炭素行业沥青烟气改造治理技术的探讨

于英鹏，赵晓辉，孙 涛

（威海市正大环保设备股份有限公司，山东 威海 264400）

在铝用炭素行业，高楼部生阳极生产工艺过程中，煅后焦经过破碎、筛分、磨粉、再与经破碎、筛分的残极生碎等回收料配料后加入液体沥青进行混捏。混捏好的糊料经振动成型机制成生阳极块。在工艺生产过程中，由于沥青挥发产生沥青烟气，沥青烟气的主要成分为碳氢化合物，直径为0.1μm～1μm 的焦油颗粒，多环、杂环芳烃和苯并芘致癌物等。

沥青烟气直接排放会对工人工作环境及大气产生污染，并引发多种职业危害。在新的环保形势、更加严格的排放指标要求下，炭素行业高楼部沥青烟气改造治理势在必行。

目前国内铝用炭素行业高楼部生阳极沥青烟气治理，根据生产工艺及污染物种类的不同，主要分三类：①焚烧净化技术：主要以采用燃烧反应器为主；②静电捕集净化技术：主要以电捕焦油器为主。③物料吸附净化技术：主要以氧化铝净化技术和炭粉吸附净化技术为主。

1 国内现有炭素行业沥青烟气治理技术分析

铝用炭素行业高楼部生阳极沥青烟气具有风量大、污染物浓度低、烟气温度低、烟气收尘点分布发散、位置距离较远等特点，为改善现场工作环境和减少大气污染排放，沥青烟气治理技术也在一步步完善改进。

1.1 焚烧净化技术

焚烧净化技术主要采用燃烧反应器，将烟气中的有机物在高温作用下分解为CO2和H2O 等无害的无机物，来保证烟气的治理。焚烧净化技术根据燃烧的温度和介质分为直接燃烧技术、催化燃烧技术、蓄热燃烧技术、蓄热催化燃烧技术。

1.1.1 直接燃烧技术

该工艺技术成熟，将沥青烟气通入燃烧反应器，通过加入辅助燃料燃烧，在高温燃烧过程中分解沥青废气。烟气污染物去除效率高，燃烧彻底，适用于中高浓度的有机废气治理，用于大风量、浓度低的烟气治理则能耗较大，运行费用较高。

1.1.2 催化燃烧技术

催化燃烧技术是在直接燃烧技术的基础上，增加催化剂催化作用，使低浓度有机烟气只需在300℃～400℃的催化燃烧温度进行分解，燃料消耗较少。

由于沥青烟气的黏附性、低浓度的特性，使得该技术在实践过程中存在一定的难度，沥青烟气积聚导致催化燃烧反应器内蜂窝状催化剂堵塞，催化剂使用寿命短，系统运行不稳定，运行费用较高。

1.1.3 蓄热燃烧技术和蓄热催化燃烧技术

蓄热式燃烧技术主要设备由预处理、蓄热室、燃烧室、燃烧机、切换阀组等组成。工作原理是将沥青烟气经过预处理，蓄热室将烟气预热至750℃，在燃烧室加热升温至850℃，使沥青烟气中的有机物氧化分解成无害的CO2和H2O，高温气体氧化分解时的热量被蓄热室贮存起来，用于下一个循环的预热，从而节省升温所需要的燃料消耗、相对于直接燃烧技术和催化燃烧技术降低了运行成本。

1.2 静电捕集净化技术

由于沥青的比电阻适宜.对金属无腐蚀作用.经捕集后呈液体，静电捕集法净化沥青烟气有较好的效果。对沥青烟气静电捕集主要采用电捕焦油器，其主要结构为壳体、沉淀极、电晕极、支吊架、气流均布板、出口槽形板、蒸汽吹扫管、高压电源、绝缘箱等部件组成。工作原理是：当沥青烟气进入电捕焦油器内后，在高压静电电场的作用下，将沥青烟、焦油吸附在阳极板排上，阳极板排上吸附的焦油会自动流下，达到净化的目的。

静电捕集净化技术的烟气捕集效率较低，制造、安装调试精度要求较高，整体运行费用较高。

1.3 物料吸附净化技术

1.3.1 氧化铝吸附净化技术

在铝电解行业使用的砂状氧化铝，比表面积可以达到40m2/g～80m2/g，微孔数量巨大，可以保证对沥青烟气中的焦油颗粒、多环、杂环芳烃和苯并芘等有较强的吸附效果。氧化铝吸附净化技术主要是利用氧化铝吸比表面积大、多微孔、吸附性强的特性。工作原理是：在反应器加入砂状氧化铝粉末，大量氧化铝吸附在焦油颗粒表面，形成较干燥的粉尘颗粒，使沥青烟气的状态由气液混合改变为气固混合，最终由脉冲袋式除尘器进行气固分离。在运行过程中可以设二次循环料，增加吸附料的使用效率。氧化铝吸附净化技术便捷、高效，可以有效的去除沥青烟气中的有害物质，达到较高的排放效果。

在铝用炭素行业附近有铝用电解行业可以采取氧化铝吸附净化技术，降低投入运行成本，但吸附完成的返回氧化铝会将焦油等污染物带入电解工段，增加运输成本及电解工段的环保设备压力。

1.3.2 炭粉吸附净化技术

在铝用炭素行业，高楼部生阳极生产工艺过程中，球磨机产出的细粉料，粒径：200 目占75%以上，它的空隙结构非常发达，发达的空隙结构就为其提供了大的比表面积，具有一种强烈的物理吸附特性，可以作为沥青烟气吸附的原料。工作原理是：在烟道各反应器加入球磨粉，大量球墨粉吸附在焦油颗粒表面，形成较干燥的粉尘颗粒，使沥青烟气的状态由气液混合改变为气固混合，最终由脉冲袋式除尘器进行气固分离。脉冲袋式除尘器捕集的回收粉料可以进入高楼部生阳极生产配料工艺，重新配比生产生阳极炭块，达到自产自销的循环利用模式。

炭粉吸附净化技术净化效率高、吸附反应彻底、返回料循环利用，不会产生二次搬运、二次污染、设备简单，运行维护成本低、设备投资成本较少。

2 沥青烟气改造治理技术的选择

综上所述，焚烧净化技术、静电捕集净化技术、物料吸附净化技术针对高楼部生阳极生产工艺中产生的沥青烟气，所能达到的净化标准指标、投资费用、运行费用也各不相同。其中炭粉吸附净化技术的优势较为明显，可以就地取材、建构简单、占地面积小、投资费用较低、净化效果好，符合高楼部生阳极生产实际，能够彻底解决高楼部沥青烟气污染的问题。

2.1 工艺流程

在高楼部生阳极生产工艺过程中将各个无组织排放的沥青烟气通过加设外置收尘罩或者密闭、半密闭式收尘罩进行收集，关键工艺位置增加电动阀门切换使用，各个工段收集的沥青烟气根据汇总位置进入收尘主烟道，在收尘主烟道中，烟气流向为：由下至上，在沥青烟气浓度较大的烟道设置吸附反应器。

球磨粉仓下部设置球磨粉缓冲仓，专用于沥青烟气净化系统加料使用，利用变频下料装置控制加料量，根据实际工艺工况条件调整下料参数。球磨粉通过高压风机吹入烟道吸附反应器，在吸附反应器中，加入的球磨粉被打散，快速的与沥青烟气中的焦油颗粒、多环、杂环芳烃和苯并芘等污染物进行强物理吸附，形成较干燥的粉尘颗粒。吸附完成的烟气追中进入到脉冲袋式除尘器中进行气固分离，洁净的烟气通过引风机排入至大气中。

不同的地区，冬季环境温度各不相同，在冬季环境气温过低时，为了防止沥青焦油烟气低温冷凝，降低烟气吸附反应效率、在烟道内壁形成黏附性粉尘、焦油等。设置导热油换热器，导热油换热器是利用高楼部生阳极生产工艺中导热油进油，通过换热翅片管，进行热交换。开启导热油换热器，利用鼓风机将室外洁净空气经换热器，加热至100℃，鼓入主烟道，提高烟气反应温度，可以维持高效吸附反应。

2.2 工艺优点

（1）炭粉吸附净化技术对比焚烧净化技术、静电捕集净化技术，采用吸附剂对沥青烟气进行物理吸附反应，避免了助燃燃料及高压电源的能源消耗，系统投资运行成本低。

（2）采用生产工艺中的球磨粉料作为吸附剂，烟气治理系统加入和产出的粉料均来自和供给生产工艺中，整套工艺配合高楼部生阳极生产工艺循环使用，不会产生二次污染，无需倒运吸附剂和返回料。

（3）导热油换热器具有安全可靠、能耗低、散热效率高。相比于电加热器，进入加热器的碳粉不会发生着火现象，降低了系统发生隐患的可能性，保证了系统运行的安全性。

（4）主烟道垂直布置，避免烟气在管道多次碰撞导致吸附剂掉落堆积在角落。分支烟道采用大角度倾斜及上下倒流方式，避免烟道内球墨粉与焦油积存，在一定的温度下，融化的焦油沿倾斜角度回流，保证烟道不出现焦油漏点。

2.3 沥青烟气治理效果

在正常选型设计及正常操作条件下，铝用炭素行业高楼部生阳极生产工艺中产生的沥青烟气等污染物经过改造治理侯，各项污染物排放浓度可以达到《铝工业污染物排放标准修改单》表1 中大气污染特别排放限值，七主要技术指标见表1。

表1 大气污染特别排放限值

3 结语

随着国家政策对环保的要求日益加大，炭素行业沥青烟气改造治理技术的研究也得到了更大的机遇。各式各样的治理技术针对不同的现场实际工况，所能达到的排放效果也不尽相同。新型的炭粉吸附净化技术相对于传统的治理技术，能够对较为复杂的工况、大风量低浓度的沥青烟气进行有效的治理的同时，大大降低的企业对系统运行的成本费用以及设备投资费用，将是炭素行业沥青烟气改造治理的主流方向。各企业应该针对自身的实际情况，选择高效节能的治理技术，推动企业环保产业的改造升级，最终实现企业效益、环境效益、社会效益促进共赢。