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煤焦油脱水废气治理技术研究

2023-03-21张燕京

皮革制作与环保科技 2023年1期
关键词:煤焦油冷凝器吸收塔

张燕京

(河北省知识产权保护中心,河北 石家庄 050000 )

煤焦油脱水伴随着废气的产生,相关人员需要做好污染物的处理工作,对污染成分进行分析,提高对污染物的处理水平。废气中化学物质组成较为复杂,我们需要进行严格处理,运用废气冷凝、洗涤、吸收等方法,提升废气治理工艺的实施效果,避免在废气处理过程中发生问题;合理运用设备,简化工艺流程,保证废气治理过程能够顺利进行。

1 煤焦油脱水废气的主要成分

煤焦油脱水过程中会产生大量的有害废气,我们需要对废气成分进行分析,针对工业废气进行处理,减少废气对环境的影响。从化学元素组成来看,煤焦油脱水废气中C约占88.6%,H约占4.6%,其它杂质及挥发物约占4.8%,废气主要以有机物为主,并且化学成分较为复杂,相关人员应结合废气治理工艺防止废气逸出,提高废气处理效率。随着煤焦油生产过程的进行,当温度达到65 ℃时,煤焦油初步进入融化状态,逐渐变得柔软起来;继续对煤焦油进行升温,温度达到75 ℃时,将会伴有废气的明显逸出;随着温度继续增加,产生的废气将越来越多。煤焦油废气主要成分有焦油、萘、蒽、苯、酚等多种物质,如苯可溶物约为6.8 mg/m3,H2S约为1.2 mg/m3等,都会对空气造成严重污染。工作人员需要对废气进行回收处理,采用工艺化的治理形式,避免将废气排 放到空气中,使废气处理工艺能够发挥效果[1]。

2 煤焦油脱水废气的治理设备

2.1 冷凝器

冷凝器是实现有机废气液化的关键设备,可以回收废气中的可回收溶剂,消除废气中的部分有害成分,实现对废气的净化作用。冷凝器主要分为接触冷凝器和表面冷凝器,以冷凝剂作为冷却介质,在废气冷却处理过程中,前者与废气完全接触,而后者不与废气接触,两者可以配合使用,提升对废气的处理效果。本研究采用表面冷凝器作为冷凝装置,在废气处理过程中,其可以实现低浓度废气的冷凝,尤其是在有机废气处理方面,可通过降温使溶剂物质析出,具有较高的废气处理效率。由于表面冷凝器的冷凝剂与废气分离,因此不会引发二次污染问题,能够实现对废气的有效净化,推进废气处理进程。为了提高废气的冷凝效率,还可以将冷凝器串联使用,对废气进行多级冷凝处理,以保证高浓度废气的处理效果。

2.2 油水分离器

煤焦油废气中含有油性物质,采用油水分离器可以实现对油性物质的有效分离,提高对油性物质的处理质量。油水分离器结合多管冲击分离技术,内部设置有隔板和垂直配置水浴室,增强对废气的冲击分离作用,保证对油性废气的处理效率。油水分离器水封高度在100~150 mm之间,使废气具有充分分离的条件,能够最大化地实现油水分离。油水分离器内部采用高分子复合材料,可降低废气对装置的腐蚀作用,延长油水分离器的使用寿命。同时,油水分离器内部采用涂料进行喷刷,顶部厚度为0.5 mm,中、下部厚度为1.5 mm,能够增强装置内部的防腐作用。分离后的废气油水收集在集油室中,便于对废气进行集中处理,使废气具有良好的分离状态,有助于控制废气中的油性物质,促进废气处理效率的进一步提升[2]。

2.3 吸收塔

吸收塔主要对废气中的可溶性成分进行过滤,将可溶性成分与废气分离,以达到净化废气的目的。煤焦油脱水产生的废气量较多,需要确保废气与吸收塔的接触面积,降低废气处理的压力,将废气处理上升到一定的高度。吸收塔直径为1.2 m,高度为5 m,由不锈钢材质构成。吸收塔的类型众多,包括喷淋塔、填料塔、板式塔等,它能够改变吸收剂的作用形式,强化对废气的过滤作用。吸收塔内需要设置3~5层吸附剂进行吸收,必要时可以采用丝网填料,丝网填料一般由不锈钢纤维编织而成,密集丝网对微小油滴具有一定的过滤作用,可有效吸收不可溶废气。丝网填料具有较高的吸收效率,吸收效率可达90%以上,占据空间较小,而且便于控制填料成本,使吸收塔能够更好地发挥作用。

2.4 吸附塔

吸附塔对煤焦油脱水废气具有吸附作用,采用固定床、移动床、流化床等多种吸附形式,提高对吸附过程的控制水平,保障对废气吸附的把控效果。以固定床吸附塔为例,其主要用于对低浓度废气的净化,在废气吸附方面具有稳定性,可 将废气固定在吸附塔表面。吸附塔由壳体、吸附剂、承载装置等组成,在吸附剂方面具有可选择性,工作人员可根据吸附效果进行选择,确保其可以有效吸附废气。活性炭是常用吸附剂的一种,属于固态吸附剂的范畴,对C、H元素组成的废气具有良好的吸附作用。固定床层厚度在0.5 m左右,在性能方面具有可靠性,能够降低对气流的阻塞作用,提升吸附装置的运行效果。需要注意的是,吸附剂在达到饱和状态后,废气的吸附效率将会降低,工作人员需要及时更换吸附剂,恢复吸收塔的吸附作用,进而实现对废气的充分吸收,保证废气能够得到有效治理[3]。

2.5 其它设备

在煤焦油脱水废气处理过程中,还涉及到其它设备的应用,工作人员需要确保设备能够稳定工作,并对废气的运行状态进行控制,保障废气在设备装置内部的流通性。为了提升对废气的引流作用,可采用2台引风机对废气进行牵引,将风量控制在2500~3500 m3/h之间,保障废气治理过程中压力充足,防止废气出现不流动的情况。为了防止焦油引起的堵塞现象,需要使用蒸汽加热装置,防止焦油在流通过程中遇冷固结,对废气处理装置造成阻塞,导致装置无法正常运行。废气采用双层管进行加热,管径为20 cm,保障废气能够得到充分预热,提高废气的温度控制水平,以降低废气温度的影响。在设备使用过程中,工作人员需要注重对装置压力的控制,通过风量阀门对气压进行调节,降低装置内部的压力,提升废气过滤、净化效果,使压力控制效果更加显著。

3 煤焦油脱水废气治理工艺

3.1 冷却

冷却是重要的工艺步骤之一,它通过冷凝技术将废气进行分离处理,一般按照沸点由高到低的顺序,根据沸点的不同对有机物进行净化,使废气能够得到有效处理。如废气中的焦油、萘、蒽等,均可以采用冷凝技术进行处理,使废气能够充分冷却。冷却器设计处理负荷为3000 m3/h,循环水量为30 m3/h,实现废气温度由140 ℃降至80 ℃左右,对废气具有良好的冷凝效果,可发挥出冷凝装置的积极作用。冷却方法分为直接冷却法和间接冷却法。

3.1.1 直接冷却法

直接冷却法使烟气与冷却介质直接接触,主要包括喷淋冷却法和稀释冷却法两种形式,工作人员需要确保工艺操作的合理性。

3.1.1.1 喷淋冷却法

喷淋冷却法将冷却介质喷洒在废气附近,一般采取冷媒物质,如氨气、氟利昂等,直接对废气进行冷凝。冷却介质与废气处于密封环境下可以循环使用,在对水体无污染的情况下则可以不循环使用。喷淋冷却的成本低,但废气温度过高时会增加成本,工作人员需要根据废气温度情况进行判断,提升废气的冷凝效果。

3.1.1.2 稀释冷凝法

稀释冷凝法是在废气中掺入一些冷风,将冷热空气进行混合处理,并将废气温度进行冷却中和,进而使废气的温度降低,对废气起到稀释冷凝的作用。废气中混入空气后会增加废气的容量,进而增加废气处理时间,相应的处理成本也会随之增加,同时废气的处理效率将会降低。

3.1.2 间接冷却法

间接冷却法中废气与冷却剂不直接接触,冷却剂的循环性将会大幅度提升,并且不会改变废气的化学性质,不会在废气中引入杂质。间接冷却的核心在于换热器的应用,应采用规范化的换热控制形式,将废气与冷却表面进行接触,使废气能够得到间接冷却。换热器具有多种类型,如螺旋换热器、板式换热器等,可增加废气与冷却面的接触面积,使间接冷却法能够更好地发挥作用。与直接冷却法相比,间接冷却法的传热效率要低一些,需要确保接触面的热 传导性能,结合对流和辐射等热交换原理,将废气的热量向冷却面进行传导,使废气温度能够迅速降下来。

3.2 洗涤

为了滤除废气中的有害成分,需要做好废气的洗涤操作,采用洗气方式对废气进行降温,保障废气的传热、吸附水平。但废气中的低沸点成分很难通过冷却的方式滤除,如苯、酚等,可采取洗涤法进行处理,弥补冷却法在废气处理中的不足,提高废气处理效率。废气洗涤在循环池中进行,对废气进行循环处理可以降低废气的处理难度,使废气处理过程能够形成闭路循环,防止二次污染。洗涤过程由循环泵进行引导,以促进对有机废气的 洗涤作用,降低废气中有害物质的含量。废气洗涤后将会进入到沉淀池,通过在冷凝塔中提取低沸点废气,实现对废气的有效回收,保证废气处理的充分性[4]。

3.3 吸收

吸收是煤焦油脱水废气处理的重要步骤,提高对废气的吸收效率,可防止废气中存在有害物质残留,使废气能够达标排放。废气中有机物的吸收主要包含三种形式。

3.3.1 活性炭吸收法

该法可吸收苯、甲苯、二甲苯等气体,并且可以通过活性炭进行吸附提浓,保证有机物的吸收量不断增加,使废气成分得到全面净化。

3.3.2 催化燃烧法

催化燃烧是废气的重要处理形式,工作人员需要对催化床温度进行控制,采用无明火有机废气处理形式,将有机污染物氧化成CO2和H2O,解决有机废气对环境的污染问题。

3.3.3 生物法

该法通过微生物实现对废气的降解,将有害成分分解成CO2、H2O和细胞组成物质,进而起到对废气的吸收作用。为了提高废气处理效率,工作人员可以综合运用多种方法,发挥废气净化技术的优势,保障吸收控制效果。

3.4 废物处理

废物处理主要分为三个部分,(1)对冷却器下方废气进行燃烧处理,将废气转化为无污染物质,主要用于焦油等高沸点物质的处理。(2)需要对洗气槽中的废渣进行处理,废渣主要由沉淀物形成,日生成量在20~30 kg之间,成分主要以萘、蒽为主,通常采用回收处理的方式,实现对废气的再利用。(3)在废气洗涤过程中,将会在循环水中形成废渣,需要通过吸收塔对废渣进行吸收,防止废渣在循环过程中增加能耗,并需要定期对废渣进行处理,以保障废气能够得到循环处理。

在废气净化过程中,可以采用文氏管净化形式,提高尾气吸收效率,其对沥青烟、苯并芘等具有良好的过滤效果,能够滤除煤焦油脱水废气中的有害成分,提高废气处理效率。在废气净化过程中,废气气流由喷嘴喷到装置中,气液之间会发生碰撞,有助于提升吸收效果,增加废气与液体的接触面积。废气处理采用二级吸收形式,第一级为洗油雾化阶段,将洗油变成雾状,使洗油处于饱和吸收状态,提高废气吸收效率;第二级为剩余废气进入到吸收液中,对废气进行进一步过滤,对未净化的废气进行补足吸收。经过两级废气处理后,废气净化率可达到98%以上,表明文氏管吸收法具有良好的废气处理效果,在煤焦油脱水废气处理中具有适用性。

在处理含有酸性气体的废气时,可以利用酸碱中和原理,采用8%~10%的碱液进行处理,其对酸性气体具有良好的吸收效果。酸性废气主要为有机酸和无机酸,化学方程式如下:

经过碱液吸收的废气,将会被引风机抽入到文氏管净化装置中,净化后的尾气经过排气筒排放,有助于废气排放的统一处理,避免废气对环境造成污染,提高废气排放的控制水平,保障对煤焦油废气的处理能力。

4 结语

综上所述,煤焦油脱水废气处理需要将多种工艺结合起来,滤除废气中的有害成分。废气治理是防止废气发生二次污染的关键,需要采取见效快的控制形式,排除废气污染对环境的影响。废气处理过程应兼顾生产效益和环境效益,做好成本控制,以有效控制和避免废气污染问题。

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