炭素阳极混捏成型工序的沥青烟气净化新思路

炭素阳极混捏成型工序的沥青烟气净化新思路 ?68?轻?金?属?xx?第8期炭素阳极混捏成型工序的沥青烟气净化新思?吴萍沙(沈阳铝镁设计研究院,辽宁沈阳110001)摘要:本文通过分析混捏成型系统工艺流程特点,工艺生产过程中产生污染物的特性,从多种治理方法分析,总结一条新的治理方案以满足沥青烟气净化的要求。 关键词:沥青烟气净化;吸附器;加热器;固气比:TE626.8+6;X701.2?:B?:10021752 (xx)08006804Newclewto pitchfumescrubbingforanodekneadingandpactingprocessstepWU Ping-sha?ShenyangAluminumandMagnesiumEngineer ingandResearchInstitute?Shenyang?Shenyang11000?China?Abstract?Th epaper sumsup anew planfor pitch fume scrubbingfrom manyalternatives,after analyzingthe featuresof kneading and pactingpro?cess andthose ofpollutants fromthe process.Key wrods?pitchfume scrubbing;absorber;heater;solid togas ratio?炭素阳极生产是以煤沥青作为粘结剂,它在加热状态下,以沥青烟气的状态散发,沥青烟气成分非常复杂,含有数百种物质,其中酚类、蒽萘类、苯并芘等多环芳香烃类对人类及动植物有一定危害性,特别是 3、4苯并芘属于强致癌物质,越来越受到人们的关注。 阳极生产过程的混捏、成型工序中,沥青烟气逸散点分散,在实际运?的过程中由于治?方法?当,造成沥青烟气外逸,危害人体健康造成环境污染,应引起高度的重视。 微的挥发冷凝物,粒径多在0.11?m,最小的约0.01?m,最大的约10?m,平均粒径约0.6?m,而气相则是?同气体的混合物。 2?混捏成型沥青烟气常见治理技术2.1?静电捕集法在混捏成型工序采用干电捕焦油器。 这种方法许多碳素厂都使用。 该方法运?简单,使用方?。 在系统刚投入运?时,效果还可以,净化效率可达98%99%。 但随着运?时间加长,粘附到极板上的粉尘与沥青重质烃混合形成了粘稠团块粘附在极板上,而影响电捕焦油器的净化效率及正常运?,再加之1020m集气管道的沿程冷却,使冷凝的焦油与炭尘粘附到管壁上,直至把管道堵死,使系统无法运?。 另外,该系统收下?能返回生产系统。 2.2?洗涤法洗涤法是沥青烟气与和石灰水在洗涤塔充分接触,促使沥青挥发分冷凝而从气相中分离出来。 运?初期,沥青烟净化效率可达90%,沥青烟排放浓度低于10mg/Nm3。 长期运?的净化效率一般在1?沥青烟气的产生及特性分析混捏成型工序散发沥青烟的污染源主要是:混捏(混捏锅或连续混捏机)、糊?冷却机、成型机、糊?输送等。 混捏工序在加?和干混过程中产生一定?的粉尘;而当液体沥青注入时,含有大?粉尘与沥青的烟气散发出来,随着湿混时间加长,烟气中粉尘含?越来越小;混捏后的排糊及冷却阶段,由于糊?遇到冷空气,则大?的沥青烟气、水汽及少?粉尘散发出来;成型机在加?和成型过程产生含尘沥青烟气,糊?输送过程中也产生含尘的沥青烟气。 沥青烟气由气、液两相组成,液相组分是十分细:xx-03-22xx?第8期?吴萍沙?炭素阳极混捏成型工序的沥青烟气净化新思?69?75%左右。 由于用水洗涤烟气,洗涤水循环一段时间后需排放,洗涤水中石油类含?较高,必须设废水处?系统。 造成净化工艺复杂化,给操作管?和设备维护造成困难。 同时由于废水处?系统管?善,还出现废水二次污染问题。 因此,湿法洗涤净化工艺较为复杂,设备较多,给操作管?和设备维护造成困难,反应中产生的CaSO4?使处?设备结垢,恶化处?效果。 此外,在寒冷地区还需解决冬季结冰等问题。 2.3?吸附净化法吸附法是废气与多孔性固体接触,使其中污染物吸附在固体表面上而从气流中分离出来。 吸附作用可以发生在?同界面上,气体或溶质在固体(吸附剂)表面上被吸附的过程属于一种自发性的过程,对于某一吸附剂及其某一吸附物来说,被吸附物质的?随着表面的增大而增加。 因此,吸附剂一般满足以下要求: (1)比表面积和空隙率大; (2)吸附能?强; (3)选择性好; (4)颗粒均匀,有较好的机械强度、化学稳定性和热稳定性; (5)制造简单,价格?宜。 国内应用沥青烟气治?的吸附剂主要有氧化铝、活性炭粉和白土。 氧化铝主要应用于阳极焙烧炉烟气治?,吸附沥青后的氧化铝作为电解铝原?利用。 茂名炭素厂在20世纪80?代引进国外技术,采用白土作为吸附剂净化高压浸渍产生的沥青烟,吸附沥青烟的白土经焙烧后循环利用。 在混捏成型沥青烟气治?工业应用中,基本采用焦炭粉作吸附剂,吸附烟气中的沥青焦油。 焦炭粉是阳极生产的原?之一,是石油焦经煅烧、破碎和磨粉后的中间原?,无需另?制备吸附剂。 吸附焦油后焦炭粉用布袋除尘器实现气固分离,回收的吸附沥青的焦粉作为混捏用?可直接使用,无需再生,做到化害为利,?存在二次污染问题。 国内典型阳极生产厂混捏成型烟气监测结果见表1。 表1?国内混捏成型烟气净化设施运?情况一览表Tab.1List offume scrubbingdevices forkneadingandpacting systemin China烟气初始浓度名?称治?措施污染物沥青烟中铝贵州分公司湿法颗粒物沥青烟兰州铝业焦粉吸附净化颗粒物沥青烟连城铝业焦粉吸附净化颗粒物沥青烟抚顺铝厂焦粉吸附净化颗粒物沥青烟云南铝业焦粉吸附净化颗粒物沥青烟万方铝业焦粉吸附净化颗粒物沥青烟关铝碳素焦粉吸附净化颗粒物沥青烟河南神火焦粉吸附净化颗粒物64401499.86088-39.11599.3-4615900027.73.77.68.99962.2-136-5.1-96-315343399.4902735630361279.318.72.799.99045379866445.1490.81.613.78.716.299.962.379.551526639661.421.247.6888494mg/Nm3-烟气排放浓度mg/Nm310净化效率%90?表1显示,采用焦粉吸附净化技术,经净化处?后的烟气沥青烟排放浓度基本小于40mg/Nm,满足国家现?的排放标准要求。 33?混捏成型沥青烟气净化新思路3.1?新思?的引出随着我国工业生产技术的迅速发展,清洁生产?70?轻?金?属?xx?第8期工艺的应用及污染控制水平的提高,新的?业标准将实施,即混捏成型工段沥青烟大气排放浓度小于20mg/Nm3。 因此,现有的沥青烟气净化系统已无法满足新的?业标准。 同时,近期通过对原有?厂混捏成型沥青烟气干法净化系统的回访,发现普遍存在以下几点问题: (1)除尘器布袋糊袋 (2)除尘器下螺旋输送机堵? (3)管道堵塞等。 但目前,混捏成型沥青烟气净化唯一可靠的方案还是焦粉吸附法,所以只有在该方案中,改善现有净化系统,提高净化效率。 3.2?吸附效率提高净化效率的高低,吸附效率是关键。 从吸附机?上讲,焦粉吸附沥青烟是焦粉与沥青烟质交换过程,焦粉与沥青烟处在流动状态,即吸附?在流动过程中完成。 为使吸附作用达到饱和状态。 焦粉加入?必须达到固气比在2030g/m3以上。 目前,常用的吸附方法是管道吸附,即焦粉进入含有沥青烟气的总管道内,整个吸附过程是在管道内进?的。 这种方法简单;但吸附效率低,主要是气固两相流?均匀,难以达到气固充分混合的效果。 因此,为保证气固两相流的均匀,必须找到一种可靠的吸附装置以保证吸附效率最高。 为此,我院与著名高校联合开发新型净化吸附装置,进?了吸附器的计算机模拟试验.为保证气固两相流的均匀,从气固两相流模型入手研究,研究其流动中的混合状态。 首先确定吸附模型及技术条件(包括处?风?、沥青烟浓度、烟气温度、环境温度、环境湿度、焦粉注入?、焦粉粒度、焦粉比重、气流入口速度等),然后进?模拟试验。 模拟试验的吸附效果只考虑焦粉在气流中扩散均匀性,即焦粉在气流中扩散均匀,且这种均匀持续时间较长?可以认为沥青烟气被吸附的效果好。 最后,根据吸附模型吸附器的计算机模拟试验结果,确定了吸附器定型设计。 这种吸附器的吸附效率可以达到95%。 另外,为使焦粉充分吸附沥青烟,对布袋除尘器前的沥青烟管道的配置和尺寸,都根据实验结果进?优化选择。 吸附器的吸附效率的提高,也解决了除尘器布袋糊袋的问题。 3.3?沥青烟气的加热措施本次提出在系统管道内加入热风,提高烟气温度,使焦粉与烟气在吸附器及管道内充分混合,也是提高净化效率的一种新措施。 同时,也可防止沥青烟气凝固,粘附在管壁上。 从而保证沥青烟气净化系统的正常运?。 经验表明,沥青烟气在温度55以上时最宜被焦粉吸附。 而在该系统中,各排烟点的温度?同,最高的是连续混捏机(或混捏锅),风温t!110,最低为环境温度,按+5计算,混合温度大约是3040。 为使整个系统风温混合后提高到55以上,必须借助外部热源进?热交换,补充热?。 最为节能有效的方式是采用电加热器(或蒸汽热交换器)将一部分洁净空气作为载热介质加热到一定温度,送入系统中与30左右沥青烟气进?直接热交换,提高风温。 热交换?由系统中气体的热平衡及风平衡?论计算得出。 系统内气体之间的热交换过程与环境为绝热过程。 工程中对管道设备进?良好保温,假设热损失近似为零近。 可得系统焓值平衡方程式:?G icp it i+G rc prt r=G mc pmt m式中:G i#各工艺设备排风质?流?,kg/s;c pi#各工艺设备排风烟气的定压比热,kJ/kg(该值随气体温度及气体成分而?同,但在本系统中变化?大,洁净空气按最?利可取+5时cpi=1.01kJ/kg)。 t i#各工艺设备排风计算温度,;G r#热风质?流?,kg/s;C pr#热风定压比热,C pr近似取1.01kJ/kg;t r#热风计算温度,(设计热风温度按200计);G m#系统风质?流?,kg/s;C pm#混合风定压比热,C pm近似取1.01kJ/kg;t m#系统混合风计算温度,(设计温度按55计)将各工艺设备排风参数代入,计算得出系统加入的热风风?,再依据热风风?,得出所需用电功率(或蒸汽?)选择加热设备。 加热设备的容?是按照最?利的状况选择的,因此,为使系统内空气的温度保持稳定。 系统设有控制回?,通过电加热器上的可控硅整流器装置调节电加热器的供热?。 3.4?治?流程该流程是以铝用阳极混捏成型工序为例(见图xx?第8期?吴萍沙?炭素阳极混捏成型工序的沥青烟气净化新思?71?1)。 3.5.3?防止结露混捏成型的烟气混合后烟气温度一般在55,在?方地区寒冷冬季,烟气进入布袋除尘器时,烟气温度降到1520的?点温度,影响布袋除尘器使用效果。 所以,布袋除尘器外壳设置保温层,以防止图1?沥青烟净化流程图Fig.1Flow sheetof pitchfumescrubbing在寒冷季节结?。 3.5.4?系统的稳定性和可靠性为保证全套系统的正常运?,要加强对系统和设施的管?,同时,对岗位人员和技术人员进?技术培训。 3.5?净化系统设计过程中应注意的其他几个问题3.5.1?保证集气罩风速,最大限度减少无组织排放混捏成型工序烟气散发点较多,在混捏设备、冷却机、成型机、糊?输送等产气点设集气罩进?集气。 在连续混捏机(混捏锅)、沥青高位槽、冷却机及皮带输送机?点等设局部密闭罩,污染源被密闭在罩壳内,为保持罩内各点处于负压,以使密闭罩外壁?严密的缝隙等处保持一定的吸入速度。 在混捏锅出?口、成型机上设排风罩,为了有效控制和捕集烟气,在?妨碍生产操作的情况下,排风罩罩口尽?靠近污染源;为克服和控制污染气流外逸,将其捕集入罩内而排走,同时尽?减少污染烟气的流失,应控制污染源处所需的风速。 3.5.2?管道的布置为避免沥青烟气粘附管道,除在系统管道内加入热风,提高烟气温度外,各收尘管?亦进?保温,减少热损失,同时管道尽?要倾斜布置,并设清扫口以方?定期清扫。 4?结论 (1)通过吸附器的计算机模拟试验,找出了沥青烟被吸附的最佳装置,可使吸附效率提高到95%。 从而满足沥青烟大气排放浓度小于20mg/Nm3的要求。 (2)提出在系统管道内加入热风,提高烟气温度,使沥青烟被炭粉充分吸附,从而提高净化效率。 同时,也可防止沥青烟粘附在管壁上结疤。 (3)此项技术克服了混捏成型工序沥青烟气净化系统中管道宜结疤堵塞,净化效率?高的难题,解决了混捏成型工序沥青烟对环境的污染,目前该技术已应用在兰州铝厂26.8万t/a电解铝工程的生阳极车间设计中。 参考文献:?1%实用供热空调设手册?Z%.中国建筑工业出版社.?2%工业通风?M%.中国建筑工业出版社.(?潘玉敏)?书讯?&中国铝工业企业简介?征订启事(电解铝企业分册)改革开放二十多年来,我国有色金属工业持续高速发展,尤其铝工业的发展势头迅猛,中国已跃居世界原铝生产大国,同时也是铝消费增长最快的国家。 跨入新世纪,已加入WTO的中国铝工业已具备了参与全球铝业竞争的能力,全国仅大中型电解铝生产企业已有130多家,我国铝工业已经进入了一个快速发展阶段