的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比如表2所示?？梢钥闯?，催化裂解技術(shù)的應(yīng)用能夠提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

由此可見，這種技術(shù)的應(yīng)用不僅優(yōu)化了資源利用，減少了環(huán)境污染，還為企業(yè)帶來了更高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，證明催化裂解技術(shù)在提升焦化企業(yè)固廢資源化的經(jīng)濟(jì)效益方面具有重要價(jià)值。

2.2 對(duì)環(huán)保目標(biāo)的推動(dòng)

催化裂解技術(shù)在焦化企業(yè)固廢資源化中的應(yīng)用，有利于實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)。該技術(shù)通過高效轉(zhuǎn)化固廢，極大地減少廢物的堆積和環(huán)境污染，為實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)提供助力。具體來說，催化裂解技術(shù)在較低的溫度下加速了有機(jī)廢物的分解，降低了對(duì)環(huán)境的熱負(fù)荷。同時(shí)，該技術(shù)的實(shí)施有助于減少有害氣體和固體廢物的排放，如硫化物和重金屬。采用改進(jìn)的催化裂解方法，能夠更有效地控制和減少污染物，從而減輕對(duì)周邊環(huán)境和人類健康的危害。另外，通過提高廢物轉(zhuǎn)化效率，催化裂解技術(shù)減少了廢物處理設(shè)施的能源消耗和操作成本，這直接促進(jìn)了能源效率的提高和溫室氣體排放的減少。催化裂解技術(shù)實(shí)施前后，焦化企業(yè)在環(huán)保方面的具體成效如表3所示[3]。

從表3可以看出，催化裂解技術(shù)在減少環(huán)境污染和提高資源利用效率方面具有顯著效果。采用該技術(shù)，企業(yè)不僅能實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)活動(dòng)的綠色可持續(xù)，還能為整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供一個(gè)向環(huán)境責(zé)任轉(zhuǎn)型的有效范例。因此，催化裂解技術(shù)不僅是焦化企業(yè)固廢資源化的技術(shù)創(chuàng)新，而且是推動(dòng)環(huán)保目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要技術(shù)手段。

3 催化裂解技術(shù)在焦化企業(yè)固廢資源化中的具體應(yīng)用

3.1 催化裂解技術(shù)在焦化污泥處理中的應(yīng)用

焦化污泥作為焦化過程中生成的一種高有機(jī)質(zhì)含量的副產(chǎn)品，歷來因其處理難度大和潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)而成為環(huán)保處理的重點(diǎn)。采用催化裂解技術(shù)，不僅能有效分解污泥中的長鏈有機(jī)物質(zhì)，還能轉(zhuǎn)化為燃料油和可用氣體，實(shí)現(xiàn)廢物的價(jià)值最大化。在應(yīng)用該技術(shù)前，焦化污泥首先經(jīng)過脫水預(yù)處理，以減少含水量，提高后續(xù)裂解效率。在特制的反應(yīng)器中添加具有高選擇性和活性的催化劑，如基于鎳或鋁的復(fù)合催化劑，催化劑能夠在較低的溫度下促進(jìn)碳鏈的斷裂，顯著提高轉(zhuǎn)化效率[4]。通過優(yōu)化反應(yīng)條件，如溫度、壓力以及催化劑的投加比例，污泥中的重油被有效轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油和氣體，同時(shí)產(chǎn)生的固體殘留物顯著減少。以某化工廠為例，該廠采用了催化裂解技術(shù)處理其產(chǎn)生的焦化污泥。在引入催化裂解技術(shù)前，該工廠每月需處理約500 t焦化污泥，處理成本高達(dá)300萬元。引入催化裂解技術(shù)后，不僅將處理成本降低至150萬元，還增加了從焦化污泥中提取的輕質(zhì)油和氣體的銷售收入，每月可新增收入約200萬元。此外，處理過程中的有害氣體排放減少了40%，固體廢物量減少了50%，顯著提高了環(huán)境保護(hù)水平。

3.2 催化裂解技術(shù)在焦化煤焦油處理中的應(yīng)用

煤焦油作為焦炭生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，包含多種有價(jià)值的化學(xué)成分，如酚、萘及苯等。傳統(tǒng)的分離提純過程能耗高且環(huán)境污染嚴(yán)重。利用催化裂解技術(shù)，在更低的能耗和更少的環(huán)境負(fù)擔(dān)下，實(shí)現(xiàn)化合物的有效分離和轉(zhuǎn)化。該過程中，選擇合適的催化劑對(duì)提高裂解效率和產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，常用的催化劑包括分子篩和金屬改性催化劑，它們能夠在裂解過程中提供必要的酸性或堿性環(huán)境，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。在某大型焦化廠實(shí)施的一個(gè)項(xiàng)目中，采用鈦硅分子篩作為催化劑處理煤焦油，不僅提高了裂解效率，還顯著提升了輕質(zhì)油的產(chǎn)出比例。在催化裂解過程中，煤焦油在450 ℃的反應(yīng)溫度和2 h的反應(yīng)時(shí)間下，轉(zhuǎn)化率在95%以上，輕質(zhì)油產(chǎn)率提升至70%，而傳統(tǒng)的熱裂解過程中輕質(zhì)油產(chǎn)率通常低于30%。同時(shí)，裂解后的氣體產(chǎn)品如氫氣和甲烷的含量也有所增加，為廠內(nèi)其他生產(chǎn)流程提供了額外的能源。同時(shí)，該項(xiàng)目記錄了裂解過程中各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)SO2和NOx的排放量分別減少了40%和30%，固體廢棄物的產(chǎn)生量也減少了50%。這一改進(jìn)不僅提高了煤焦油的資源利用率，還降低了生產(chǎn)成本、減輕了環(huán)境污染。

3.3 催化裂解技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用

催化裂解技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用，為焦化企業(yè)提供了有效的途徑以減少有害氣體的排放，同時(shí)回收廢氣中的有用成分。該技術(shù)使用專門的催化劑，加速化學(xué)反應(yīng)過程，將廢氣中的有機(jī)物質(zhì)和有毒成分轉(zhuǎn)化為無害或更有價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)。在焦化過程中產(chǎn)生的廢氣，特別是大量揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）和硫化物，通過催化裂解技術(shù)，有效轉(zhuǎn)化為較簡(jiǎn)單的氣體如二氧化碳和水，同時(shí)回收硫等有價(jià)值的元素。以某焦化企業(yè)為例，環(huán)保法規(guī)要求大幅度減少工業(yè)廢氣排放[5]?；诖?，企業(yè)采用了含鈦硅酸鹽的催化劑處理廢氣，該催化劑對(duì)VOCs具有高效的催化裂解能力。在引入催化裂解技術(shù)后，廢氣中VOCs的轉(zhuǎn)化率在95%以上，硫化物的處理效率也提高至90%，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)物理吸附和燃燒技術(shù)的處理效果。在實(shí)際操作中，該企業(yè)的廢氣處理系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行期間，處理能力達(dá)到10 000 m3/h，每天可減少有害氣體排放約20 t，硫回收量達(dá)到98%，二氧化硫的排放量減少了60 t。同時(shí)，廢氣處理系統(tǒng)運(yùn)行成本相比傳統(tǒng)方法降低了約30%，由于資源的回收和再利用，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到了顯著提升。

4 結(jié)論

通過系統(tǒng)的技術(shù)研究與實(shí)踐探索，催化裂解技術(shù)的發(fā)展與優(yōu)化，將為焦化企業(yè)固廢的資源化管理提供新的解決方案，為環(huán)境保護(hù)與資源可持續(xù)利用貢獻(xiàn)力量。因此，深入研究催化裂解技術(shù)在焦化企業(yè)固廢資源化中的應(yīng)用，不僅是技術(shù)創(chuàng)新的需求，更是環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙重效益的實(shí)現(xiàn)路徑。

參考文獻(xiàn)

1 趙 冬.邯寶鋼鐵固體廢棄物資源化利用的措施探討[J].山西冶金，2024（6）：249-250.

2 馮書妙，石 磊，郄同軍，等.有機(jī)固廢資源化智能裝備應(yīng)用的社會(huì)價(jià)值[J].價(jià)值工程，2024（18）：166-168.

3 包永鵬.工業(yè)固廢資源化綜合利用的策略與實(shí)踐[J].選煤技術(shù)，2024（3）：9-16.

4 程利平.城市固廢資源化利用情景下的“環(huán)保管家”服務(wù)：以上海市老港生態(tài)環(huán)?；貫槔齕J].節(jié)能與環(huán)保，2024（5）：10-15.

5 范 俊.工業(yè)固廢資源化處理技術(shù)及優(yōu)化策略研究[J].造紙裝備及材料，2024（4）：137-139.