宁夏煤质活性炭行业脱硫技术探讨

范敏

摘 要：本文通过对煤质活性炭生产过程进行分析，确定了空气污染物二氧化硫的产排污节点，针对煤质活性炭生产过程中二氧化硫产排污的特征，结合即将颁布的活性炭工业国家排放标准，从经济和技术可行性角度选择了适合于煤质活性炭行业的二氧化硫排放治理设施及工艺。

关键词：煤质活性炭 余热锅炉 脱硫 活化炉 炭化炉

中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（a）-0085-03

1 煤质活性炭行业生产现状

1.1 活性炭简介

活性炭是一种由含碳物质经过炭化和活化制成的多孔性产物，外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料，它是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体，广泛应用于国民经济各部门和人们的日常生活中。活性炭以生产原料不同，分为煤质活性炭和木质活性炭两大类。煤质活性炭以弱粘煤、无烟煤、褐煤为主要原料，木质活性炭主要以果壳（果核）、锯末等为原料。

1.2 全国及宁夏活性炭生产现状

我国活性炭生产起步于20世纪50年代，1953年山西太原新华化工厂引进前苏联斯列普活化炉，开创以煤为原料生产活性炭的历史，是中国建设的第一家煤质活性炭企业。活性炭生产至今已经有60余年的发展历史，产量、品种、质量和应用都有了很大提高和拓展。

我国活性炭的大规模发展是在20世纪80年代以后开始的，近几年随着国内外对活性炭的需求不断增长，活性炭产量、出口量均大幅提高。1978年我国活性炭的产量只有1.4万t，到了2003年年产量达到26万t，超过美国居世界第一位。2005年以来产量统计如表1所示。

据统计全国现有煤质活性炭企业约142家，木质活性炭企业约181家。

全国活性炭2016年产量达65万t，其中煤质活性炭35 万t，木质活性炭30万t。出口约25万t。

2016年全国煤质活性炭企业地理分布及产量如图1所示。

从图1中我们可以看出，宁夏和山西是煤质活性炭的主产区，产量占到了全国的77%，而宁夏产量最大，占到全国的44%。宁夏煤质活性炭企业主要集中在宁夏平罗县，有生产厂家50多家，主要生产原料是宁夏特有的优质太西煤。

2 煤质活性炭生产SO2排污节点及SO2控制工艺分析

2.1 煤质活性炭生产工艺及产物节点

煤质活性炭生产工艺主要工序为破碎磨粉、成型、炭化、活化、成品处理（筛分和包装）等。生产过程中产生的空气污染物有颗粒物、SO2、NOX 、BaP、苯、NMHC、HCN，其中SO2的排放浓度不亚于一般的工业锅炉。一些企业炭活化炉排放浓度高达1200mg/m3。煤质活性炭的污染的一直没有受到重视，除炭化炉尾气因黄色烟雾使用余热锅炉焚烧外，绝大多数企业没有脱硫设施。由于近年石嘴山市的环境空气质量没有好转的趋势，雾霾天气出现次数增多，引起了当地环保部门的重视，2012年宁夏颁布了煤质活性炭工业大气污染物排放地方标准（DB 64/819-2012），目前活性炭行业排放国家标准正在制定。据了解，国家标准中SO2排放浓度限值要求控制在200mg/m3以下。因此煤质活性炭生产企业上脱硫设施被提上了历史日程。

煤质活性炭SO2的产污节点在炭化、活化工序，产污设备为炭化炉和活化炉。煤质活性炭生产用炭化炉、活化炉不同于工业窑炉，有其自身特点。本文下面对适合于煤质活性炭行业的脱硫方法和配套设施进行分析选择。

2.2 目前国内脱硫技术分析

当前存在的各式各样的脱硫技术，总数量能到上百种，按脱硫方式可大致分为煤炭燃烧前脱硫、煤炭燃烧时脱硫以及煤炭燃烧后脱硫三类。

（1）燃烧前脱硫.实现燃烧前的脱硫大都要通过洗煤、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，其他两种则效果较好，具有良好的发展前景，但是这两种方式从经济角度上来说不具有推广价值，成本略高。

（2）燃烧中脱硫.利用循环流化床锅炉来实现脱硫。循环流化床技术是最近几年出现的脱硫新技术，在循环流化床上可以实现煤炭的高燃烧率、低排硫率，对环境的污染最小化且成本要求不高，当前循环流化床技术正在迅速应用在各个排硫战场。

（3）燃烧后脱硫.即烟气脱硫法。烟气脱硫法是目前应用范围最大的脱硫方法，其中涵盖了很多种类。湿法烟气脱硫是当前最有效、应用最广阔的脱硫方式，当前的我国拥有的发电装置中，约有85%使用的是此种脱硫方式。

煤质活性炭有严格的配比，为了保证产品质量，燃烧前脱硫（气化、液化、洗选）改变了煤炭的物化性质，不适合活性炭行业。煤质活性炭生产过程中SO2产生的节点在余热锅炉，余热锅炉使用的燃料是炭化尾气、活化尾气，都是气体燃料。因此燃烧中脱硫也不适合于煤质活性炭工业。

煤质活性炭炭活化尾气最适合的脱硫方法是燃烧后脱硫——即烟气脱硫法（FGD）。烟气脱硫法也是我国目前应用最广泛的脱硫方法。

烟气脱硫技术主要利用各种碱性的吸收剂捕集烟气中的SO2，并将其转化为较为稳定且易机械分离的硫化物或单质硫，从而达到脱硫的目的。FGD的方法按脱硫剂和脱硫产物干湿状态可分为三类。

（1）湿法FGD技术是用吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫或处理脱硫产物，该法具有脱硫反应快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。

（2）干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行，该法具有無污水废酸排出，设备腐蚀程度较轻，烟气在净化过程中无明显温降，净化后烟温高、利于烟囱排气扩散等优点，但存在脱硫效率低、反应速度较慢、设备庞大现场布置困难等问题。

（3）半干法FGD技术兼有干法与湿法的一些特点。指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生（如水洗活性炭再生流程），或在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其湿法脱硫反应快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排放的优点。

另外，从工艺上来看，电子束烟气脱硫是干法烟气脱硫的一个分支。其原理是指将烟气用高能电子束照射，从而通过辐射反映实现脱硫。在用电子束烟气脱硫的过程中，废水、废渣等都不会额外产生，而且副产品还可以用作化肥。

目前市场上常见的各种FGD脱硫方法的优劣点比较见表2。

根据表2内容可知，对于大型煤质活性炭企业，考虑炭化炉、活化炉尾气集中处理排放，适合于石灰/石灰石法，对于中小型煤质活性炭企业，适合于钠-钙双碱法，目前此法已经有个别活性炭企业试用。如果这类企业有氨法脱硝设施，考虑原料的同一性，氨法脱硫也可以考虑。

3 结论

煤质活性炭企业炭活化尾气余热锅炉功率一般在4～6t/h，尾气中SO2的浓度在280～1200mg/m3范围内，采用石灰/石灰石法、钠-钙双碱法，脱硫效率均可达到90%以上，脱硫后尾气排放浓度低于200mg/m3，可以达到即将颁布的活性炭工业国家排放标准限值。因此，以上两种脱硫方法在技术上是可行的。

单套脱硫设备投资在30万～50万。以年产5000～10000t煤质活性炭为例，企业总投资额在6000万元～11000万元，炭活化工序治理设施投资额在180万元～300万元，占企业总投资的2.7%～3%，运行费用增加250～300元/t产品，约占成本的2.5%。投资和运行费用所占比例都不高，因此，以上两种脱硫方法在经济上也是可行的。

参考文献

[1] 赵娜，吕瑞滨.烟气脱硫脱硝一体化技术的现状与展望[J].中国资源综合用，2011（10）：31-33.

[2] 徐娇霞，丁明，尤振丰，等.玻璃窑炉烟气脱硫脱硝除尘一体化技术探讨[J].玻璃，2013（5）：43-45.