李忠慶

（山西省化工設計院，山西 太原 030024）

我國是世界上主要的焦炭生產國和出口國，焦炭產量占據世界的一半，出口量更是高達世界的60%。焦炭的生產過程就是焦化過程。焦化過程的基礎是熱分解，或者稱為煤的干餾，即，在完全沒有空氣的情況下，將焦爐中的煤加熱，不同的溫度可以產生不同的物理、化學的變化過程。焦化過程以及產品回收過程產生的工業(yè)原料有煤焦油、焦炭、苯族烴及煤氣［1］。

實際上，焦化過程可以分為2個過程，即，煉焦以及化學產品回收。在煉焦過程中會排出一次粒子和二次粒子前體物，如，碳氫化合物、NH3、NOx和SO2等一些污染物質；而化學產品回收中通常只排出二次粒子前體物。這些過程導致焦化過程變成了一種污染極大的產業(yè)。所以，焦化過程中對污染物排放量的控制已經成為焦化產業(yè)急需解決的難題之一。

1 焦化過程中PM2.5的排放特點［2－3］

1.1 焦化過程

焦化過程中產生大氣污染最嚴重的有3個環(huán)節(jié)，分別是裝煤、出焦以及熄焦，這些過程都會產生大量的顆粒物。顆粒物的粒徑分為3種：PM2.5、PM10以及TSP。通常，將粒徑小于2.5μm的顆粒物叫做PM2.5；粒徑小于10μm的顆粒物叫做PM10；粒徑小于100μm的顆粒物叫做TSP。

在生產過程中，裝煤煙塵中顆粒物質量濃度在2g／m3～10g／m3，外排氣體中顆粒物的質量濃度在20mg／m3～50mg／m3；出焦煙氣中顆粒物質量濃度在5g／m3～12g／m3，外排氣體中顆粒物的質量濃度在20mg／m3～50mg／m3，脫除效率高達99%；不同的熄焦方式產生的顆粒物的量都不盡相同，顆粒物質量濃度為40g／（t焦）～300g／（t焦）。

焦化過程的加熱通常由高爐煤氣、焦爐氣、混合煤氣和空氣燃燒產生，焦爐的排放煙囪里會排放出形成PM2.5的二次粒子前體物，這也是產生SO2和NOx的主要來源。

鋼鐵工業(yè)中焦化過程的加熱一般用混合煤氣或者高爐煤氣。1t焦炭消耗1 000m3的貧煤氣，而1m3貧煤氣的燃燒會產生1.92m3的干煙氣。即，1t焦炭將產生1 920m3的干煙氣。但是，對于獨立的焦化工廠，常用焦爐產的煤氣進行加熱，1t焦炭消耗200m3焦爐煤氣，1m3焦爐煤氣會產生6.76m3干煙氣。因此，1t焦炭產生1 352m3干煙氣。

我國2012年施行的煉焦化學工業(yè)污染物排放標準規(guī)定，普通地區(qū)焦爐煙囪中排放SO2質量濃度要小于50mg／m3、NOx質量濃度小于500mg／m3。對于重點控制區(qū)，要求得更加嚴格，焦爐排氣煙囪排放的SO2質量濃度必須小于30mg／m3、NOx質量濃度小于150mg／m3。但是，我國目前的實際情況卻不盡人意，NOx的濃度嚴重超標，完全達不到煉焦化學工業(yè)污染物的排放標準。

1.2 化學產品的回收

化學產品的回收主要由4個步驟組成：焦油回收、氨回收、硫回收以及粗苯回收。以氨回收的特征來進行分類，焦化的回收工藝可以分為A.S流程和硫銨流程。A.S流程中的氨只用來脫除煤氣中的硫，而不直接用來回收氨；硫銨流程是將焦爐煤氣中的氨回收用來生產硫酸銨。目前，國內多采用硫銨流程來回收。

形成PM2.5的二次粒子前體物還包括化學產品回收過程中排放的污染物NH3、H2S和烴類物質。

調查結果顯示，1t焦炭排放污染物0.47kg。以我國焦炭4億t／a為例，NH3排放量為33 560t／a，H2S排放量為38 000t／a，HCN排放量為2 520t／a，CmHn排放量為428 900t／a。這些形成PM2.5的二次粒子前體物最大的特點就是，在空氣中停留時間很長，蔓延的距離很遠，不僅影響空氣質量，危害人體健康，而且加劇了PM2.5的形成。

2 焦化過程中PM2.5的控制

2.1 焦化過程的控制

焦化過程中粉塵顆粒物大部分來源于裝煤、出焦、熄焦過程。其中，出焦時排放的PM2.5和PM10的濃度是最高的。雖然有布袋除塵技術，但仍不能有效地應對PM2.5所產生的問題。目前，對于焦化過程中PM2.5排放的控制，一般采用陶瓷膜或布袋除塵后循環(huán)水洗滌技術。

2.2 煉焦加熱過程的控制

降低焦爐中SO2排放量的最好方法是控制焦爐中H2S的含量。新建焦化廠，最好選擇能長期穩(wěn)定運行且脫硫效率高的MTS負壓脫硫方法，將H2S質量濃度保持在小于15mg／m3；已經投產的焦化廠，對使用濕式氧化脫硫的設備可以采取相應升級的辦法來改造，提高脫硫效率。同時，嚴格脫硫工段的管理和生產操作，降低排放的含硫量。

焦爐中排出的NOx是空氣和煤氣高溫燃燒所產生的，故降低NOx排放量最好的方法是改變空氣、煤氣的燃燒條件。

第1種方案，將空氣分階段進行燃燒。例如，先將空氣量減少到所需空氣總量的70%～75%。此時，氧氣多，燃料少，燃燒時能夠降低燃燒區(qū)的溫度和燃燒速度，在還原性氣氛里還可以降低NOx的反應率，從而降低NOx在這一過程的生成量。然后，將剩余所需的空氣從燃燒室的上方送進去，與正在燃燒的氣體混合，完成燃燒過程。

第2種方案，將煤氣分階段進行燃燒。因為燃燒生成的NO在遇到烴根和沒有完全燃燒產生的H2、CO、C或CnHm時，會發(fā)生NO的還原反應。根據這個原理，可以先將80%～85%的煤氣送進焦爐的燃燒室底部，生成NOx。再將剩余的煤氣送進焦爐的燃燒室上面，生成還原性強的氣氛，使NOx在還原性強的氣氛中被還原成氮分子。這樣，不僅還原了NOx，而且抑制了新的NOx的生成，降低了NOx的排放量。

2.3 化學產品回收的控制

國內主要的化學產品回收技術采用硫銨流程，使用正壓工藝，水蒸氣當載體，用化工單元操作控制溫度變化來使能量流無序，因此污染物的排放量特別大。所以，要嚴格控制化學產品的回收，采用負壓工藝，去蒸汽化，能量流有序的工藝流程更好。

3 結論

焦化過程中排放的污染物與PM2.5的形成有著密不可分的關系。出焦過程采用陶瓷膜、布袋除塵并循環(huán)的水洗滌技術能夠降低PM2.5的排放；煉焦加熱過程采用分段燃燒的方式可降低NOx的排放；焦化過程中化學產品回收采用負壓、去蒸汽、有序的短流程可以控制污染物的排放。

［1］ 于振東，鄭文華.現代焦化生產技術手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［2］ 齊煒.煉焦過程中硫元素遷移規(guī)律研究［J］.潔凈煤技術，2014，20（1）：34－35.

［3］ 李從慶.煉焦生產大氣污染物排放特征研究［D］.重慶：西南大學，2009.