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【摘要】本文阐述了焦化生产工艺的现状,指出目前焦化生产中污染治理技术存在的问题,探讨焦化清洁生产和污染物治理新技术。
【关键词】焦化清洁生产污染控制
中图分类号：Q958.116 文献标识码：A 文章编号：
发展清洁生产工艺是实现环境保护；三废治理的重要治本措施,国际ISO14000环境管理体系明确提出清洁生产工艺的标准,要求逐步淘汰对环境有危害的生产工艺及生产原料。目前我国的经济发展十分迅速,因而环境压力也越来越大,采用清洁生产同“末端治理”相结合,则可节约成本,同时获得环境效益和经济效益。
一、焦化污染物来源及污染特点
焦化生产过程中所产生的污染物种类繁多,它大多存在于废水和废气中,其生产排放的废水废气主要产生于炼焦生产过程中的煤气净化，化学产品精制等工艺过程；尤其是在煤气的净化过程中,因焦炉煤气采用循环氨水直接与煤气接触以达到净化!冷却煤气的目的,虽然冷却快,去除了煤气中的大部分粉尘和焦油,但由此产生的废水中包含了煤气中的各种有害物质,极难处理；同时,荒煤气的余热全部浪费,而且被循环氨水吸收的热量还需消耗大量的冷却水。
二、清洁生产工艺，焦炉煤气净化新技术探讨
鉴于焦化生产的污染特点,提出了焦炉煤气的干法净化技术"将烟气冷凝净化法移植应用于焦炉煤气净化系统,通过用分阶段冷却和除尘工艺来替代传统焦化系统中直接用氨水喷淋荒煤气的湿法熄焦工艺,具体工艺包括焦炉煤气的高温热回收、除尘、除焦油、中温热回收、冷却、净化等,不仅有利于余热回收,而且大大减少了焦化废水的排放量。本文对荒煤气高温余热的(冷却)回收利用技术进行了重点研究,它是焦炉煤气的干法净化技术研究的第一个环节,也是采取源头治理清洁生产工艺的一个重要环节。
1现有焦炉煤气净化技术存在的问题
随着世界范围内环保法规的日趋严格以及人们环保意识的不断增强,传统的煤气净化技术已不能满足需要,显示出资源浪费、环境污染等缺陷；尤其是氨和苯多未回收或回收利用率低下,高热值煤气未合理利用,因而经济效益差。焦炉煤气中H2S、HCN及其燃烧产物对大气环境的污染问题已显得日益突出,严重影响了焦化工业的可持续发展，改进现有焦炉煤气净化工艺技术刻不容缓,主要从以下三个方面着手：（1）消除焦炉加热煤气管道的堵塞、腐蚀等问题,改善焦炉加热条件,同时合理利用焦炉煤气,促进焦炉生产正常化；（2）确保氨、苯烃及焦炉煤气等资源的合理利用,节能降耗,降低焦炭生产成本,提高企业经济效益；（3）降低中小型焦化厂生产过程中废水、废气、烟尘等的排放量和有毒物质浓度,保护环境。
2 工艺原理
该系统的技术关键是准确控制整个流程系统中的温度分布。从焦炉出口的煤气(约800℃一850℃)首先经过热回收器,通过热交换后煤气被冷却到500℃左右,同时从热回收器出来的热空气是一种良好的热源。而后煤气进入旋风除尘器,除去煤气中的粗粉尘,再由底部进入陶瓷除尘塔,经过塔内陶瓷球的过滤吸附,除去高温煤气中直径在50Lm左右的细粉尘颗粒。当陶瓷球达到饱和状态,启动陶瓷球连续再生装置,清除陶瓷球表面的灰尘,再生循环使用。从陶瓷塔顶出来的清洁煤气进入焦油冷却分离器,煤气温度控制在400℃左右,由于焦炉煤气在400℃以下会产生焦油凝集,必须及时分离冷凝的焦油,防止其冷凝在换热管管壁上,堵塞煤气通道"因此冷却分离器整体倾斜放置以利于焦油的流动"并且,分离器底部分段设置引流槽,对不同温度段下冷凝出来的焦油分段引出"出焦油冷却分离器的煤气温度控制在85℃一100℃,而后进入初冷塔脱萘,最后煤气进入深冷室,冷冻温度在-15℃一-20℃,分离纯化煤气中的H2S、SO2、HCN等，深冷部分采用自行设计的热制冷系统。
3工艺特点
（1）粉尘去除率高。经过旋风除尘和高温陶瓷除尘,煤气中的粉尘去除率很高。
（2）热回收利用率高。用分阶段冷却和除尘来替代传统焦化系统中直接用氨水喷淋荒煤气,可回收利用大量的焦炭显热(据统计,焦炉耗热量中焦炭的显热占40%,干熄焦设备可回收焦炭显热的80%),是焦化厂最大节能和环保项目,系统中热制冷的热源就是焦油冷却分离器中的冷却介质油。
（3）减轻了焦化废水的处理难度。采用物理方法来回收荒煤气中的焦油,就避免了由氨水喷淋所引起的化学反应而产生的多余杂质成分和NH3进入焦炉煤气,有利于后阶段的煤气净化,也大大减少了焦化废水的排放量,降低了焦化废水的处理难度,为焦化污染治理提供了新技术、新思路。
（4）从改进完善焦化生产工艺着手,尽量降低污染物质含量,并保证生产的稳定。
三、末端污染物治理，焦化废水脉冲放电等离子体处理技术的提出
以上源头治理的方法已大大减少了废水的排放量,但还达不到直接排放的要求,因此还要进行进一步的处理。目前,焦化废水处理技术应用比较成熟的方法主要是活性污泥法,而该方法处理后的焦化废水中氰化物及氨氮等污染物常常有超标现象,基于废水中有机污染物的复杂性和多样性,一种方法处理后的外排废水往往达不到国家废水排放标准。因此在焦化废水的处理技术中,应考虑几种处理技术的联合使用,利用现有的废水处理设施,把氧化技术作为预处理方法,产生高效、适用，经济的联合废水处理技术；即脉冲放电废水处理技术是继高能电子辐射、臭氧氧化和光化学催化氧化等处理方法取得进展后出現的新兴污水处理技术。
1 脉冲放电等离子体处理废水的原理
脉宽仅为数十至数百纳秒上升时间极短的超窄高压脉冲周期性重复施加于极不均匀电场系统上,产生重复的脉冲电晕放电,能在常压下获得电子温度很高而离子温度及中性粒子温度很低的非平衡等离子体。利用高压毫微秒脉冲发生装置在气液混合两相体中产生高压脉冲,在毫微秒级高压脉冲作用下,水雾周围会形成很高的局部电场，脉冲所产生的电子在其自由行程内可获得很高能量,当与水分子碰撞时,就会形成与电子辐射相类似的效果,产生氧化性羟基自由基和还原性的水生电子,同时会在水溶液中形成较强的重复性激波。另一方面,电子被加速到一定程度后,会使氧气变成臭氧,电极间电晕放电会使气体分子激励状态发生改变而产生紫外光,从而达到降解有机物的目的。
2 利用脉冲放电等离子体处理焦化废水的实验验证结果
武汉钢铁集团公司与华中科技大学共同开发了该课题,并在实验室进行了脉冲放电等离子体处理焦化废水实验研究,其实验结果为:
（1）用放电等离子体处理焦化废水,能够很好地降解水中的氰化物,氰化物氧化分解产生CNO-NH4+和NH3,氰化物的降解率可达92%。
（2）经过多次放电,最终使氰化物及氨氮的浓度降低,水中氨氮氧化成为NO3,可减少生物处理过程中氰化物及氨氮对生物的抑制作用,提高生化处理的效果。
（3）焦化废水中氨氮和多环芳烃对COD的浓度影响较大。放电处理过程中,COD的浓度呈现出降低一升高一降低一升高一降低的趋势，废水中的稠环及杂环芳烃等大分子难降解有机物氧化分解为烯烃!烷烃等小分子有机物,小分子有机物最终氧化分解生成CO2和H2O,从而提高了废水中有机污染物的可降解率。
四、结束语
在改造现有煤气净化工艺技术的同时,应致力于开发高效无污染的焦化生产净化新工艺和环境治理的前沿技术,实现炼焦工业的清洁生产。
【关键词】焦化清洁生产污染控制
中图分类号：Q958.116 文献标识码：A 文章编号：
发展清洁生产工艺是实现环境保护；三废治理的重要治本措施,国际ISO14000环境管理体系明确提出清洁生产工艺的标准,要求逐步淘汰对环境有危害的生产工艺及生产原料。目前我国的经济发展十分迅速,因而环境压力也越来越大,采用清洁生产同“末端治理”相结合,则可节约成本,同时获得环境效益和经济效益。
一、焦化污染物来源及污染特点
焦化生产过程中所产生的污染物种类繁多,它大多存在于废水和废气中,其生产排放的废水废气主要产生于炼焦生产过程中的煤气净化，化学产品精制等工艺过程；尤其是在煤气的净化过程中,因焦炉煤气采用循环氨水直接与煤气接触以达到净化!冷却煤气的目的,虽然冷却快,去除了煤气中的大部分粉尘和焦油,但由此产生的废水中包含了煤气中的各种有害物质,极难处理；同时,荒煤气的余热全部浪费,而且被循环氨水吸收的热量还需消耗大量的冷却水。
二、清洁生产工艺，焦炉煤气净化新技术探讨
鉴于焦化生产的污染特点,提出了焦炉煤气的干法净化技术"将烟气冷凝净化法移植应用于焦炉煤气净化系统,通过用分阶段冷却和除尘工艺来替代传统焦化系统中直接用氨水喷淋荒煤气的湿法熄焦工艺,具体工艺包括焦炉煤气的高温热回收、除尘、除焦油、中温热回收、冷却、净化等,不仅有利于余热回收,而且大大减少了焦化废水的排放量。本文对荒煤气高温余热的(冷却)回收利用技术进行了重点研究,它是焦炉煤气的干法净化技术研究的第一个环节,也是采取源头治理清洁生产工艺的一个重要环节。
1现有焦炉煤气净化技术存在的问题
随着世界范围内环保法规的日趋严格以及人们环保意识的不断增强,传统的煤气净化技术已不能满足需要,显示出资源浪费、环境污染等缺陷；尤其是氨和苯多未回收或回收利用率低下,高热值煤气未合理利用,因而经济效益差。焦炉煤气中H2S、HCN及其燃烧产物对大气环境的污染问题已显得日益突出,严重影响了焦化工业的可持续发展，改进现有焦炉煤气净化工艺技术刻不容缓,主要从以下三个方面着手：（1）消除焦炉加热煤气管道的堵塞、腐蚀等问题,改善焦炉加热条件,同时合理利用焦炉煤气,促进焦炉生产正常化；（2）确保氨、苯烃及焦炉煤气等资源的合理利用,节能降耗,降低焦炭生产成本,提高企业经济效益；（3）降低中小型焦化厂生产过程中废水、废气、烟尘等的排放量和有毒物质浓度,保护环境。
2 工艺原理
该系统的技术关键是准确控制整个流程系统中的温度分布。从焦炉出口的煤气(约800℃一850℃)首先经过热回收器,通过热交换后煤气被冷却到500℃左右,同时从热回收器出来的热空气是一种良好的热源。而后煤气进入旋风除尘器,除去煤气中的粗粉尘,再由底部进入陶瓷除尘塔,经过塔内陶瓷球的过滤吸附,除去高温煤气中直径在50Lm左右的细粉尘颗粒。当陶瓷球达到饱和状态,启动陶瓷球连续再生装置,清除陶瓷球表面的灰尘,再生循环使用。从陶瓷塔顶出来的清洁煤气进入焦油冷却分离器,煤气温度控制在400℃左右,由于焦炉煤气在400℃以下会产生焦油凝集,必须及时分离冷凝的焦油,防止其冷凝在换热管管壁上,堵塞煤气通道"因此冷却分离器整体倾斜放置以利于焦油的流动"并且,分离器底部分段设置引流槽,对不同温度段下冷凝出来的焦油分段引出"出焦油冷却分离器的煤气温度控制在85℃一100℃,而后进入初冷塔脱萘,最后煤气进入深冷室,冷冻温度在-15℃一-20℃,分离纯化煤气中的H2S、SO2、HCN等，深冷部分采用自行设计的热制冷系统。
3工艺特点
（1）粉尘去除率高。经过旋风除尘和高温陶瓷除尘,煤气中的粉尘去除率很高。
（2）热回收利用率高。用分阶段冷却和除尘来替代传统焦化系统中直接用氨水喷淋荒煤气,可回收利用大量的焦炭显热(据统计,焦炉耗热量中焦炭的显热占40%,干熄焦设备可回收焦炭显热的80%),是焦化厂最大节能和环保项目,系统中热制冷的热源就是焦油冷却分离器中的冷却介质油。
（3）减轻了焦化废水的处理难度。采用物理方法来回收荒煤气中的焦油,就避免了由氨水喷淋所引起的化学反应而产生的多余杂质成分和NH3进入焦炉煤气,有利于后阶段的煤气净化,也大大减少了焦化废水的排放量,降低了焦化废水的处理难度,为焦化污染治理提供了新技术、新思路。
（4）从改进完善焦化生产工艺着手,尽量降低污染物质含量,并保证生产的稳定。
三、末端污染物治理，焦化废水脉冲放电等离子体处理技术的提出
以上源头治理的方法已大大减少了废水的排放量,但还达不到直接排放的要求,因此还要进行进一步的处理。目前,焦化废水处理技术应用比较成熟的方法主要是活性污泥法,而该方法处理后的焦化废水中氰化物及氨氮等污染物常常有超标现象,基于废水中有机污染物的复杂性和多样性,一种方法处理后的外排废水往往达不到国家废水排放标准。因此在焦化废水的处理技术中,应考虑几种处理技术的联合使用,利用现有的废水处理设施,把氧化技术作为预处理方法,产生高效、适用，经济的联合废水处理技术；即脉冲放电废水处理技术是继高能电子辐射、臭氧氧化和光化学催化氧化等处理方法取得进展后出現的新兴污水处理技术。
1 脉冲放电等离子体处理废水的原理
脉宽仅为数十至数百纳秒上升时间极短的超窄高压脉冲周期性重复施加于极不均匀电场系统上,产生重复的脉冲电晕放电,能在常压下获得电子温度很高而离子温度及中性粒子温度很低的非平衡等离子体。利用高压毫微秒脉冲发生装置在气液混合两相体中产生高压脉冲,在毫微秒级高压脉冲作用下,水雾周围会形成很高的局部电场，脉冲所产生的电子在其自由行程内可获得很高能量,当与水分子碰撞时,就会形成与电子辐射相类似的效果,产生氧化性羟基自由基和还原性的水生电子,同时会在水溶液中形成较强的重复性激波。另一方面,电子被加速到一定程度后,会使氧气变成臭氧,电极间电晕放电会使气体分子激励状态发生改变而产生紫外光,从而达到降解有机物的目的。
2 利用脉冲放电等离子体处理焦化废水的实验验证结果
武汉钢铁集团公司与华中科技大学共同开发了该课题,并在实验室进行了脉冲放电等离子体处理焦化废水实验研究,其实验结果为:
（1）用放电等离子体处理焦化废水,能够很好地降解水中的氰化物,氰化物氧化分解产生CNO-NH4+和NH3,氰化物的降解率可达92%。
（2）经过多次放电,最终使氰化物及氨氮的浓度降低,水中氨氮氧化成为NO3,可减少生物处理过程中氰化物及氨氮对生物的抑制作用,提高生化处理的效果。
（3）焦化废水中氨氮和多环芳烃对COD的浓度影响较大。放电处理过程中,COD的浓度呈现出降低一升高一降低一升高一降低的趋势，废水中的稠环及杂环芳烃等大分子难降解有机物氧化分解为烯烃!烷烃等小分子有机物,小分子有机物最终氧化分解生成CO2和H2O,从而提高了废水中有机污染物的可降解率。
四、结束语
在改造现有煤气净化工艺技术的同时,应致力于开发高效无污染的焦化生产净化新工艺和环境治理的前沿技术,实现炼焦工业的清洁生产。