新建焦化厂的工艺选择与环境保护分析

＊杨 鑫

（山西焦煤西山煤电五麟煤焦开发有限公司 山西 032200）

焦化工业生产存在生产工艺较为复杂、排污环节多、污染物毒性大等特点，在低碳、绿色焦化产品生产活动中，污染治理投入大、运行费用高的现象尤为严重。现阶段，为实现对焦化厂产品生产全流程污染物的管控，在明确产品生产需要和现有焦化产品生产工艺的基础上，选择污染性低的生产工艺，成为提升环境保护工作质量的重要举措。因此，研究此项课题，具有十分重要的意义。

1.选择合适工艺开展环境保护的必要性

国家统计局统计数据显示，2021年我国焦炭累计产量达到了46445.8万吨，当年焦炭及半焦炭的累计出口量达到了644万吨，累计出口金额达到了2357.8百万美元。从上述数据中可以看出，当前我国焦炭行业有着较为广阔的发展前景。需要注意的是，我们当前市场对于焦化产品的需求大，虽我国焦化产品生产企业数量较多，但受资金、技术的限制，部分企业存在着规模较小，排污量较多，缺乏化工产品回收与再利用步骤等问题。上述问题的存在，使得当前我国焦化行业整体产品质量偏低，产能过剩，经济效益低下。面对焦炭生产活动会产生严重的环境污染的情况，在构建和谐生态环境的大背景下，为实现焦炭生产活动污染情况的有效管控，选择合适的焦化厂产品生产工艺，加强生产全流程的污染治理，成为健全焦化厂生产工艺推动焦化厂朝着现代化、绿色化方向发展的重要举措。

2.工艺设备的合理优化

通过实践分析可以了解到，焦化厂产品生产过程中，产生的污染物种类、数量等因素与产品生产工艺之间存在着直接的联系，因此，在新焦化厂生产工艺选择过程中，为实现污染问题的源头性管控，需要在明确自身产品生产需要的基础上，尽可能选择产品生产全流程污染程度低、能耗少或者副产物能够回收再利用的工艺与设备，推动焦化生产污染物治理工作能够从末端治理转为全流程管控。

（1）旧工艺。某焦化厂在过去的产品生产过程中存在着将带有刮奈或焦油溶奈功能的装置直接安装在煤气终冷过程中，作为直接式终冷器；直接将回收得到的氨用作氨水生产；面对富油预热温度偏低的情况，直接采用蒸汽脱苯技术完成成分分离工作；没有在生产活动开展前开展煤气脱硫处理；在净化酚氰污水时，仅对其进行萃取脱酚处理等问题。上述问题的存在不仅降低了产品生产过程中原材料的利用率，还加大了产品生产环节污染物直接排放对生态环境的破坏。

（2）新工艺。近年来随着焦化产品市场的不断繁荣，该焦化厂的产品销量也在逐渐增长。为了在满足当前市场对产品需要的基础上，实现产品生产污染物排放量的有效管控，该焦化厂建立了新的焦化厂分厂。在分厂建设过程中，该焦化厂工作人员以《清洁生产-炼焦行业（HJ/T 126—2003）》标准为基础，构建了如图1所示的炼焦及焦炭处理工艺流程。从图中可以看出，烟尘是产品生产全流程较为常见的污染物，为实现焦化厂生产环境的有效保护，加强装煤烟尘与出焦烟尘的治理成了提升新建焦化厂工艺质量水平的重要举措。具体来说，为实现产品生产全流程污染物的有效管控，新建焦化厂在煤储仓粉碎机室均配置了专门的除尘装置，在出煤出焦过程中，利用烟尘孵化装置完成了粉尘的收集净化工作。在熄焦塔、新天焦化厂配置了专门的除尘装置。同时为了实现装煤与出胶环节烟尘的有效治理，在焦化厂通过建立出焦除尘地面站装煤、出焦二合一除尘地面站，并合理应用装煤除尘车的方式，使得该厂大型机器炼焦炉在操作过程中能够满足《炼焦炉大气污染物排放标准（GB 16171—1996）》中对于污染物排放的二级要求。

图1 炼焦及焦炭处理工艺流程

3.环境保护的具体方法

（1）焦炉煤气净化工艺的应用。《清洁生产—炼焦行业（HJ/T 126—2003）》指出当前焦炉煤气常用的净化工艺主要有氨分解工艺与硫氨工艺两种，在新焦化厂建设过程中，为保证焦炉煤气净化工作能够取得良好效果，预先对氨分解工艺与硫氨工艺进行比较，成为一项极为必要的工作。具体来说，氨分解工艺与硫氨工艺的共同点在于：两者都以氨为碱源，应用湿式氧化法，完成焦炉煤气的脱硫以及前期煤气预冷、煤气鼓风冷凝等操作。两者的不同点在于：氨分解工艺在煤气脱硫工作后需要用水开展洗氨操作得到的成品为富氨水，若将得到的富氨水与剩余氨水送入蒸氨塔内，那么将得到质量分数在20%左右的含氨蒸汽。此时将蒸汽导入氨分解炉内，将会产生含有氢气的尾气，这一尾气具有一定的热值，此时将其导入气液分离器前的负压管道，使之与荒煤气混合到一起，不仅可以实现这部分能源的回收再利用，还可以有效减少尾气中硫化物、氢化物对大气环境的污染。硫氨工艺则是通过向尾气直接喷洒饱和碱性液体的方式，实现焦炉煤气中氨气回收以及硫氨的生产[1]。

需要注意的是，在上述工艺应用过程中，将氨作为碱源的原因是焦炉煤气生产环节产生了氨，并不需要因为上述操作而外购碱源，更能实现生产成本的有效管控。但通过生产实践可以了解到，当炼焦配煤中硫的质量分数在0.6%～0.8%之间时，煤气中硫化氢的质量浓度达到了7g/m3到8g/m3，此时若煤气中氨的质量浓度在5g/m3到6g/m3的范围内，那么以氨这一碱源的含量已经无法满足净化反应的需要。假设脱硫后煤气中硫化氢的质量浓度应为200mg/m3，脱硫效率应在97%以上，那么，在净化反应中应有关系式：氨/硫化氢≥1.0。为满足上述要求，焦化厂需要向煤气中补充一定量1.0g/m3到1.5g/m3的氨，即便该焦化厂在实际生产过程中采用分解固定氨这一技术方法完成氨的补充工作，但从经济性的角度看，生产大量的氨必然会产生较高的生产成本。因此，在实际生产活动中，利用蒸氨的方式，完成净化环节氨补充工作具有较强的可行性。此时利用碳酸钠代替氨作为净化反应的碱源，完成湿式氧化法脱硫工作，不仅可以提高脱硫工作的效率，还能保证后续尾气污染物含量符合城市煤气在内的脱硫质量要求[2]。

总之，在实际的焦化厂工艺选择工作中以氨作为碱源，利用湿式氧化法完成尾气脱硫工作的工艺。仅适用于含量大于10t的硫化氢日脱硫工作，若煤气中氨的质量浓度在6g/m3以上，硫化氢质量浓度在6g/m3以下的情况下，氨可以作为净化工作中唯一的碱源，且无须补充额外的氨，否则需要应用碳酸钠作为碱源，提升净化工作的合理性与可靠性。

（2）污水净化工艺的应用。焦化废水是当前焦化厂煤气净化、煤制焦炭、产品副产物回收再利用等环节中产生的含有高浓度酚类、联苯等有机污染物以及氨氮、氟离子等有害物质的废水。这类废水有着难降解、色度高的特征，若直接将其排放到自然环境中，必然给生态环境造成极为严重的破坏。现阶段为实现生态环境的有效保护，在新建焦化厂的过程中，选择并合理应用焦化废水处理工艺，成为从源头上实现污染问题有效管控的重要举措。

①污染物主要成分。该焦化厂生产废水主要由初冷阶段的煤气中冷水、煤气洗涤水、煤气冷凝水、煤气发生站的煤气经苯分离水洗涤水、气柜废水以及其他环节形成的废水共同组成。其中含有氢化物、BOD、COD、氨氮、悬浮物污染物。在实际产品生产过程中，这种废水有着组合物偏多、毒性较高、浓度较大、降解难度偏高等特点。若在实际生产过程中，焦化厂未能彻底清洁焦化废水，那么废水中含有的挥发酚可能会因无法得到全面净化，进而威胁附近植被、水产以及人类的身体健康。

②污染物处理工艺。现阶段为实现新建焦化厂污水的有效处理，焦化厂将A2O2生物脱氮处理工艺引入到了污水处理环节当中，通过在传统A/O脱氮基础上增添好氧段与缺氧段的方式提升了污水处理工艺的污染物净化能力。并且在对本文新建焦化厂污水净化效果进行分析后可以了解到，A2O2生物脱氮处理工艺的应用，使得污水中总氮与氨氮的去除率超过了95%，实现了污水的有效净化。在该焦化厂A2O2生物脱氮处理工艺应用过程中，深化处理系统、自动过滤系统、超滤系统、化学清洗系统、反渗透系统等装置的合理应用，不仅提升了污水净化工作效率，还降低了工作人员操作系统的难度。

第一，为保证处理后的废水能够达到相关部门提出的可排放要求，该焦化厂对焦化产品生产工艺流程进行了模拟，分析了污水中污染物的种类与含量，然后，参照相关部门给出的环保工作标准开展了深度处理系统的研发工作，改变了传统污水处理作业系统的工作流程，确保这一系统在后续应用过程中能够按照程序要求稳定运行。

第二，在焦化厂污水处理工作中，自动清洗过滤器的应用可以实现水中颗粒物、悬浮物等杂质的拦截与清除，达到净化水质，降低污水浊度，保护后续污水净化处理系统的目的。在本次新建焦化厂的污水处理工作中，借助现代化设备与智能化设计系统，自动清洗过滤系统辨别水中杂质的能力。在实际的污水净化工作中，清洗过滤系统可以通过给予排污阀固定信号的方式完成污水中废弃物的选择与排除，从而达到了提升污水处理效果的目的。

第三，中空纤维膜分离技术在当前的焦化厂废水处理工作中是一种较为常用的超滤技术，在本次新建焦化厂的污水净化工作中，工作人员将中空纤维膜分离技术融入了超滤系统当中，确保污水在通过这一系统时，中空纤维膜可以有效分离出污水中的分离核酸聚合物、大蛋白化合物等物质，去除污水中乳液、粒子、黏土、微生物等杂质，从而达到精准去除污水中大分子物质的目的。考虑到超滤技术属于压力驱动型膜分离技术，被分离的组分直径在0.01～0.1μm之间。为提升这一系统的应用质量，在构建超滤系统的过程中，工作人员需要为其配置特殊的阀门、管路、自清洗单元、控制单元、加药单元等系统模块，实现以中空纤维超模为核心的闭路连续污水净化操作流程[3]。

第四，在焦化厂污水处理系统中化学清洗系统的构建可以有效去除膜上粘连的藻类、细菌等生物，实现膜的全方位清洗，避免膜在长时间的污水处理工作中出现通水量大幅度下降的问题。现阶段膜清洗药剂包括氢氧化钠、盐酸、次氯酸钠等化学药品，定期开展清洗工作，不仅可以及时清除膜表面积累的各类污染物，还能提升装置的实用性能。需要注意的是，在当前的污水净化系统化学清洗工作开展过程中，为避免出现组件出口与进口压差大幅度上升的情况，焦化厂可以通过定期进行化学清洗处理的方式，完成污染物的清洁工作，并对系统其他部分进行杀菌处理。

第五，反渗透系统是当前焦化厂污水处理工作中极为重要的系统之一，主要由反渗透膜元件、保安滤器、压力管、高压泵、冲洗泵等元件共同组成。在本次新建焦化厂反渗透系统构建过程中，为避免水中的微粒进入反渗透膜组件当中，影响污水处理的效果，该焦化厂在污水处理系统中安置了三台处理量均为80m³/h的不锈钢过滤器。在实际污水处理过程中，若滤器进出口压差为1000g/m2，工作人员则需要以装置的具体工作效果为基础，分析是否需要更换新的滤器，确保污水净化处理系统整体工作效果能够符合新建焦化厂污水处理工作的要求。

4.结论

总而言之，在社会对环境保护工作重视度不断提升的背景下，焦化厂需遵循时代发展要求，通过选择合适的工艺方法，加强自身生产流程环境保护效果管控的方式，推动焦化厂的健康可持续发展。在本文研究过程中，尽管该新建焦化厂选择了多样化的净化工艺，实现了污染物的源头把控，但在实际的污染物净化工作当中，粉尘净化与污水净化这两种净化工艺的应用取得了最为明显的效果，因此对这两种净化工艺进行重点介绍，希望能够为新建焦化厂工艺选择与环境保护工作的开展提供参照。