混捏成型沥青烟净化系统中高效吸附技术的应用.pdf

2023年6月下 世界有色金属 153混捏成型沥青烟净化系统中高效吸附技术的应用柏庄（贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州 贵阳 5 5 0 0 8 1）摘 要：针对炭素企业混捏成型工段中传统炭粉吸附沥青烟净化系统存在的问题，沥青烟高效吸附净化系统提出“源头吸附”、“预混喷射”、“多相耦合吸附”技术，旨在提高净化系统的吸附效率，为获得理想的净化效果奠定基础。关键词：沥青烟净化系统；“源头吸附”；“预混喷射”；“多相耦合吸附”中图分类号：T G 1 4 6 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 2-0 1 5 3-3Application of high efficiency adsorption technology in the purification system for pitch fume in kneading and forming processBAIZhuang(G u i y a n g A l u mi n u m Ma g n e s i u m D e s i g n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e C o.L t d,G u i y a n g 5 5 0 0 8 1,C h i n a)Abstract:I n t h e k n e a d i n g a n d f o r mi n g p r o c e s s o f c a r b o n p l a n t,i n v i e w o f t h e p r o b l e ms e x i s t i n g i n t h e t r a d i t i o n a l p i t c h f u me p u r i f i c a t i o n s y s t e m b a s e d o n c a r b o n p o w d e r a d s o r p t i o n me c h a n i s m,t h e t e c h n o l o g y o f “s o u r c e a d s o r p t i o n”,“p r e mi x i n g-u n i f o r m s p r a y i n g”a n d “mu l t i p h a s e c o u p l e d a d s o r p t i o n”a r e a p p l i e d,a i mi n g t o i mp r o v e t h e a d s o r p t i o n e f f i c i e n c y o f p u r i f i c a t i o n s y s t e m,w h i c h l a y s t h e f o u n d a t i o n f o r i d e a l p u r i f i c a t i o n e f f e c t.Keywords:t h e p u r i f i c a t i o n s y s t e m f o r p i t c h f u me;“s o u r c e a d s o r p t i o n”;“p r e mi x i n g-u n i f o r m s p r a y i n g”;“mu l t i-p h a s e c o u p l e d a d s o r p t i o n”收稿日期：2 0 2 3-0 4作者简介：柏庄，生于1 9 8 9 年，男，贵州贵阳人，工程师，硕士，研究方向：铝工业除尘、烟气净化。炭素企业混捏成型工段工艺生产中利用液体沥青作为粘结剂，将炭素颗粒通过加热、混捏、压型等工艺制成不同规格、品质的生炭块，在此过程中会散发大量的沥青烟气。沥青烟气成分非常复杂，其中还含有多种致癌的多环芳烃类有机物。混捏成型工段产生沥青烟的设备多且分布比较分散，生产过程中产生的废气较为复杂，除含有沥青烟外，还含有水蒸气、粉尘、硬脂酸废气（石墨电极生产），因此沥青烟的净化治理极为困难。目前，国内的炭素企业大多使用炭粉吸附沥青烟净化技术处理该工段产生的沥青烟气。炭粉吸附沥青烟气净化技术最大的优势在于它利用工艺生产的原料作为吸附剂，净化后的产物仍可返回工艺生产流程，不产生任何外排的废物，净化效率高、净化系统投资少、运行费用较低。近年来，鉴于国家出台的环保政策日趋严格，各炭素企业均以更高的要求来设计沥青烟净化系统，但多数环保厂家仍采用传统炭粉吸附净化技术，仅局限在增大排烟量和加大设备选型方面考虑作改进，实际运行中存在很多问题。因此，探索稳定、高效运行的沥青烟净化系统势在必行。1 传统炭粉吸附净化技术存在的问题传统炭粉吸附净化技术是将所有散发沥青烟气的设备：沥青高位槽、沥青秤、混捏机、冷却机、糊料给料机、糊料输送皮带及成型工位产生的沥青烟气通过排烟支管汇集到排烟干管底部的烟气集合器，烟气中的部分液态焦油可在烟气集合器中冷凝，然后排至下方的废焦油桶中；烟气经过集合器冷凝后进入上方的文丘里反应器。从工艺配料系统取净化用炭粉，然后采用自然加料的方式将炭粉投入烟气集合器上部的文丘里反应器中，进而炭粉被高速的烟气带走，在此过程中，炭粉与烟气混合并完成对沥青烟的吸附净化。图1为传统净化系统炭粉加料示意图。1文丘里反应器；2 排烟总管；3 加料溜管；4 烟气集合器；5 净化炭粉；6 排烟支管；7 放水排油口图1传统炭粉吸附净化系统炭粉加料示意图世界有色金属2023年6月下154在传统炭粉吸附净化系统的吸附过程中存在以下问题：（1）加入炭粉前的排烟管道容易堵塞，尤其是产生沥青烟气量大、浓度高的设备排烟支管。另外，由于加入炭粉后的排烟管道风速高，加入炭粉后很快即抽入净化除尘器，反应时间短。（2）由于炭粉采用自然加料方式成股加入文丘里反应器，沥青烟与净化炭粉气-固两相混合不均匀。加入的净化炭粉，可能部分已经过量吸附沥青烟而结块，而部分却还未与沥青烟气接触，因此即使净化系统加入足量的炭粉但净化指标仍然不理想。（3）近年来，在混捏成型工艺中广泛应用的强力冷却机，排出的沥青烟气中含有大量的水蒸气。烟气中的水蒸气沿程冷却，进入干管后和低温烟气混合后降温冷凝成液态，无法保证最佳的吸附环境。国内采用传统炭粉吸附沥青烟净化技术的系统由于无法实现高效吸附，往往投产初期运行良好，但半年后集气效率严重下降，一年后很多管道堵塞，绝大部分运行状态很不理想。2 沥青烟高效吸附技术基于国内炭素企业的生产实践，并充分结合生产工艺的特点，笔者所在团队研发了沥青烟高效吸附净化技术，不同于传统的炭粉吸附净化系统，该技术在高效吸附方面取得突破，彻底解决了混捏成型工段沥青烟气治理中的诸多难题1-2。对炭粉吸附沥青烟净化系统而言，在保证供应足量炭粉的前提下，吸附过程中气-固两相的分布、反应时间和反应环境决定了吸附净化的效率。以下着重对如何实现高效吸附进行分析。2.1“源头吸附”技术为解决传统炭粉吸附净化系统加入炭粉前排烟管道的堵塞问题，沥青烟高效吸附净化系统采用“源头吸附”技术，是将炭粉加入产生大烟气量且沥青烟浓度较高的设备或工位（混捏机、冷却机、糊料输送及成型工位）排烟支管的起始端，让炭粉第一时间将收集的沥青烟气吸附净化，保证排烟管道的沿程不会出现沥青烟和水蒸气冷凝的现象。同时，极大延长了炭粉与沥青烟的反应时间，进而有效提高吸附效率。2.2“预混喷射”加料技术为解决传统净化系统自然加料方式存在的沥青烟和净化炭粉气-固两相混合不均匀问题，沥青烟高效吸附净化系统采用“预混喷射”技术，将净化炭粉加入高效混合器中，在高效混合器中引入高压风并使之与净化炭粉实现稀相预混，再利用气力输送将净化炭粉喷射加入排烟支管起始端。高效混合器的作用是利用高压风产生的局部动能形成负压将炭粉引射、混合并进行输送。由于炭粉在高效混合器中已经与高压风充分混合为均匀的气-固两相流，炭粉再喷入源头排烟管道的瞬间即可弥散至整个排烟管道，从而与沥青烟实现均匀混合，在短时间完成对沥青烟的吸附。此外，由于“预混喷射”技术的炭粉输送方式为气力输送，因此解决了传统炭粉吸附净化系统加料受限于水平距离和垂直高差的弊端，系统配置更加灵活自由，净化系统可根据实际需要将炭粉输送至净化系统的任意位置。图2为炭粉“预混喷射”加料技术的示意图及实际效果图。2.3“多相耦合吸附”技术近年来，糊料强力冷却机已经成为糊料冷却的潮流，强力冷却机的应用使糊料变得更加均匀，保证了混捏成型产品的高成品率。但从强力冷却机排出的沥青烟汽中散发了大量的水蒸气，烟气中的水蒸气沿程冷却、进入干管后和低温烟气混合后降温冷凝成液态，导致很多沥青烟净化系统存在几个共性问题：（1）袋式除尘器糊袋；（2）炭粉含湿量增加，流动性降低、粘附性增加，造成除尘器后端的输送系统堵塞；（3）沿程产生凝结水二次污染。为防止水蒸气在排烟管道和净化设备中冷凝，实现系统“干态”吸附，沥青烟高效吸附净化系统采用“多相耦合吸附”技术，根据环境温度、入口沥青烟浓度、强力冷却机的喷水量等参数，通过热风加热系统向净化系统中加入高温空气。1高效混合器；2 炭粉喷管；3 排烟支管；4 集烟罩；5 净化炭粉；6 预混炭粉；7 沥青烟气；8 高压风图2炭粉“预混喷射”加料技术示意图及实际效果图2023年6月下 世界有色金属 1551袁永健,刘迅,邓七一,等.一种沥青烟净化方法及装置P.中国:CN201110100654.8,2012.2袁永健，陈丽新，张海龙.炭素及石墨制品混捏成型沥青烟全流程高效吸附技术研究与推广J.轻金属,2021,(3):57-62.3GB16297-1996,大气污染物综合排放标准S.1996.4GB25465-2010,铝工业污染物排放标准S.2010.5T/ZGTS001-2019,炭素工业大气污染物排放标准S.2019.要求精确控制处理风量、烟气温度、热风量、热风温度、炭粉投料量等参数，同时排烟支管需采取伴热措施，确保烟气温度高于露点10以上，实现沥青烟气和吸附剂气固两相、水蒸汽气相的多相叠加耦合，创造最佳的吸附环境，保证系统的高吸附效率和系统安全。3 沥青烟气高效吸附净化技术的实际应用某铝用阳极厂设计产能为15万吨/年的混捏成型生产线，生产形式为连续混捏+强力冷却，建成时采用传统炭粉吸附沥青烟净化技术，净化系统经多年运行已完全瘫痪。2014年采用沥青烟高效吸附净化技术对该净化系统进行改造，该净化系统投入运行至今已近8年，排烟效果未发现衰减，炭粉加料系统运行正常，高效混合器预混效果良好，净化系统吸附效率高。该技术投入运行后经第三方检测机构检测，净化后实际可达到如下排放指标：颗粒物：7.8mg/Nm3，沥青烟：7.2mg/Nm3，非甲烷总烃（VOC）：1.7mg/Nm3。现行的铝用炭素行业及石墨制品行业环保执行的排放标准：大气污染物综合排放标准（GB 16297-1996）3、铝工业污染物排放标准（GB25465-2010）修改单4和 炭素工业大气污染物排放标准（T/ZGTS 001-2019）团体标准5，按照上述三个标准相关的排放要求，混捏成型工段执行国内最严格的排放标准见表1，可见该系统净化后排放指标优于标准中对上述污染物的排放要求。表1新建炭素企业大气污染物排放浓度限值单位：mg/Nm3生产工段污染物名称及排放限值颗粒物沥青烟非甲烷总烃混捏成型1020120目前，沥青烟气高效吸附净化技术已成功应用于多条铝图3沥青烟气高效吸附净化技术的实际应用用阳极、铝用阴极和石墨电极混捏成型生产线的沥青烟气治理。图3为该技术在某年产5万吨石墨电极混捏成型生产线中实际运行的情况，净化效果显著。4 结语针对混捏成型工段沥青烟气治理过程中存在的问题，沥青烟高效吸附净化技术在“源头吸附”、“预混喷射”、“多相耦合吸附”等方面作了改进，进而突破传统沥青烟炭粉吸附技术的瓶颈，解决了排烟管堵塞的问题，实现了沥青烟气与净化炭粉的气-固两相均匀混合，提高了炭粉吸附效率，同时也解决了传统炭粉吸附净化系统加料受限于水平距离和垂直高差的弊端，值得在炭素企业混捏成型工段沥青烟气治理中推广。