鋁用炭素產業環保新技術的應用

姜玉敬，王 毅，鄭艷珍，王永興

（1.中商碳素研究院有限公司，215203；2.山東華鵬精機股份有限公司，264003）

為提高鋁用炭素行業的高質量發展，環境保護是關鍵工作之一。我國自改革開放以來，鋁用炭素工業發展迅速，特別是進入新世紀，我國鋁用炭素工業無論是產量還是生產規模，均居世界鋁用炭素材料生產大國之首，已在我國鋁工業中占有重要的地位。在全行業的共同努力奮斗下，我國鋁用炭素行業不僅滿足了國家基礎原材料鋁工業快速發展的需要，而且已成為全球鋁用炭素最大生產國和最大出口供應國；與此同時，全行業全力打造“社會和諧、環境友好型”的綠色產業發展道路，已涌現出一批在世界上具有一流競爭力、享譽世界的著名企業，使全行業在發展質量上實現了質的飛躍，在中華人民共和國的史冊上譜寫了新的篇章。與快速發展的鋁工業和鋁用炭素工業相適應的是鋁用炭素行業的環境保護意識與環保技術的提高，但環境保護工作尚需進一步提高，污染問題已經影響了這一領域的高質量發展。

隨著國家對環境保護工作的重視，有關部門對鋁用炭素工業環境的管理不斷加強，一些污染嚴重的鋁用炭素企業正在采取或已采取環保技術措施或改造升級。今后鋁用炭素行業的發展與競爭，環境的競爭是很重要的因素，環境問題解決不了，企業就難以生存，對此，我們應有清醒的認識，并高度重視環保問題。

1 鋁用炭素工業的環保政策及污染物排放標準

1.1 鋁用炭素工業的環保政策

2012 年10 月29 日環境保護部、發展改革委及財政部發布《重點區域大氣污染物防治“十二五”規劃》 。2017 年提出的重點區域環保排放標準進一步嚴格，按照2013 年12 月27 日國家環境保護的公告要求，排放標準執行 “《鋁工業污染物排放標準》（GB25465-2010）修改單”規定的重點區域顆粒物、二氧化硫、氟化物、瀝青煙的排放限值的要求，以及《京津冀及周邊地區2017年大氣污染防治工作方案》（簡稱“26+2”方案，包含北京市、天津市、河北省、山東省、河南省、山西省）的實施。

2015 年12 月12 日，《聯合國氣候變化框架公約》近200 個締約方在巴黎氣候變化大會上一致同意通過《巴黎協定》。2016 年4月22日，《巴黎協定》由175個國家正式簽署。2016年11月4日，在人類應對氣候變化的努力中具有歷史性意義的《巴黎協定》正式生效。為應對《巴黎氣候協定》，我國鋁用炭素工業要積極開始應用低碳技術，進行生產綠色轉型，徹底貫徹落實《中國制造2025》戰略。

《國家環境保護“十三五”規劃基本思路》提出2020 年及2030 年兩個階段性目標。在“十三五”期間，建立環境質量改善和污染物總量控制的雙重體系，實施大氣、水、土壤污染防治計劃，實現三大生態系統全要素指標管理;在既有常規污染物總量控制的基礎上，新增污染物總量控制注重特定區域和行業;空氣質量實行分區、分類管理，2020 年，PM2.5 超標30%以內城市有望率先實現PM2.5 年均濃度達標。

《基本思路》提出要以質量改善為核心，優化和完善主要污染物總量控制指標體系。根據質量改善需求，繼續實施全國二氧化硫、氮氧化物、化學需氧量、氨氮排放總量控制，進一步完善總量控制指標體系，提出必要的總量控制指標，以倒逼經濟轉型。對全國實施重點行業工業煙粉塵總量控制，對總氮、總磷和揮發性有機物(以下簡稱VOCs)實施重點區域與重點行業相結合的總量控制，增強差別化、針對性和可操作性。

1.2 鋁用炭素企業設計建設時執行的相關標準

在設計和建設鋁用炭素材料企業時，要按照如下有關排放標準進行設計和建設。

（1）《建設項目環境保護管理條例》[國務院令(98)第253號]；

（2）《建設項目環境保護設計規定》[(87)國環字第002 號]；

（3）《有色金屬工業環境保護工程設計規范》(GB50988—2014)；

（4）《鋁工業污染物排放標準》(GB25465—2010)及2013年修訂；

（5）《環境空氣質量標準》(GB3095—2012)；

（6）《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB18599—2001)(2013 年修改版)；

（7）《危險廢物鑒別標準》（GB5085.1 ～5085.3-2007）；

（8）《工業企業廠界環境噪聲排放標準》(GB12348—2008)；

（9）《京津冀及周邊地區2017 年大氣污染防治工作方案》（簡稱“26+2”方案，包含北京市、天津市、河北省、山東省、河南省、山西省）；

（10）《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）；

（11）《工業爐窯大氣污染物排放標準》（GB9078-1996）；

（12）《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2001）；

（13）《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）。

1.3 鋁用炭素工業污染物排放標準

在鋁用炭素工業生產中，從配料、煅燒、瀝青熔化、混捏、成型，到焙燒、石墨化、機加工和成品清理過程中，各工序的煙氣雖然經過不同的處理，但仍含有少量的污染物從有關設備、煙囪、廠房排入大氣，這部分污染物的排放必須要達到排放標準。目前行業執行的相關污染物排放標準見表1～表6。

表1 工業爐窯大氣污染物排放濃度限值（GB9078－1996）

表2 其它污染源的排放濃度限值（GB 16297-1996）

表3 環境空氣污染物基本項目濃度限值（GB3095-2012）

表4 環境空氣污染物其他項目濃度限值（GB3095-2012）

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表5 新建企業水污染物排放濃度限值及單位產品基準排水量（GB25465-2010） 單位：mg/L（pH 值除外）

表6 大氣污染物特別排放限值（2013 年修改） 單位：mg/m3

2 鋁用炭素行業環保新技術應用情況

2.1 鋁用炭素材料石油焦煅燒煙氣脫硫

石油焦高溫煅燒和預焙陽極焙燒過程中產生大量煙塵、SO2等污染物遠超于國家GB 25465-2010 中的排放標準，因此煙氣脫硫的治理在炭素產品生產環節中就體現的十分重要。

煙氣脫硫的基本原理是酸堿中和反應，最常用的堿性物質是石灰石、生石灰和熟石灰，也可用氨和海水等其它堿性物質。共分為濕法煙氣脫硫技術、干法煙氣脫硫技術、半干法煙氣脫硫技術三類。

（1）濕法煙氣脫硫技術

濕法煙氣脫硫技術是指吸收劑為液體或漿液。由于是氣液反應，所以反應速度快，效率高，脫硫劑利用率高。該法的主要缺點是脫硫廢水二次污染；系統易結垢，腐蝕；脫硫設備初期投資費用大；運行費用較高等。

①石灰石—石膏法煙氣脫硫技術。該技術以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔內對煙氣進行噴淋洗滌，使煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣，同時向吸收塔的漿液中鼓入空氣，強制使亞硫酸鈣轉化為硫酸鈣，脫硫劑的副產品為石膏。由于石灰石價格便宜，易于運輸和保存，因而已成為濕法煙氣脫硫工藝中的主要脫硫劑，石灰石—石膏法煙氣脫硫技術（見圖1）成為優先選擇的濕法煙氣脫硫工藝。該法脫硫效率高（大于95%），工作可靠性高，但該法易堵塞腐蝕，脫硫廢水較難處理。

圖1 石灰石-石膏法工藝流程圖

②氨法煙氣脫硫技術。該法的原理是采用氨水作為脫硫吸收劑，氨水與煙氣在吸收塔中接觸混合，煙氣中的二氧化硫與氨水反應生成亞硫酸氨，氧化后生成硫酸氨溶液，經結晶、脫水、干燥后即可制得硫酸氨（肥料）。該法的反應速度比石灰石—石膏法快得多，而且不存在結構和堵塞現象。另外，濕法煙氣脫硫技術中還有鈉法、雙堿脫硫法和海水煙氣脫硫法等，應根據吸收劑的來源、當地的具體情況和副產品的銷路實際選用。

③半干法煙氣脫硫技術。旋轉噴霧干燥法，該法是美國和丹麥聯合研制出的工藝。該法與煙氣脫硫工藝相比，具有設備簡單，投資和運行費用低，占地面積小等特點，而且煙氣脫硫率達75%—90%。該法利用噴霧干燥的原理，將吸收劑漿液霧化噴入吸收塔。在吸收塔內，吸收劑在與煙氣中的二氧化硫發生化學反應的同時，吸收煙氣中的熱量使吸收劑中的水分蒸發干燥，完成脫硫反應后的廢渣以干態形式排出。生石灰經熟化變成具有良好反應能力的熟石灰，熟石灰漿液經高達15000 ～20000r/min 的高速旋轉霧化器噴射成均勻的霧滴，其霧粒直徑可小于100um，具有很大的表面積，霧滴一經與煙氣接觸，便發生強烈的熱交換和化學反應，迅速的將大部分水分蒸發，產生含水量很少的固體廢渣。

2.2 鋁用炭素材料石油焦煅燒煙氣脫硝

煅燒煙氣同時脫硝技術目前大多處于研究和工業示范階段，實現其在一套系統中能同時脫硫和脫硝。

煙氣脫硫脫硝技術是應用于多氮氧化物、硫氧化物生成化工工業的一項鍋爐煙氣凈化技術。氮氧化物、硫氧化物是空氣污染的主要來源之一，特別是隨著對NOX 控制標準的不斷嚴格化，同時脫硫脫硝技術正受到各國的日益重視。目前SNCR 工藝廣泛在大型燃煤電廠獲得商業用途，在煙道位置加裝尿素溶液噴射裝置，向煙氣中噴入尿素溶液，在無催化劑的條件下，尿素溶液與煙氣充分混合，選擇性的將煙氣中的NOx 還原成N2 和H2O，從而去除煙氣中的NOx。煙氣脫硝后無二次污染產生。

2.3 推廣應用成熟環保技術和開發新的環保技術

隨著國家對環境保護要求的日日嚴格和人類文明發展的客觀要求，治理污染、減少排放是生產企業應盡的責任。在鋁電解用炭素材料生產過程中，目前難以完全控制的污染物是過程中的粉塵和瀝青煙。需要盡快開發相關的煙氣收集和凈化的技術，粉塵收集技術，改變目前這種污染較失控的狀況。主要的發展方向是：

（1）通過改進和開發工藝技術和相關設備的同時，達到污染物治理的目的，如開發破碎與篩分一體化設備，將粉塵直接回收利用；采用先進的可外加熱源進行溫度控制的新型瀝青煙收集系統等。

（2）進一步改進陽極焙燒煙氣凈化技術。目前使用的幾種焙燒煙氣凈化技術均存在不同程度的不足。濕法凈化雖然可以有效控制煙氣中的有害物及污染物，但存在水的二次處理與可能的二次污染；采用氧化鋁吸附法時對氟化物及焦油、粉塵具有較好的凈化效果，但對二氧化硫的凈化效果不明顯；采用預除塵器加干式電除塵系統能夠較好地處理焦油，但對細顆粒的炭塵、二氧化硫及氟化物的治理效果較差。因此，要徹底治理焙燒煙氣污染，達到歐洲等發達國家的排放標準，尚需進一步開發和研究，關注的方向是：①采用優化的聯合治理的方法，達到理想的治污要求，如濕法和干法的有機聯合；如增設NaCO3溶液或石灰水先將二氧化硫轉變成無污染的鹽溶液或鹽的沉淀物，再將煙氣繼續用氧化鋁吸附法，然后排出干凈的煙氣；或者在氧化鋁干法凈化后，將煙氣通過噴淋NaCO3溶液或石灰水的一個裝著后，將干凈達標的煙氣排入大氣。②開發高效燃燒凈化技術，處理陽極焙燒煙氣，使煙氣中的焦油、炭塵等可燃物徹底燃燒并利用，然后接噴淋NaCO3溶液或石灰水的一個裝著后，將干凈達標的煙氣排入大氣。③開發干法吸附二氧化硫、氟化氫等物質的堿性吸附劑，使煙氣完全得到凈化。

3 結語

綜上，我國的鋁用炭素工業已取得令世人矚目的成績，不僅僅是在產能、產量方面列世界最大國，更重要的是通過多年來同行業們的不斷追尋和開發，充分利用石化行業產生的石油焦做原料，優化并創新工藝技術和成套高性能設備的開發，不但滿足了世界最大鋁生產國、最大電解槽容量的需要，而且每年向世界其它國家出口量在120萬噸左右，為世界鋁工業的發展做出了貢獻。

鋁用炭素行業的環境保護十分重要，已引起行業和社會各界的高度重視。近些年來，我國鋁用炭素領域的環保技術與應用已取得可喜的進步，但不同生產企業的發展仍存在不同的差距，尚有亟待提高的方面，如鋁用炭素企業的粉塵、廢固和噪音污染問題等，應引起重視和積極采取有效措施。