1 引言
煉焦化學(xué)工業(yè)（下稱煉焦化工）是我國(guó)傳統(tǒng)煤化工的一個(gè)主要組成部分，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)還是出口創(chuàng)匯企業(yè)。煉焦化工又稱煤炭高溫干餾 ，是指煤在隔絕空氣條件下，加熱到950～1050℃時(shí)，經(jīng)過(guò)干燥，熱解，溶解，粘結(jié)，固化，收縮，成型等物理化學(xué)的階段。最終制的焦炭，同時(shí)也獲得煤氣、焦油等化工產(chǎn)品。
進(jìn)入本世紀(jì)初，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛，公路、鐵路、城市化等基礎(chǔ)建設(shè)的全面開(kāi)展，鋼鐵工業(yè)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展期，也帶動(dòng)我國(guó)的煉焦化工進(jìn)入了快速的發(fā)展階段，表1給出了我國(guó)十幾年來(lái)焦炭產(chǎn)量的變化。
從表1中可以看出，除2008年我國(guó)的焦炭產(chǎn)量受金融危機(jī)的影響，略有下降外，均處于向上增長(zhǎng)的勢(shì)頭。其原因：?是技術(shù)裝備水平的提高；?是產(chǎn)業(yè)的園區(qū)化、規(guī)?；教岣?；?是國(guó)內(nèi)鋼鐵產(chǎn)量的大幅度提高。
近幾年來(lái)，國(guó)家針對(duì)淘汰“二高一低”行業(yè)的措施不斷出臺(tái)，也直接的觸動(dòng)了煉焦化工。從2005年開(kāi)始至2009年國(guó)家計(jì)劃淘汰落后焦炭產(chǎn)能約8000萬(wàn)t，實(shí)際完成8254萬(wàn)t。表2是焦化作業(yè)五年來(lái)淘汰落后產(chǎn)能表
在淘汰落后產(chǎn)能的同時(shí)，規(guī)?；?、園區(qū)化的新技術(shù)也在上馬。在2010-2012年間凈增產(chǎn)能8000萬(wàn)t，2013年我國(guó)的焦炭產(chǎn)量已達(dá)4.8億t，同比增長(zhǎng)8.1%。
焦化企業(yè)是一個(gè)重污染單位，除污水外。煉焦時(shí)，干餾需要的熱量要靠回爐煤氣供給。我國(guó)每年有800億m3焦?fàn)t煤氣用于煉焦的熱源，要排出帶SO2，NOX的煙氣約6720億m3，為此國(guó)家出臺(tái)了GB16171-2012煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。
2 現(xiàn)有企業(yè)煙氣排放的狀況
在煉焦過(guò)程中，先將煤加入炭化室后，再由燃燒室供給熱量，使其溫度達(dá)到工藝要求的參數(shù)。煤進(jìn)行轉(zhuǎn)化，生成焦炭、煤氣、焦油等產(chǎn)品。焦炭熄焦后，送焦倉(cāng)外售，煤氣經(jīng)化產(chǎn)回收時(shí)，分出焦油，硫銨、苯、硫溫度過(guò)高還會(huì)使副反應(yīng)急劇上升等化工產(chǎn)品，粗脫硫凈化后的焦?fàn)t煤氣約58%。去深加工，生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品。約42%的返回焦?fàn)t，作為煉焦的熱源。
現(xiàn)以一座100萬(wàn)t/a的焦?fàn)t為例 ，其物料平衡圖如圖1，物料平衡表如表3，表4。表3是山西某焦化廠，其粗煤氣中總硫含量～3g/Nm3，粗脫后回爐煤氣中H2S≤20mg/Nm3.排放的煙氣中SO2＜50mg/Nm3，說(shuō)明其焦?fàn)t無(wú)串漏現(xiàn)象。表4為有串漏時(shí)的數(shù)據(jù)，隨著串漏氣量的增加，煙氣中SO2 的含量就上升。
3 國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)及超標(biāo)的分析
3.1 為了保護(hù)環(huán)境 ，防治污染，促進(jìn)煉焦化工生產(chǎn)工藝和污染治理技術(shù)的進(jìn)步。國(guó)家環(huán)保部于2012年6月27日發(fā)布了GB16171-2012標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中特別提示對(duì)焦?fàn)t煙囪煙氣污染物做了限定，數(shù)據(jù)如表5所示。
針對(duì)我國(guó)大氣污染存在的問(wèn)題。最近國(guó)家發(fā)改委、能源部、環(huán)保部將有新的排放標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。其SO2≤50mg/Nm3，NO2≤80mg/Nm3，這對(duì)有關(guān)企業(yè)提出了更高的要求，將推動(dòng)企業(yè)進(jìn)行更大力度的技術(shù)更新。
3.2排放超標(biāo)的原因分析
?入爐煤含硫高
粗煤氣中的硫化物，是由煤中的硫轉(zhuǎn)化而來(lái)，據(jù)統(tǒng)計(jì)燃煤中的硫約65%~72%的進(jìn)入焦炭，約28%~35%進(jìn)入凈煤氣，如果入爐煤中選用高硫煤，必然會(huì)使粗煤氣中硫化物升高，煙氣中SO2超標(biāo)。
?粗脫硫凈化度低。
正常情況下，焦?fàn)t煤氣經(jīng)粗脫后，H2S含量應(yīng)≤20mg/Nm3，個(gè)別企業(yè)≤50mg/Nm3，而有些企業(yè)大大超過(guò)此值。
?一般情況下，焦?fàn)t內(nèi)部串漏氣，焦?fàn)t在開(kāi)工的某個(gè)階段會(huì)有內(nèi)部串漏氣現(xiàn)象，串漏氣時(shí)，會(huì)有一定量的荒煤氣由碳化室進(jìn)入燃燒室，從而引起煙氣中SO2超標(biāo)。
?氮氧化物的超標(biāo)，首先是回爐煤氣在燃燒時(shí)形成NOX，其次是回爐煤氣中含有HCN、NCNS等含氧化合物。燃燒時(shí)形成 NOX。
4 達(dá)標(biāo)排放應(yīng)采用的措施
4.1 降低SO2的措施
?控制入爐煤的硫含量不要超過(guò)某一限定值。
管理好粗脫硫工序的運(yùn)行，提高其凈化度，使回爐煤氣中H2S
含量≤20mg/ Nm3。
管理好焦?fàn)t運(yùn)行，確保焦?fàn)t正常生產(chǎn)時(shí)不出現(xiàn)串漏煤氣現(xiàn)象。
以上措施實(shí)行后，可以使煙氣中SO2含量在排放標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。但是由于資源（當(dāng)?shù)責(zé)o低硫入爐煤）和經(jīng)濟(jì)（焦?fàn)t不能停車）的原因。引起超標(biāo)時(shí)，可以在煤氣粗脫硫前，增設(shè)加氫裝置，使90%的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫，再經(jīng)粗脫時(shí)除去。
4.2 降低NOX的措施
借鑒天然氣鍋爐的經(jīng)驗(yàn)選用LNB（低NOX燃燒后器）的原理。
（據(jù)報(bào)道，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的LNB用于天然氣鍋爐時(shí)，可使其煙氣中的NOX的濃度，由原先的300PPm將至80PPm以下。選用LNB也是回爐煤氣燃燒時(shí)，降低煙氣中NOX含量的一項(xiàng)措施。由于當(dāng)前焦?fàn)t均采用儲(chǔ)熱式換熱的結(jié)構(gòu)。安裝LNB是行不通的）。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)閉器，使空氣與回爐煤氣量比由當(dāng)前的1.2減少至1.1可以降低煙氣中NOX。
4.3 脫NOX、SO2的技術(shù)
煙氣中往往是NOX和SO2同時(shí)存在并超標(biāo)，選用的工藝要求需將兩者一起脫除的技術(shù)。
?目前常用的方法是先用SCR脫除NOX，再用濕法（鈣法或氨法）脫除SO2。該法投資大和運(yùn)行費(fèi)用高，且有二次污染。
正在推廣的一種叫有機(jī)催化工藝，其原理是氣相通過(guò)弱堿性溶液時(shí)，NOX、SO2和有機(jī)催化劑形成大分子團(tuán)，從氣相中脫除，滿足凈化度的要求。在液相中大分子團(tuán)遇到堿液時(shí)釋放出NOX和SO2而形成HNO2和H2SO3。通入氧氣后，氧化成HNO3和H2SO4。同時(shí)和溶液中NH4+（或Na+）形成鹽。分離出NH4NO3、（NH）2SO4作為副產(chǎn)品。溶液返回系統(tǒng)再吸收。該法已有幾套工業(yè)化裝置。
?干法活性炭纖維功能材料工藝，是煙氣通過(guò)裝有活性炭纖維功能材料的吸收器時(shí)，NOX轉(zhuǎn)化為N2、SO2轉(zhuǎn)化為SO3，再生時(shí)可得到H2SO4或硫酸鹽。工藝簡(jiǎn)便、費(fèi)用低，目前已有工業(yè)化應(yīng)用。
?活性氨脫硝和高效氣相脫硫技術(shù)在鍋爐的高溫區(qū)噴入活性氨NR進(jìn)行脫硝（替代SNCR），在煙道中噴入復(fù)合脫硫劑，可以達(dá)到NOX ≦100 mg/ Nm3、SO2≦50 mg/ Nm3的要求，該技術(shù)已在中試階段。
5 結(jié)束語(yǔ)
本世紀(jì)初，隨著煤化工業(yè)快速發(fā)展，煉焦產(chǎn)業(yè)也急速騰飛。至今我國(guó)煉焦產(chǎn)能已達(dá)6億t/a，居世界之首。2013年焦炭產(chǎn)量4.8億t，煉焦用煤占全國(guó)用煤量的20%。煉焦化工已成為一個(gè)獨(dú)特的行業(yè)。在過(guò)去的十幾年中。煉焦化工為國(guó)民的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。
在實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)的夢(mèng)想中。煉焦化工作為一個(gè)重污染源的行業(yè)，特別是廢水廢氣的治理已成為該行業(yè)生存和發(fā)展的阻礙。因此焦?fàn)t煙氣中NOX、SO2的治理是該行業(yè)急待解決的難題。
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