寧夏煤質活性炭行業脫硫技術探討

范敏

摘 要：本文通過對煤質活性炭生產過程進行分析，確定了空氣污染物二氧化硫的產排污節點，針對煤質活性炭生產過程中二氧化硫產排污的特征，結合即將頒布的活性炭工業國家排放標準，從經濟和技術可行性角度選擇了適合于煤質活性炭行業的二氧化硫排放治理設施及工藝。

關鍵詞：煤質活性炭 余熱鍋爐 脫硫 活化爐 炭化爐

中圖分類號：X701.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（a）-0085-03

1 煤質活性炭行業生產現狀

1.1 活性炭簡介

活性炭是一種由含碳物質經過炭化和活化制成的多孔性產物，外觀呈黑色，內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料，它是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體，廣泛應用于國民經濟各部門和人們的日常生活中。活性炭以生產原料不同，分為煤質活性炭和木質活性炭兩大類。煤質活性炭以弱粘煤、無煙煤、褐煤為主要原料，木質活性炭主要以果殼（果核）、鋸末等為原料。

1.2 全國及寧夏活性炭生產現狀

我國活性炭生產起步于20世紀50年代，1953年山西太原新華化工廠引進前蘇聯斯列普活化爐，開創以煤為原料生產活性炭的歷史，是中國建設的第一家煤質活性炭企業。活性炭生產至今已經有60余年的發展歷史，產量、品種、質量和應用都有了很大提高和拓展。

我國活性炭的大規模發展是在20世紀80年代以后開始的，近幾年隨著國內外對活性炭的需求不斷增長，活性炭產量、出口量均大幅提高。1978年我國活性炭的產量只有1.4萬t，到了2003年年產量達到26萬t，超過美國居世界第一位。2005年以來產量統計如表1所示。

據統計全國現有煤質活性炭企業約142家，木質活性炭企業約181家。

全國活性炭2016年產量達65萬t，其中煤質活性炭35 萬t，木質活性炭30萬t。出口約25萬t。

2016年全國煤質活性炭企業地理分布及產量如圖1所示。

從圖1中我們可以看出，寧夏和山西是煤質活性炭的主產區，產量占到了全國的77%，而寧夏產量最大，占到全國的44%。寧夏煤質活性炭企業主要集中在寧夏平羅縣，有生產廠家50多家，主要生產原料是寧夏特有的優質太西煤。

2 煤質活性炭生產SO2排污節點及SO2控制工藝分析

2.1 煤質活性炭生產工藝及產物節點

煤質活性炭生產工藝主要工序為破碎磨粉、成型、炭化、活化、成品處理（篩分和包裝）等。生產過程中產生的空氣污染物有顆粒物、SO2、NOX 、BaP、苯、NMHC、HCN，其中SO2的排放濃度不亞于一般的工業鍋爐。一些企業炭活化爐排放濃度高達1200mg/m3。煤質活性炭的污染的一直沒有受到重視，除炭化爐尾氣因黃色煙霧使用余熱鍋爐焚燒外，絕大多數企業沒有脫硫設施。由于近年石嘴山市的環境空氣質量沒有好轉的趨勢，霧霾天氣出現次數增多，引起了當地環保部門的重視，2012年寧夏頒布了煤質活性炭工業大氣污染物排放地方標準（DB 64/819-2012），目前活性炭行業排放國家標準正在制定。據了解，國家標準中SO2排放濃度限值要求控制在200mg/m3以下。因此煤質活性炭生產企業上脫硫設施被提上了歷史日程。

煤質活性炭SO2的產污節點在炭化、活化工序，產污設備為炭化爐和活化爐。煤質活性炭生產用炭化爐、活化爐不同于工業窯爐，有其自身特點。本文下面對適合于煤質活性炭行業的脫硫方法和配套設施進行分析選擇。

2.2 目前國內脫硫技術分析

當前存在的各式各樣的脫硫技術，總數量能到上百種，按脫硫方式可大致分為煤炭燃燒前脫硫、煤炭燃燒時脫硫以及煤炭燃燒后脫硫三類。

（1）燃燒前脫硫.實現燃燒前的脫硫大都要通過洗煤、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，其他兩種則效果較好，具有良好的發展前景，但是這兩種方式從經濟角度上來說不具有推廣價值，成本略高。

（2）燃燒中脫硫.利用循環流化床鍋爐來實現脫硫。循環流化床技術是最近幾年出現的脫硫新技術，在循環流化床上可以實現煤炭的高燃燒率、低排硫率，對環境的污染最小化且成本要求不高，當前循環流化床技術正在迅速應用在各個排硫戰場。

（3）燃燒后脫硫.即煙氣脫硫法。煙氣脫硫法是目前應用范圍最大的脫硫方法，其中涵蓋了很多種類。濕法煙氣脫硫是當前最有效、應用最廣闊的脫硫方式，當前的我國擁有的發電裝置中，約有85%使用的是此種脫硫方式。

煤質活性炭有嚴格的配比，為了保證產品質量，燃燒前脫硫（氣化、液化、洗選）改變了煤炭的物化性質，不適合活性炭行業。煤質活性炭生產過程中SO2產生的節點在余熱鍋爐，余熱鍋爐使用的燃料是炭化尾氣、活化尾氣，都是氣體燃料。因此燃燒中脫硫也不適合于煤質活性炭工業。

煤質活性炭炭活化尾氣最適合的脫硫方法是燃燒后脫硫——即煙氣脫硫法（FGD）。煙氣脫硫法也是我國目前應用最廣泛的脫硫方法。

煙氣脫硫技術主要利用各種堿性的吸收劑捕集煙氣中的SO2，并將其轉化為較為穩定且易機械分離的硫化物或單質硫，從而達到脫硫的目的。FGD的方法按脫硫劑和脫硫產物干濕狀態可分為三類。

（1）濕法FGD技術是用吸收劑的溶液或漿液在濕狀態下脫硫或處理脫硫產物，該法具有脫硫反應快、設備簡單、脫硫效率高等優點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。

（2）干法FGD技術的脫硫吸收和產物處理均在干狀態下進行，該法具有無污水廢酸排出，設備腐蝕程度較輕，煙氣在凈化過程中無明顯溫降，凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴散等優點，但存在脫硫效率低、反應速度較慢、設備龐大現場布置困難等問題。

（3）半干法FGD技術兼有干法與濕法的一些特點。指脫硫劑在干燥狀態下脫硫、在濕狀態下再生（如水洗活性炭再生流程），或在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物的半干法，以其濕法脫硫反應快、脫硫效率高的優點，又有干法無污水廢酸排放的優點。

另外，從工藝上來看，電子束煙氣脫硫是干法煙氣脫硫的一個分支。其原理是指將煙氣用高能電子束照射，從而通過輻射反映實現脫硫。在用電子束煙氣脫硫的過程中，廢水、廢渣等都不會額外產生，而且副產品還可以用作化肥。

目前市場上常見的各種FGD脫硫方法的優劣點比較見表2。

根據表2內容可知，對于大型煤質活性炭企業，考慮炭化爐、活化爐尾氣集中處理排放，適合于石灰/石灰石法，對于中小型煤質活性炭企業，適合于鈉-鈣雙堿法，目前此法已經有個別活性炭企業試用。如果這類企業有氨法脫硝設施，考慮原料的同一性，氨法脫硫也可以考慮。

3 結論

煤質活性炭企業炭活化尾氣余熱鍋爐功率一般在4～6t/h，尾氣中SO2的濃度在280～1200mg/m3范圍內，采用石灰/石灰石法、鈉-鈣雙堿法，脫硫效率均可達到90%以上，脫硫后尾氣排放濃度低于200mg/m3，可以達到即將頒布的活性炭工業國家排放標準限值。因此，以上兩種脫硫方法在技術上是可行的。

單套脫硫設備投資在30萬～50萬。以年產5000～10000t煤質活性炭為例，企業總投資額在6000萬元～11000萬元，炭活化工序治理設施投資額在180萬元～300萬元，占企業總投資的2.7%～3%，運行費用增加250～300元/t產品，約占成本的2.5%。投資和運行費用所占比例都不高，因此，以上兩種脫硫方法在經濟上也是可行的。

參考文獻

[1] 趙娜，呂瑞濱.煙氣脫硫脫硝一體化技術的現狀與展望[J].中國資源綜合用，2011（10）：31-33.

[2] 徐嬌霞，丁明，尤振豐，等.玻璃窯爐煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術探討[J].玻璃，2013（5）：43-45.