一种碳素阳极成型过程产生的沥青烟气净化及资源化利用方法和系统

本发明属于废气处理，具体涉及一种碳素阳极成型过程产生的沥青烟气净化及资源化利用方法和系统。

背景技术：

1、生产碳素阳极的主要原料是石油焦和煤沥青，石油焦经过煅烧炉脱除水和挥发组分后，获得高真密度、低电阻率、高机械强度和抗氧化性煅后焦，其经破碎、筛分、磨粉等工艺后，获得焦粉。将焦粉与煤沥青混捏、振动成型制成生阳极块，再将冷却后的生阳极块在高温条件下焙烧，获得具有高强度和低电阻率的碳素阳极产品。

2、在沥青加热熔融、焦粉-沥青混捏、阳极块焙烧升温过程中，沥青会受热挥发并分解，产生大量沥青烟气。该类烟气中含有重质焦油、轻质挥发性有机物、多环芳烃及苯并芘等强致癌有害物质，若直接排放将对大气环境和人体健康造成严重危害，同时烟气中可燃烃类物质与细颗粒物不能得到有效回收利用，会造成能源与物料浪费。

3、目前，工业上对碳素阳极生产过程中沥青熔融、焦粉-沥青混捏以及生阳极块焙烧工序产生的沥青烟气，常采传统蓄热燃烧法、黑法吸附和静电捕集法治理工艺，但均存在明显缺陷与应用局限：

4、蓄热燃烧法是利用蓄热式热力氧化炉，将收集到的沥青烟气在高温条件下（>850℃）氧化分解，从而达到净化沥青烟气的目的。由于该方法工作温度高，且废气中的污染物经催化氧化释放的热量不足以维持蓄热燃烧装置的稳定运行，通常需要补加天然气以保障蓄热氧化炉的正常运行，因此蓄热氧化法净化煤沥青烟气存在建设成本和运行成本高的难题。

5、传统黑法吸附技术则是利用焦粉的吸附作用，将沥青烟气中的污染物去除，再经布袋除尘器收集吸附了沥青烟的焦粉，从而达到净化沥青烟气的目的。该工艺通常需要使用大量焦粉（焦粉与其中沥青烟的质量比约为28:1~80:1）才能实现较高的去除效率，面临焦粉消耗量大的难题。尽管吸附煤沥青烟后的部分焦粉可与原有焦粉混用，用于生产阳极块，但仍有大量吸附煤沥青烟的焦粉无法直接利用。在焦粉与煤沥青混捏成型过程中，若加入过多吸附煤沥青烟的焦粉，会导致阳极块成品质量下降。目前，通常将过量的吸附煤沥青烟气后的焦粉直接送入电厂锅炉燃烧，不仅造成严重的资源浪费，而且利用效率低。此外，煅后焦经过研磨产生的焦粉属于半成品，采用锅炉燃烧方式处理造成严重的资源浪费。

6、静电捕集法依靠电场作用，对沥青烟气中的重质焦油雾滴具有一定捕集效果，但其仅对液态气溶胶类污染物作用明显，对气态小分子轻质烃类净化效率极低，污染物排出浓度易超标。同时，重质焦油易在极板表面冷凝黏结，造成极板污染、绝缘下降、设备堵塞等问题，长期运行稳定性差、安全隐患大，难以实现深度净化。

7、目前，碳素阳极成型过程中产生的烟气治理，普遍面临重质烃与轻质烃无法选择性分离、物料难以闭环回用、净化与资源化难以协同的问题。具体而言，吸附沥青烟中重质烃的焦粉具有较高利用价值，直接焚烧或用于锅炉燃烧发电造成资源浪费和利用效率低；轻质烃类直接吸附治理难度大、成本高，而焙烧炉或煅烧炉内的高温环境可为其提供理想的氧化分解条件。

8、此外，常规黑法吸附为保证吸附效果，通常需喷入过量焦粉。在碳素阳极混捏过程中掺入过量黑法吸附后的焦粉，会严重影响煅后焦品质，过量载烃焦粉不能全部被有效利用，造成原材料大量浪费和生产成本增加。同时，过量焦粉进入布袋除尘器后，会显著增大其过滤负荷与清灰频率，缩短滤袋使用寿命，制约了黑法吸附工艺的经济性与长期稳定运行。

9、因此，研发一种净化效率高、运行稳定、维护简便、可实现污染物无害化与资源循环化协同利用的沥青烟气治理技术，已成为碳素阳极行业绿色发展亟待解决的关键问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳素阳极成型过程产生的沥青烟气的净化及资源化利用方法和系统。本发明提供的净化及资源化利用方法，可实现重质烃与轻质烃选择性分离、物料可闭环回用，解决了废气净化与载烃焦粉资源化利用难以协同的问题。

2、本发明提供了一种碳素阳极成型过程产生的沥青烟气的净化及资源化利用方法，包括以下步骤：

3、将碳素阳极成型过程产生的沥青烟气和焦粉混合进行选择性吸附，得到气固混合物；所述气固混合物包括含轻质烃烟气和载重质烃焦粉；所述碳素阳极成型过程产生的沥青烟气包括沥青熔融、沥青-焦粉混捏成型和阳极块焙烧三个工序中至少一个工序产生的烟气；

4、将所述气固混合物采用布袋除尘器过滤分离，得到含轻质烃烟气和载重质烃焦粉；

5、将所述含轻质烃烟气通入阳极块焙烧炉或石油焦煅烧炉进行氧化分解，得到净化烟气；将所述载重质烃焦粉回用于沥青-焦粉混捏成型工序，实现资源化利用。

6、优选的，所述焦粉与沥青烟的质量比为10:1~30:1，所述沥青烟为沥青烟气中的有机物组分。

7、优选的，所述焦粉的粒径为150~300目。

8、优选的，所述沥青烟气和焦粉混合为：将焦粉通过文丘里管喷入沥青烟气中；沥青烟气和焦粉进行选择性吸附的时间为2~5s。

9、优选的，所述布袋除尘器的过滤风速为0.3~1.0 m/min。

10、优选的，所述氧化分解的温度为800~1200℃，时间为2~8s。

11、优选的，所述含轻质烃烟气通入阳极块焙烧炉或石油焦煅烧炉的管路进行氧化分解，采用石油焦煅烧炉产生的烟气进行管路的加热保温。

12、优选的，所述载重质烃焦粉的回用量为沥青-焦粉混捏成型工序中细骨料总质量的3~15%，所述细骨料包括煅后焦经研磨形成的焦粉和回用的载重质烃焦粉。

13、优选的，所述沥青烟气中重质烃利用率≥98%，挥发性有机物去除率≥98%；所述净化烟气中苯并芘浓度≤0.1μg/m3。

14、本发明还提供了一种碳素阳极成型过程产生的沥青烟气的净化及资源化利用系统，包括沥青烟气收集装置；

15、与所述沥青烟气收集装置出口连通的文丘里选择性吸附装置；

16、与所述文丘里选择性吸附装置连通的布袋除尘器；

17、与所述布袋除尘器的气体出口连通的轻质烃烟气净化装置、固体出口连通的载重质烃焦粉回用装置。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、本发明提供了一种碳素阳极成型过程产生的沥青烟气的净化及资源化利用方法，包括以下步骤：所述碳素阳极成型过程产生的沥青烟气包括沥青熔融、沥青-焦粉混捏成型、阳极块焙烧三个工序产生的烟气；通过负压（-300~-800 pa）收集三个工序产生的沥青烟气，烟道内壁有保温层，避免重质烃冷凝黏壁；将收集到沥青烟气和少量焦粉（焦粉与有机物组分的质量比10:1~30:1）混合进行选择性吸附，得到气固混合物；所述气固混合物包括含轻质烃烟气和载重质烃焦粉；将所述气固混合物采用布袋除尘器过滤分离，得到含轻质烃烟气和载重质烃焦粉；将所述含轻质烃烟气进行氧化分解，得到净化烟气；将所述载重质烃焦粉回用于沥青-焦粉混捏成型工序，实现资源化利用。

20、本发明针对沥青熔融、焦粉-沥青混捏成型及焙烧过程中产生的沥青烟气，依次进行收集、选择性吸附、气固分离、物料循环利用耦合高温深度净化处理：首先采用内壁具有热保温层和微负压管道收集煤沥青烟气；而后将焦粉喷入烟气中（可采用文丘里管），选择性吸附脱除重质烃，相比常规黑法吸附需喷入过量焦粉以保证有效以去除碳素阳极沥青烟气中的重质烃和轻质烃，本发明仅需喷入约40%的焦粉量（相较于常规黑法吸附）即可实现选择性吸附烟气中的重质烃，再经布袋除尘分离得到载重质烃焦粉与含轻质烃烟气；将轻质烃烟气通入焙烧炉燃烧通道或煅烧炉内，利用炉内高温将其中挥发性有机物、苯并芘等有毒有害物质氧化分解为无毒无害气体，实现污染物深度净化；分离得到的载重质烃焦粉作为细骨料回用于阳极块混捏成型工序，可减少煤沥青与焦粉用量。本发明实现了沥青烟气的深度净化与物料资源的综合利用，可降低有毒有害污染物排放及碳素阳极生产成本，兼具环境与经济效益。

21、进一步地，本发明可实现热能的高效耦合利用；本发明可实现碳素阳极成型废气深度净化及近零排放，