寧夏煤質(zhì)活性炭行業(yè)脫硫技術(shù)探討

范敏

摘 要：本文通過對(duì)煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，確定了空氣污染物二氧化硫的產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)，針對(duì)煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)過程中二氧化硫產(chǎn)排污的特征，結(jié)合即將頒布的活性炭工業(yè)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性角度選擇了適合于煤質(zhì)活性炭行業(yè)的二氧化硫排放治理設(shè)施及工藝。

關(guān)鍵詞：煤質(zhì)活性炭 余熱鍋爐 脫硫 活化爐 炭化爐

中圖分類號(hào)：X701.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（a）-0085-03

1 煤質(zhì)活性炭行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 活性炭簡(jiǎn)介

活性炭是一種由含碳物質(zhì)經(jīng)過炭化和活化制成的多孔性產(chǎn)物，外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料，它是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和人們的日常生活中?；钚蕴恳陨a(chǎn)原料不同，分為煤質(zhì)活性炭和木質(zhì)活性炭?jī)纱箢悺Ｃ嘿|(zhì)活性炭以弱粘煤、無煙煤、褐煤為主要原料，木質(zhì)活性炭主要以果殼（果核）、鋸末等為原料。

1.2 全國(guó)及寧夏活性炭生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國(guó)活性炭生產(chǎn)起步于20世紀(jì)50年代，1953年山西太原新華化工廠引進(jìn)前蘇聯(lián)斯列普活化爐，開創(chuàng)以煤為原料生產(chǎn)活性炭的歷史，是中國(guó)建設(shè)的第一家煤質(zhì)活性炭企業(yè)。活性炭生產(chǎn)至今已經(jīng)有60余年的發(fā)展歷史，產(chǎn)量、品種、質(zhì)量和應(yīng)用都有了很大提高和拓展。

我國(guó)活性炭的大規(guī)模發(fā)展是在20世紀(jì)80年代以后開始的，近幾年隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)活性炭的需求不斷增長(zhǎng)，活性炭產(chǎn)量、出口量均大幅提高。1978年我國(guó)活性炭的產(chǎn)量只有1.4萬t，到了2003年年產(chǎn)量達(dá)到26萬t，超過美國(guó)居世界第一位。2005年以來產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)現(xiàn)有煤質(zhì)活性炭企業(yè)約142家，木質(zhì)活性炭企業(yè)約181家。

全國(guó)活性炭2016年產(chǎn)量達(dá)65萬t，其中煤質(zhì)活性炭35 萬t，木質(zhì)活性炭30萬t。出口約25萬t。

2016年全國(guó)煤質(zhì)活性炭企業(yè)地理分布及產(chǎn)量如圖1所示。

從圖1中我們可以看出，寧夏和山西是煤質(zhì)活性炭的主產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量占到了全國(guó)的77%，而寧夏產(chǎn)量最大，占到全國(guó)的44%。寧夏煤質(zhì)活性炭企業(yè)主要集中在寧夏平羅縣，有生產(chǎn)廠家50多家，主要生產(chǎn)原料是寧夏特有的優(yōu)質(zhì)太西煤。

2 煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)SO2排污節(jié)點(diǎn)及SO2控制工藝分析

2.1 煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)工藝及產(chǎn)物節(jié)點(diǎn)

煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)工藝主要工序?yàn)槠扑槟シ邸⒊尚?、炭化、活化、成品處理（篩分和包裝）等。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的空氣污染物有顆粒物、SO2、NOX 、BaP、苯、NMHC、HCN，其中SO2的排放濃度不亞于一般的工業(yè)鍋爐。一些企業(yè)炭活化爐排放濃度高達(dá)1200mg/m3。煤質(zhì)活性炭的污染的一直沒有受到重視，除炭化爐尾氣因黃色煙霧使用余熱鍋爐焚燒外，絕大多數(shù)企業(yè)沒有脫硫設(shè)施。由于近年石嘴山市的環(huán)境空氣質(zhì)量沒有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，霧霾天氣出現(xiàn)次數(shù)增多，引起了當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的重視，2012年寧夏頒布了煤質(zhì)活性炭工業(yè)大氣污染物排放地方標(biāo)準(zhǔn)（DB 64/819-2012），目前活性炭行業(yè)排放國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正在制定。據(jù)了解，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中SO2排放濃度限值要求控制在200mg/m3以下。因此煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)企業(yè)上脫硫設(shè)施被提上了歷史日程。

煤質(zhì)活性炭SO2的產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)在炭化、活化工序，產(chǎn)污設(shè)備為炭化爐和活化爐。煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)用炭化爐、活化爐不同于工業(yè)窯爐，有其自身特點(diǎn)。本文下面對(duì)適合于煤質(zhì)活性炭行業(yè)的脫硫方法和配套設(shè)施進(jìn)行分析選擇。

2.2 目前國(guó)內(nèi)脫硫技術(shù)分析

當(dāng)前存在的各式各樣的脫硫技術(shù)，總數(shù)量能到上百種，按脫硫方式可大致分為煤炭燃燒前脫硫、煤炭燃燒時(shí)脫硫以及煤炭燃燒后脫硫三類。

（1）燃燒前脫硫.實(shí)現(xiàn)燃燒前的脫硫大都要通過洗煤、汽化煤或者液化煤的方式，其中洗煤能起到的效果十分有限，其他兩種則效果較好，具有良好的發(fā)展前景，但是這兩種方式從經(jīng)濟(jì)角度上來說不具有推廣價(jià)值，成本略高。

（2）燃燒中脫硫.利用循環(huán)流化床鍋爐來實(shí)現(xiàn)脫硫。循環(huán)流化床技術(shù)是最近幾年出現(xiàn)的脫硫新技術(shù)，在循環(huán)流化床上可以實(shí)現(xiàn)煤炭的高燃燒率、低排硫率，對(duì)環(huán)境的污染最小化且成本要求不高，當(dāng)前循環(huán)流化床技術(shù)正在迅速應(yīng)用在各個(gè)排硫戰(zhàn)場(chǎng)。

（3）燃燒后脫硫.即煙氣脫硫法。煙氣脫硫法是目前應(yīng)用范圍最大的脫硫方法，其中涵蓋了很多種類。濕法煙氣脫硫是當(dāng)前最有效、應(yīng)用最廣闊的脫硫方式，當(dāng)前的我國(guó)擁有的發(fā)電裝置中，約有85%使用的是此種脫硫方式。

煤質(zhì)活性炭有嚴(yán)格的配比，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，燃燒前脫硫（氣化、液化、洗選）改變了煤炭的物化性質(zhì)，不適合活性炭行業(yè)。煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)過程中SO2產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)在余熱鍋爐，余熱鍋爐使用的燃料是炭化尾氣、活化尾氣，都是氣體燃料。因此燃燒中脫硫也不適合于煤質(zhì)活性炭工業(yè)。

煤質(zhì)活性炭炭活化尾氣最適合的脫硫方法是燃燒后脫硫——即煙氣脫硫法（FGD）。煙氣脫硫法也是我國(guó)目前應(yīng)用最廣泛的脫硫方法。

煙氣脫硫技術(shù)主要利用各種堿性的吸收劑捕集煙氣中的SO2，并將其轉(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定且易機(jī)械分離的硫化物或單質(zhì)硫，從而達(dá)到脫硫的目的。FGD的方法按脫硫劑和脫硫產(chǎn)物干濕狀態(tài)可分為三類。

（1）濕法FGD技術(shù)是用吸收劑的溶液或漿液在濕狀態(tài)下脫硫或處理脫硫產(chǎn)物，該法具有脫硫反應(yīng)快、設(shè)備簡(jiǎn)單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問題。

（2）干法FGD技術(shù)的脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進(jìn)行，該法具有無污水廢酸排出，設(shè)備腐蝕程度較輕，煙氣在凈化過程中無明顯溫降，凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)，但存在脫硫效率低、反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大現(xiàn)場(chǎng)布置困難等問題。

（3）半干法FGD技術(shù)兼有干法與濕法的一些特點(diǎn)。指脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫、在濕狀態(tài)下再生（如水洗活性炭再生流程），或在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術(shù)。特別是在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法，以其濕法脫硫反應(yīng)快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又有干法無污水廢酸排放的優(yōu)點(diǎn)。

另外，從工藝上來看，電子束煙氣脫硫是干法煙氣脫硫的一個(gè)分支。其原理是指將煙氣用高能電子束照射，從而通過輻射反映實(shí)現(xiàn)脫硫。在用電子束煙氣脫硫的過程中，廢水、廢渣等都不會(huì)額外產(chǎn)生，而且副產(chǎn)品還可以用作化肥。

目前市場(chǎng)上常見的各種FGD脫硫方法的優(yōu)劣點(diǎn)比較見表2。

根據(jù)表2內(nèi)容可知，對(duì)于大型煤質(zhì)活性炭企業(yè)，考慮炭化爐、活化爐尾氣集中處理排放，適合于石灰/石灰石法，對(duì)于中小型煤質(zhì)活性炭企業(yè)，適合于鈉-鈣雙堿法，目前此法已經(jīng)有個(gè)別活性炭企業(yè)試用。如果這類企業(yè)有氨法脫硝設(shè)施，考慮原料的同一性，氨法脫硫也可以考慮。

3 結(jié)論

煤質(zhì)活性炭企業(yè)炭活化尾氣余熱鍋爐功率一般在4～6t/h，尾氣中SO2的濃度在280～1200mg/m3范圍內(nèi)，采用石灰/石灰石法、鈉-鈣雙堿法，脫硫效率均可達(dá)到90%以上，脫硫后尾氣排放濃度低于200mg/m3，可以達(dá)到即將頒布的活性炭工業(yè)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)限值。因此，以上兩種脫硫方法在技術(shù)上是可行的。

單套脫硫設(shè)備投資在30萬～50萬。以年產(chǎn)5000～10000t煤質(zhì)活性炭為例，企業(yè)總投資額在6000萬元～11000萬元，炭活化工序治理設(shè)施投資額在180萬元～300萬元，占企業(yè)總投資的2.7%～3%，運(yùn)行費(fèi)用增加250～300元/t產(chǎn)品，約占成本的2.5%。投資和運(yùn)行費(fèi)用所占比例都不高，因此，以上兩種脫硫方法在經(jīng)濟(jì)上也是可行的。

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