铝用炭素产业环保新技术的应用

姜玉敬，王 毅，郑艳珍，王永兴

（1.中商碳素研究院有限公司，215203；2.山东华鹏精机股份有限公司，264003）

为提高铝用炭素行业的高质量发展，环境保护是关键工作之一。我国自改革开放以来，铝用炭素工业发展迅速，特别是进入新世纪，我国铝用炭素工业无论是产量还是生产规模，均居世界铝用炭素材料生产大国之首，已在我国铝工业中占有重要的地位。在全行业的共同努力奋斗下，我国铝用炭素行业不仅满足了国家基础原材料铝工业快速发展的需要，而且已成为全球铝用炭素最大生产国和最大出口供应国；与此同时，全行业全力打造“社会和谐、环境友好型”的绿色产业发展道路，已涌现出一批在世界上具有一流竞争力、享誉世界的著名企业，使全行业在发展质量上实现了质的飞跃，在中华人民共和国的史册上谱写了新的篇章。与快速发展的铝工业和铝用炭素工业相适应的是铝用炭素行业的环境保护意识与环保技术的提高，但环境保护工作尚需进一步提高，污染问题已经影响了这一领域的高质量发展。

随着国家对环境保护工作的重视，有关部门对铝用炭素工业环境的管理不断加强，一些污染严重的铝用炭素企业正在采取或已采取环保技术措施或改造升级。今后铝用炭素行业的发展与竞争，环境的竞争是很重要的因素，环境问题解决不了，企业就难以生存，对此，我们应有清醒的认识，并高度重视环保问题。

1 铝用炭素工业的环保政策及污染物排放标准

1.1 铝用炭素工业的环保政策

2012 年10 月29 日环境保护部、发展改革委及财政部发布《重点区域大气污染物防治“十二五”规划》 。2017 年提出的重点区域环保排放标准进一步严格，按照2013 年12 月27 日国家环境保护的公告要求，排放标准执行 “《铝工业污染物排放标准》（GB25465-2010）修改单”规定的重点区域颗粒物、二氧化硫、氟化物、沥青烟的排放限值的要求，以及《京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案》（简称“26+2”方案，包含北京市、天津市、河北省、山东省、河南省、山西省）的实施。

2015 年12 月12 日，《联合国气候变化框架公约》近200 个缔约方在巴黎气候变化大会上一致同意通过《巴黎协定》。2016 年4月22日，《巴黎协定》由175个国家正式签署。2016年11月4日，在人类应对气候变化的努力中具有历史性意义的《巴黎协定》正式生效。为应对《巴黎气候协定》，我国铝用炭素工业要积极开始应用低碳技术，进行生产绿色转型，彻底贯彻落实《中国制造2025》战略。

《国家环境保护“十三五”规划基本思路》提出2020 年及2030 年两个阶段性目标。在“十三五”期间，建立环境质量改善和污染物总量控制的双重体系，实施大气、水、土壤污染防治计划，实现三大生态系统全要素指标管理;在既有常规污染物总量控制的基础上，新增污染物总量控制注重特定区域和行业;空气质量实行分区、分类管理，2020 年，PM2.5 超标30%以内城市有望率先实现PM2.5 年均浓度达标。

《基本思路》提出要以质量改善为核心，优化和完善主要污染物总量控制指标体系。根据质量改善需求，继续实施全国二氧化硫、氮氧化物、化学需氧量、氨氮排放总量控制，进一步完善总量控制指标体系，提出必要的总量控制指标，以倒逼经济转型。对全国实施重点行业工业烟粉尘总量控制，对总氮、总磷和挥发性有机物(以下简称VOCs)实施重点区域与重点行业相结合的总量控制，增强差别化、针对性和可操作性。

1.2 铝用炭素企业设计建设时执行的相关标准

在设计和建设铝用炭素材料企业时，要按照如下有关排放标准进行设计和建设。

（1）《建设项目环境保护管理条例》[国务院令(98)第253号]；

（2）《建设项目环境保护设计规定》[(87)国环字第002 号]；

（3）《有色金属工业环境保护工程设计规范》(GB50988—2014)；

（4）《铝工业污染物排放标准》(GB25465—2010)及2013年修订；

（5）《环境空气质量标准》(GB3095—2012)；

（6）《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599—2001)(2013 年修改版)；

（7）《危险废物鉴别标准》（GB5085.1 ～5085.3-2007）；

（8）《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348—2008)；

（9）《京津冀及周边地区2017 年大气污染防治工作方案》（简称“26+2”方案，包含北京市、天津市、河北省、山东省、河南省、山西省）；

（10）《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）；

（11）《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）；

（12）《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）；

（13）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）。

1.3 铝用炭素工业污染物排放标准

在铝用炭素工业生产中，从配料、煅烧、沥青熔化、混捏、成型，到焙烧、石墨化、机加工和成品清理过程中，各工序的烟气虽然经过不同的处理，但仍含有少量的污染物从有关设备、烟囱、厂房排入大气，这部分污染物的排放必须要达到排放标准。目前行业执行的相关污染物排放标准见表1～表6。

表1 工业炉窑大气污染物排放浓度限值（GB9078－1996）

表2 其它污染源的排放浓度限值（GB 16297-1996）

表3 环境空气污染物基本项目浓度限值（GB3095-2012）

表4 环境空气污染物其他项目浓度限值（GB3095-2012）

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表5 新建企业水污染物排放浓度限值及单位产品基准排水量（GB25465-2010） 单位：mg/L（pH 值除外）

表6 大气污染物特别排放限值（2013 年修改） 单位：mg/m3

2 铝用炭素行业环保新技术应用情况

2.1 铝用炭素材料石油焦煅烧烟气脱硫

石油焦高温煅烧和预焙阳极焙烧过程中产生大量烟尘、SO2等污染物远超于国家GB 25465-2010 中的排放标准，因此烟气脱硫的治理在炭素产品生产环节中就体现的十分重要。

烟气脱硫的基本原理是酸碱中和反应，最常用的碱性物质是石灰石、生石灰和熟石灰，也可用氨和海水等其它碱性物质。共分为湿法烟气脱硫技术、干法烟气脱硫技术、半干法烟气脱硫技术三类。

（1）湿法烟气脱硫技术

湿法烟气脱硫技术是指吸收剂为液体或浆液。由于是气液反应，所以反应速度快，效率高，脱硫剂利用率高。该法的主要缺点是脱硫废水二次污染；系统易结垢，腐蚀；脱硫设备初期投资费用大；运行费用较高等。

①石灰石—石膏法烟气脱硫技术。该技术以石灰石浆液作为脱硫剂，在吸收塔内对烟气进行喷淋洗涤，使烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙，同时向吸收塔的浆液中鼓入空气，强制使亚硫酸钙转化为硫酸钙，脱硫剂的副产品为石膏。由于石灰石价格便宜，易于运输和保存，因而已成为湿法烟气脱硫工艺中的主要脱硫剂，石灰石—石膏法烟气脱硫技术（见图1）成为优先选择的湿法烟气脱硫工艺。该法脱硫效率高（大于95%），工作可靠性高，但该法易堵塞腐蚀，脱硫废水较难处理。

图1 石灰石-石膏法工艺流程图

②氨法烟气脱硫技术。该法的原理是采用氨水作为脱硫吸收剂，氨水与烟气在吸收塔中接触混合，烟气中的二氧化硫与氨水反应生成亚硫酸氨，氧化后生成硫酸氨溶液，经结晶、脱水、干燥后即可制得硫酸氨（肥料）。该法的反应速度比石灰石—石膏法快得多，而且不存在结构和堵塞现象。另外，湿法烟气脱硫技术中还有钠法、双碱脱硫法和海水烟气脱硫法等，应根据吸收剂的来源、当地的具体情况和副产品的销路实际选用。

③半干法烟气脱硫技术。旋转喷雾干燥法，该法是美国和丹麦联合研制出的工艺。该法与烟气脱硫工艺相比，具有设备简单，投资和运行费用低，占地面积小等特点，而且烟气脱硫率达75%—90%。该法利用喷雾干燥的原理，将吸收剂浆液雾化喷入吸收塔。在吸收塔内，吸收剂在与烟气中的二氧化硫发生化学反应的同时，吸收烟气中的热量使吸收剂中的水分蒸发干燥，完成脱硫反应后的废渣以干态形式排出。生石灰经熟化变成具有良好反应能力的熟石灰，熟石灰浆液经高达15000 ～20000r/min 的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾粒直径可小于100um，具有很大的表面积，雾滴一经与烟气接触，便发生强烈的热交换和化学反应，迅速的将大部分水分蒸发，产生含水量很少的固体废渣。

2.2 铝用炭素材料石油焦煅烧烟气脱硝

煅烧烟气同时脱硝技术目前大多处于研究和工业示范阶段，实现其在一套系统中能同时脱硫和脱硝。

烟气脱硫脱硝技术是应用于多氮氧化物、硫氧化物生成化工工业的一项锅炉烟气净化技术。氮氧化物、硫氧化物是空气污染的主要来源之一，特别是随着对NOX 控制标准的不断严格化，同时脱硫脱硝技术正受到各国的日益重视。目前SNCR 工艺广泛在大型燃煤电厂获得商业用途，在烟道位置加装尿素溶液喷射装置，向烟气中喷入尿素溶液，在无催化剂的条件下，尿素溶液与烟气充分混合，选择性的将烟气中的NOx 还原成N2 和H2O，从而去除烟气中的NOx。烟气脱硝后无二次污染产生。

2.3 推广应用成熟环保技术和开发新的环保技术

随着国家对环境保护要求的日日严格和人类文明发展的客观要求，治理污染、减少排放是生产企业应尽的责任。在铝电解用炭素材料生产过程中，目前难以完全控制的污染物是过程中的粉尘和沥青烟。需要尽快开发相关的烟气收集和净化的技术，粉尘收集技术，改变目前这种污染较失控的状况。主要的发展方向是：

（1）通过改进和开发工艺技术和相关设备的同时，达到污染物治理的目的，如开发破碎与筛分一体化设备，将粉尘直接回收利用；采用先进的可外加热源进行温度控制的新型沥青烟收集系统等。

（2）进一步改进阳极焙烧烟气净化技术。目前使用的几种焙烧烟气净化技术均存在不同程度的不足。湿法净化虽然可以有效控制烟气中的有害物及污染物，但存在水的二次处理与可能的二次污染；采用氧化铝吸附法时对氟化物及焦油、粉尘具有较好的净化效果，但对二氧化硫的净化效果不明显；采用预除尘器加干式电除尘系统能够较好地处理焦油，但对细颗粒的炭尘、二氧化硫及氟化物的治理效果较差。因此，要彻底治理焙烧烟气污染，达到欧洲等发达国家的排放标准，尚需进一步开发和研究，关注的方向是：①采用优化的联合治理的方法，达到理想的治污要求，如湿法和干法的有机联合；如增设NaCO3溶液或石灰水先将二氧化硫转变成无污染的盐溶液或盐的沉淀物，再将烟气继续用氧化铝吸附法，然后排出干净的烟气；或者在氧化铝干法净化后，将烟气通过喷淋NaCO3溶液或石灰水的一个装着后，将干净达标的烟气排入大气。②开发高效燃烧净化技术，处理阳极焙烧烟气，使烟气中的焦油、炭尘等可燃物彻底燃烧并利用，然后接喷淋NaCO3溶液或石灰水的一个装着后，将干净达标的烟气排入大气。③开发干法吸附二氧化硫、氟化氢等物质的碱性吸附剂，使烟气完全得到净化。

3 结语

综上，我国的铝用炭素工业已取得令世人瞩目的成绩，不仅仅是在产能、产量方面列世界最大国，更重要的是通过多年来同行业们的不断追寻和开发，充分利用石化行业产生的石油焦做原料，优化并创新工艺技术和成套高性能设备的开发，不但满足了世界最大铝生产国、最大电解槽容量的需要，而且每年向世界其它国家出口量在120万吨左右，为世界铝工业的发展做出了贡献。

铝用炭素行业的环境保护十分重要，已引起行业和社会各界的高度重视。近些年来，我国铝用炭素领域的环保技术与应用已取得可喜的进步，但不同生产企业的发展仍存在不同的差距，尚有亟待提高的方面，如铝用炭素企业的粉尘、废固和噪音污染问题等，应引起重视和积极采取有效措施。