焦油渣利用处置技术及管控措施研究.pdf
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1、摘要在调研现有政策法规和基于陕西省相关产业实践应用情况的基础上,总结并阐述了焦油渣的来源、特性以及现有利用与处置技术,分析了配煤炼焦、热解、制备型煤、电厂掺烧等几类常见利用与处置技术的优势及存在的问题,针对性地提出了管控措施以及利用处置对策,为相关单位焦油渣利用与处置技术的选取,提高焦油渣资源化利用率,加强炼焦行业危险废物的监管、防范环境风险提供参考。关键词煤焦油渣;利用与处置技术;管控措施文章编号:1005-9598(2023)-04-0029-04中图分类号:X784文献标识码:A焦油渣利用处置技术及管控措施研究荆维1,郑洋2,杨博3,郭胜男1(1.陕西省环境科学研究院,陕西西安 7100
2、61;2.生态环境部固体废物与化学品管理技术中心,北京 100029;3.西安石油大学 陕西省油气田环境污染控制技术与储层保护重点实验室,陕西西安 710065)收稿日期:2023-03-01第一作者:荆维(1964),女,汉族,陕西西安人,高级工程师,学士,1987 年本科毕业于西安电子科技大学电子技术专业,长期从事固体废物管理及研究工作,E-mail:。DOI:10.19889/ki.10059598.2023.04.006焦油渣是煤在热解、气化中伴随着煤焦油的产出而产生的一种黏稠状固态或半固态的混合物,其主要成分是煤焦油、煤气中夹带的煤粉、焦粉、树脂状聚合物以及机械杂质等1。焦油渣中含有
3、萘、蒽、菲、芘、芴等多种有毒有害的多环芳烃类和高分子树脂物质2,这些污染物进入大气、土壤和水体后会对动物、植物及微生物产生生态毒性作用,通过植物吸收富集进入食物链影响人类健康3;同时,焦油渣还具有含煤焦油成分高(含油质量分数 10%30%),提取煤焦油后的残渣热值高(5 000 kJ/kg 左右)等特点,因此,在加强焦油渣管控和规范利用处置活动过程中,既要考虑环境和健康风险,又要考虑使焦油渣资源利用最大化,寻求规范利用与处置焦油渣的方法成为当前紧迫的行业需求。1焦油渣的来源及特性焦油渣是煤炭加工、燃气生产和供应过程中炼焦、兰炭、煤气发生炉等装置生产过程中产生的副产物4,涉及炼焦(焦炭、半焦)、
4、煤化工、建材(陶瓷、玻璃)等行业。其主要来源为:煤气净化系统的机械化氨水澄清槽、焦油氨水分离器、电捕焦油器和煤焦油储槽等设施;煤焦油加工过程中产生的焦油渣,蒸氨塔、洗油再生、粗苯精制和萘精制等过程中产生的残渣;炼焦、煤气净化和煤焦油加工废水处理产生的残渣和污泥等2,5。焦油渣呈黑褐色黏稠泥砂状,易黏结成块,具有刺激性气味,其主要成分是苯类、酚类、多环芳烃、煤焦油等有机物质以及煤粉、焦粉等,重金属含量较少6,与原煤相当。其中的萘、苊烯、芴、菲、荧蒽、蒽、芘等多环芳烃具有潜在致癌性,被列入国家危险废物名录(HW11),属于重点行业重点监管的危险废物。2焦油渣利用与处置技术目前焦油渣处理工艺总体涉及
5、两方面:(1)煤焦油回收利用,采用物理或化学方法将焦油渣中的油、渣进行分离,从中回收煤焦油,主要工艺包括:机械分离、蒸馏、萃取、热解等4;(2)替代燃料或原料,将焦油渣作为燃料、配煤添加剂或进行资源化的开发利用等,包括:配煤炼焦、生产活性炭、制备型煤、燃煤电厂掺烧7等;由于煤焦油渣来源广泛,性质差别较大(如引用格式:荆维,郑洋,杨博,等.焦油渣利用处置技术及管控措施研究J.煤化工,2023,51(4):29-32.第 51 卷第 4 期2023 年 8 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.4Aug.20232023 年煤 化 工含水率、含焦油率等),为了节
6、约成本、降低处理难度,在采用上述利用技术前,往往需要根据工艺特点对煤焦油渣进行调质,以适应不同工艺对来料的要求8。此外,填埋、焚烧和水泥窑协同处置等危险废物常规处置方式也适用于煤焦油渣的处理。近年来,陕西省相关行业经过不断的探索和实践,目前焦油渣处理采用较多的是机械分离、蒸馏、热解、燃煤电厂掺烧、制备型煤、成型沥青、配煤炼焦等处理技术。工艺路线主要分为两大类:一类是提取煤焦油作为燃料或原料,另一类是返回炼焦炉配煤炼焦。2.1焦油渣中煤焦油的回收利用焦油渣中煤焦油的回收利用主要目的是提取煤焦油,提取煤焦油后的剩余物质可作为燃料或原料使用,其工艺流程示意图如图 1 所示,焦油渣经加热、沉降、均质等
7、调质处理后,通过离心分离等机械分离手段进行固液分离:液相通过蒸馏-分馏技术回收不同品质的煤焦油,固相通过热解技术进一步实现焦油-煤气-渣的分离;热解渣作为燃料送燃煤电厂掺烧或制备型煤。(1)机械分离技术在油田含油污泥处理上已经得到广泛应用,同样也适用于焦油渣等含煤焦油固体废物的固液分离,其运行稳定、技术成熟,但一般需要与其他技术配合使用,以提高分离效率9。(2)蒸馏技术是常规的分离液体混合物的一种方法,主要根据煤焦油混合物中各组分挥发性的差异而将煤焦油中轻组分-轻油、重组分-重油分离的过程,常采用初馏、精馏等方法和工艺以提高分离效率10。(3)热解是近年来使用较多的一种处理技术11。将焦油渣在
8、无氧或接近无氧的状态下,通过加热使焦油渣中的有机物大分子链切断、裂解成低分子链的油气,油气经过冷凝、分离得到煤焦油,同时获得可燃气体和固体残渣,对有机物质分离较彻底,但能耗高,工况受温度、时间、焦油渣含水率、烃类物质构成等影响较大,易出现热解炉炉壁结焦,不凝气产生不均匀等问题。(4)制备型煤是利用焦油渣热解后的残渣具有一定的高热值等特性,将其与焦粉(末)或粉煤、黏结剂按一定比例混合,通过成型设施压制成炼焦型煤或气化型煤12。涉及筛分、混配、搅拌、压捏、干燥、成型等工艺,操作稳定性高,能充分回收焦油渣中有用成分,但易产生扬尘。(5)成型沥青是利用沥青受热软化的特性,将蒸馏塔底部的热沥青加工成方便
9、装运、可进一步加工的片状或粒状的固态基础沥青13。但温度的变化对煤焦沥青的影响较大,易产生刺激性气味。2.2焦油渣作为替代燃料或原料(1)燃煤电厂掺烧是近年来获得广泛认可并被逐渐采纳的一种固体废物协同处置技术。利用现有燃煤电厂锅炉的高温环境将热解渣与燃料煤掺配协同处理,燃煤电厂现有的脱硫、脱硝以及炉内脱硫装置可以有效地脱除焦油渣中所含的多环芳烃碳氢化合物、酚、萘等燃烧后的产物7,在满足电厂正常生产要求的同时,实现热解渣的无害化处置和能源化利用。现场调研显示:焦油渣提取煤焦油后的热解渣的固定碳和发热量均较高,固定碳质量分数可达 75%85%,平均热值20 900 kJ/kg(5 000 kcal
10、/kg);相关研究如榆林市生态环境局 2019 年 6 月发布的榆林市焦油渣蒸馏剩余物电厂掺烧技术研究报告 也表明,以煤粉炉和循环流化床锅炉为主的电厂锅炉有燃料适应性广、燃烧效率高、热负荷高、燃烧温度高等诸多优点;焦油渣蒸馏剩余物发热量与原煤发热量相当、固定碳和灰分相对较高、挥发分偏低,其燃烧特性与原煤基本一致;掺烧后不会对常规污染物 SO2、NOx及颗粒物的达标排放造成影响,掺烧后二噁英排放和燃烧原煤二噁英排放的危害程度相当,掺烧不会对电厂固废性质产生大的影响;掺烧比例对电厂锅炉稳定运行及污染物达标排放影响较小,环境风险可控。(2)配煤炼焦是国内炼焦企业对焦油渣的传统处理方式14。在炼焦企业
11、内部,将焦油渣与炼焦煤混配后返回炼焦炉中,利用焦炉环境对焦油渣实现最终处置。与炼焦煤相比,焦油渣具有低灰、低硫、高挥发分、高黏结性的特点,可提高焦炭质量,使焦炭和煤气产量增加,工艺简单,处置率高,降低了转移过程中的环境风险,但也存在以下问题:首先由于焦油渣黏度较大,配煤时容易出现下料不畅,造成配煤准确率降低,影响焦炭质量的稳定性;第二是焦油渣中含有质量分数 10%30%的煤焦油,随焦油渣配煤入焦炉燃烧会造成煤焦油的损失;第三是焦油渣在收集、存放、配煤过程中无组织挥发物排放超标严重,对环境污染和职工焦油渣机械分离调质加热/沉降/均质蒸馏/分馏回收煤焦油热解回收煤气液相固液分离液相气相固相电厂掺烧
12、制备型煤热解残渣图 1焦油渣再生利用工艺流程示意图30-第 51 卷第 4 期荆维等:焦油渣利用处置技术及管控措施研究的身心健康影响较大。3现有技术存在问题及建议3.1节能降碳协同增效,提高资源利用率焦油渣作为资源再生利用时,主要途径有提取煤焦油和作为燃料使用。建议:(1)焦油渣再生利用的设施选址,在满足生态环境保护法律法规及规划等要求的基础上,应临近便于获得原料、热源、蒸汽等物料的工业园区,通过园区产业之间的生产耦合,使物料、能量、产品在园区内产业之间进行循环,发挥节能降碳、协同增效的作用。(2)利用技术的选取应充分考虑煤焦油渣的特性和资源化、减量化、无害化以及环境友好的需求,经过技术经济比
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