西昌化產(chǎn)焦油渣無害化處置及超級離心脫渣技術(shù)研究

格爾子聰，趙新春，李 東，李興勝，楊 波

(攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司,四川 西昌 615032)

西昌焦化是煉鐵高爐冶煉原燃料焦炭生產(chǎn)線，是國內(nèi)大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)第一家建成投產(chǎn)6.25 m搗固焦?fàn)t的廠家，設(shè)備自動化控制水平高，焦?fàn)t生產(chǎn)的搗固焦炭強(qiáng)度高，被成功應(yīng)用于1750 m3大型釩鈦磁鐵礦高爐上。其中煉焦中產(chǎn)生的荒煤氣由煤氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行處置，主要由冷凝鼓風(fēng)、硫銨、終冷洗滌、脫渣、制酸、粗苯蒸餾段和綜合油庫等組成。

國內(nèi)焦化企業(yè)處理焦油渣的方法大致有以下兩種方法，第一種是將焦油渣直接隨配合煤進(jìn)入煤塔回用于煉焦或直接混入燃料煤中回用于煉焦；第二種是將焦油渣和煤粉混合攪拌,制作成型球團(tuán)，輸送到煤塔回用于煉焦。但是，這兩種處理方式都存在弊端，無法滿足焦油渣無害化處置及超級離心脫水脫渣技術(shù)。

因此，采用先進(jìn)、成熟、可靠、實用的物理分離方式處理粗焦油和焦油渣，可將焦油渣中的煤粉和焦油分開,焦油作為產(chǎn)品銷售或加工,煤粉作為煉焦煤使用,不僅有利于回收化產(chǎn)品焦油,也有利于焦炭質(zhì)量穩(wěn)定，同時大大改善現(xiàn)場環(huán)境。焦油渣處理系統(tǒng)為獨立的系統(tǒng)，系統(tǒng)運行及停運不影響化產(chǎn)裝置的連續(xù)運行，焦油渣處理系統(tǒng)的負(fù)荷范圍與化產(chǎn)裝置負(fù)荷范圍相協(xié)調(diào)，保證在負(fù)荷調(diào)整的情況下，焦油渣處理系統(tǒng)具有良好的、適宜的調(diào)節(jié)特性，在化產(chǎn)裝置運行的條件下能可靠和穩(wěn)定地連續(xù)運行。

1 工藝現(xiàn)狀及存在問題

1.1 工藝特點

焦化化產(chǎn)由冷凝鼓風(fēng)、酸洗法硫銨、終冷洗苯、脫渣、蒸餾、硫酸及油庫七個裝置組成。其中，冷凝鼓風(fēng)裝置由煤氣初冷、電捕焦油器、鼓風(fēng)機(jī)及焦油氨水分離四個單元組成；蒸餾裝置由剩余氨水蒸氨、粗苯蒸餾、脫渣再生三個單元組成。硫酸裝置WSA濕法制酸工藝及主要設(shè)備從丹麥TOPSOE公司引進(jìn)。煤氣處理量：66706～71375 m3/h。煤氣凈化工藝流程：荒煤氣→氣液分離器→初冷器→電捕焦油器→鼓風(fēng)機(jī)→酸洗塔→終冷、洗苯→真空碳酸鉀法脫渣制酸→凈煤氣供用戶。

西昌焦化采用焦油氨水分離工藝系統(tǒng)，氣液分離器分出的焦油氨水混合液進(jìn)入4臺并聯(lián)作業(yè)的機(jī)械刮渣槽，分離出的焦油渣由機(jī)械刮板機(jī)刮入焦油渣小車，定期送往備煤車間摻入煉焦煤中。脫除焦油渣后的焦油氨水進(jìn)入2臺并聯(lián)作業(yè)的立式焦油氨水分離槽靜置分離，從焦油氨水分離槽分離出的焦油經(jīng)過焦油溢流瓶進(jìn)入2臺并聯(lián)的焦油中間槽，由焦油泵經(jīng)液位調(diào)節(jié)器送往焦油庫儲存；從焦油氨水分離槽分出的氨水從上部溢流進(jìn)入循環(huán)氨水中間槽，再用循環(huán)氨水泵送往焦?fàn)t集氣管噴灑。從焦油氨水分離器分出的多余氨水滿流至剩余氨水中間槽，再用泵將其抽出，送經(jīng)陶瓷過濾器、氣浮除焦油器，脫除氨水中的焦油及懸浮物后進(jìn)入剩余氨水槽，再用泵送往蒸餾裝置原料氨水槽。使用高壓氨水泵將氨水從循環(huán)氨水泵抽出送至焦?fàn)t用于無煙裝煤和集氣管清掃。陶瓷過濾器需定期用過濾后的氨水并輔以低壓飽和蒸汽反沖洗，沖洗后的污水排入地下放空槽。由焦油氨水分離器中部連續(xù)引出一定量的焦油氨水混合液(乳化液)，由噴灑液泵送至初冷器的中、下段噴灑。

油庫工藝技術(shù)采用本裝置為液體產(chǎn)品及原料的貯存及裝卸場所，設(shè)置焦油貯槽，接受冷凝鼓風(fēng)裝置送來的焦油，靜止分水后用泵裝車外銷；設(shè)置粗苯貯槽，接受粗苯蒸餾單元送來的產(chǎn)品粗苯，并定期用泵裝車外銷；設(shè)置洗油汽車槽車卸車槽及洗油貯槽，用于接受并貯存外購的焦油洗油，并定期用泵送往粗苯蒸餾單元新洗油槽；設(shè)置NaOH和KOH堿液汽車槽車卸車槽及NaOH貯槽、KOH貯槽，用于接受外購的NaOH堿液、KOH堿液，并定期用泵送往脫渣裝置堿液中間槽；本裝置物料進(jìn)出運輸采用汽車，焦油外付泵及粗苯外付泵揚(yáng)程滿足送鐵路裝車線要求。

1.2 存在問題分析

焦油渣是焦化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種粘稠狀工業(yè)固體危險廢棄物，其主要成分為煤粉、焦粉和重質(zhì)焦油等，物質(zhì)中含有苯類、酚類、萘類等多種成分。焦油渣已經(jīng)被列為危險固體廢棄物，包括煤焦油精煉過程中焦油儲存設(shè)施中的焦油渣(252-005-11)、煉焦過程中澄清設(shè)施底部的焦油渣(252-002-11)以及煉焦和煉焦副產(chǎn)品回收過程中焦油儲存設(shè)施中的焦油渣(252-004-11)。

西昌焦化采用焦?fàn)t高壓氨水無煙裝煤技術(shù)，焦油渣在焦油槽中的沉積效應(yīng)非常明顯，為維持正常生產(chǎn)，需定期對焦油儲槽進(jìn)行清理，不僅耗費人工成本，同時由于清理作業(yè)空間密閉，存在較大安全風(fēng)險。主要為以下幾點問題：

(1)從機(jī)械化澄清槽中出分離的粗焦油含大量的焦油渣，焦油渣在焦油槽中會沉積，使得每年都要對焦油槽進(jìn)行清理，耗費大量的人力物力。國內(nèi)大部分焦化廠的鼓冷工段普遍使用了焦油超級離心機(jī)，對粗焦油進(jìn)一步分離，除掉粗焦油中所含的大部分的氨水和焦油渣。

(2)焦油渣具有粘稠性、粘附性的特性，極易粘附在設(shè)備上，易造成給料不暢、粘連皮帶，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)煤塔堵料、下料斗堵料等現(xiàn)象。

(3)焦油渣的粘稠性和組分的波動性影響了配煤的準(zhǔn)確率。焦油渣中含30%～40%的煤焦油，隨焦油渣配煤入爐燃燒，造成煤焦油損失，降低化產(chǎn)品收益。焦油渣直接回用于煉焦，易導(dǎo)致焦?fàn)t熱負(fù)荷升高，對設(shè)備的腐蝕性加大，不但會產(chǎn)生多環(huán)芳烴等有害廢氣排入大氣中，還會造成焦油渣中30%左右的煤焦油等高附加值組分浪費。

2 解決方案

2.1 增設(shè)超級離心機(jī)技術(shù)

需要分離的物料(粗焦油)通過離心機(jī)中心供料管進(jìn)入離心機(jī)內(nèi)，在離心力的作用下，密度最大的固體(焦油渣)沉降在轉(zhuǎn)鼓壁上，二相密度不同的清液形成同心圓柱，較輕的液相(氨水)處于內(nèi)層，較重的液相(凈焦油)處于外層，不同液體環(huán)的厚度可通過調(diào)節(jié)溢流堰和可變?nèi)~輪來改變。分離后的氨水和凈焦油分別由各自的出口排出，沉積在轉(zhuǎn)筒壁上的固體(焦油渣)由螺旋輸送器傳送到轉(zhuǎn)筒體的錐體端，從排料口排出[1]。

2.1.1 工藝要求

機(jī)械化焦油分離槽出來的粗焦油進(jìn)入焦油中間泵入口，由焦油中間泵輸送至超級離心機(jī)進(jìn)行脫水脫渣，在超級離心機(jī)內(nèi)粗焦油為三相，固相為焦油渣，排入焦油渣處理裝置的液化罐中；輕液相為氨水，流入地下槽，待地下槽液位達(dá)到一定高度后送到機(jī)械化澄清槽；重液相為凈焦油，流入焦油中間槽，待焦油中間槽液位達(dá)到一定高度后送到焦油槽。

裝置組成如下：

化產(chǎn)一系：1臺焦油中間槽、2臺焦油移送泵和2臺超級離心機(jī)。

化產(chǎn)二系：1臺焦油中間槽、2臺焦油移送泵和2臺超級離心機(jī)。

表1 工藝處理功能

2.1.2 技術(shù)更新

(1)采用進(jìn)口超級離心機(jī)，分離效率高，自動化程度高，不需新增勞動定員；

(2)工藝技術(shù)改造過程不影響生產(chǎn)，施工簡便。

表2 主要設(shè)備

2.2 采用新工藝技術(shù)

2.2.1 工藝特點

在超級離心機(jī)焦油渣排渣口將焦油渣收集到焦油渣預(yù)處理裝置(液化罐)內(nèi)。焦油渣通過利用循環(huán)氨水的溫度對焦油渣進(jìn)行加溫液化，冬天溫度低于-5 ℃以下需要用蒸汽加熱液化罐，有雙套加溫設(shè)備增加流動性。同時通過破碎，使焦油渣變?yōu)楸阌谳斔偷牧黧w，攪拌混勻后的焦油渣首先經(jīng)過焦油渣研磨機(jī)研磨，再由焦油渣輸送泵輸送至焦油渣離心機(jī)，分離得到干渣和油水混合物，干渣直接用于配煤，油水混合物自流送回至焦油氨水分離器，從而實現(xiàn)了焦油渣的深度分離回收[2]。

(1)整個系統(tǒng)采取全程密封運行，在分離裝置上方的尾氣出口接入現(xiàn)場現(xiàn)有VOCS尾氣系統(tǒng)。

(2)焦油渣(含油水)預(yù)處理系統(tǒng)：將焦油渣破碎、離心干化處理，即將焦油渣進(jìn)行破碎后，再進(jìn)行離心分離干化，回收焦油渣里面的焦油、氨水，增加部分焦油產(chǎn)量；離心干燥后的固體焦油渣成細(xì)粉狀，焦油渣粉的性質(zhì)與焦粉性質(zhì)相似，與配合煤粒度相似，用于回配到配合煤中，替代部分瘦煤使用，降低配煤成本[3]。

圖1 簡易工藝流程圖

(3)裝置組成

化產(chǎn)一系設(shè)計內(nèi)容為1臺機(jī)械化澄清槽、4臺刮渣槽和2臺超級離心機(jī)分離出的焦油渣處置系統(tǒng)；

化產(chǎn)二系設(shè)計內(nèi)容為1臺機(jī)械化澄清槽、4臺刮渣槽和2臺超級離心機(jī)分離出的焦油渣處置系統(tǒng)。

表3 裝置焦油渣設(shè)計處理功能

該裝置由液化裝置；破碎輸送裝置；分離裝置；儀表、供配電系統(tǒng)等。

2.2.2 技術(shù)優(yōu)點

(1)完全利用余熱能源，不增加焦化廢水；

(2)焦油渣無二次倒運，全系統(tǒng)密閉作業(yè)徹底改變焦油渣生產(chǎn)區(qū)域、道路污染問題；

(3)產(chǎn)生的干粉基本上聞不到味道，解決了運輸和使用(包括摻混、輸送)過程中污染問題，大大改善了區(qū)域環(huán)境質(zhì)量和職工作業(yè)環(huán)境；

(4)工藝技術(shù)改造過程不影響生產(chǎn)，施工簡便；

(5)操作間歇式、簡易，投資低、設(shè)備成熟可靠，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會效益可觀；

(6)設(shè)備占地小，液化罐在機(jī)械化澄清槽出渣口下方，和原工藝相比基本不占用空間，分離設(shè)備一般占地15平米左右；

(7)該裝置焦油渣年處理量(單套)：≥3000噸；介質(zhì)密度1270～1440 kg/m3；待處理焦油渣含固率≥50%；待處理焦油渣壓力：常壓；焦油渣處理系統(tǒng)處理后焦油渣含水(油)量≤20%，呈現(xiàn)松散、不粘結(jié)、粉末狀態(tài)；焦油渣處理系統(tǒng)分離出的焦油送出方式：采用自流方式；焦油渣處理系統(tǒng)分離出的干渣采用渣斗回收并運往煤場；所有設(shè)備、管道(工藝管道采用碳鋼材質(zhì))材料考慮防磨性，保證使用壽命[1]。

3 實施效果

(1)通過本項目可以消除焦油渣帶來的一系列因為環(huán)境污染導(dǎo)致的罰款、減產(chǎn)等問題；焦油渣處理后含水(油)20%左右，未產(chǎn)生焦油渣，呈粉末狀態(tài)，避免人工清理，直接可進(jìn)入配煤使用，大大改善了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，符合當(dāng)前國家的產(chǎn)業(yè)政策。減少了焦油渣處置費和運輸費，且大幅降低人工成本。

(2)原焦油渣回收到配煤室，對煤的配比產(chǎn)生影響，影響配煤精度，使用新工藝技術(shù)后，避免焦油渣直接回配煤室，同時提高了焦油回收量，本工藝技術(shù)年度處理焦油渣約6000噸，焦油渣含焦油約30%，回收按20%計，年回收焦油高達(dá)1200噸以上。

(3)各裝置的焦油、焦油渣、剩余氨水(蒸氨廢水)、蒸汽等介質(zhì)接點均從原有裝置附近接出，不產(chǎn)生新設(shè)備投入，達(dá)到改造升級成本的目的。同時杜絕了焦油渣具有粘稠性、粘附性的特性，極易粘附在設(shè)備上，易造成給料不暢、粘連皮帶，煤塔堵料、下料斗堵料等現(xiàn)象，提高了該生產(chǎn)裝置的高效運行。

4 結(jié)語

通過西昌化產(chǎn)焦油渣無害化處置及超級離心脫渣技術(shù)研究成果的實施，徹底解決了焦油渣處置難點，投產(chǎn)后避免造成焦油渣中30%煤焦油等高附加值組分浪費,確保焦油渣的粘稠性和組分的波動性的穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)工藝指標(biāo)，配煤的準(zhǔn)確率高達(dá)99%。焦油渣中煤焦油含量有效控制在1%以內(nèi)，避免隨焦油渣隨配煤入爐后燃燒造成煤焦油損失，提高了化產(chǎn)品的收益，對焦化降本增效有力支撐。

焦油渣無害化處置技術(shù)及煤焦油超級離心脫水脫渣技術(shù)成熟可靠，滿足國家安全環(huán)保規(guī)定，設(shè)備設(shè)施高效運行穩(wěn)定，操作維護(hù)簡單，自動化水平高，降低了人工成本和作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。