焦爐煙氣脫硫脫硝工藝研究

王磊濟，程曉輝，李玉洋

（江蘇科行環(huán)保股份有限公司，江蘇 鹽城 224051）

1 前言

二氧化硫和氮氧化物嚴重污染環(huán)境，不僅會形成酸雨、破壞臭氧層，而且還是形成PM2.5的主要氣態(tài)物質(zhì)。此外，氮氧化物還容易產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，這些都會嚴重危害人體的健康[1]。

目前，我國的焦炭產(chǎn)能居世界首位，達6.8億噸，占全球產(chǎn)能的70%以上。而焦化行業(yè)屬于典型的重污染行業(yè)，為了改善焦化行業(yè)的污染問題，國家出臺了《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）[2]規(guī)定：排放的氮氧化物濃度≤500mg/Nm3，二氧化硫濃度≤50mg/Nm3，顆粒物濃度≤30mg/Nm3，對于特別地區(qū)，排放的氮氧化物濃度≤150mg/Nm3，二氧化硫濃度≤30mg/Nm3，顆粒物濃度≤15mg/Nm3。就當(dāng)前焦爐煙氣排放濃度而言，難以達到這一排放標準，盡快探尋適合焦化行業(yè)脫硫脫硝除塵工藝顯得尤為重要。

2 焦爐煙氣特點

焦爐煙氣溫度偏低。一般在220℃～270℃，采用SCR脫硝技術(shù)，脫除效率低、成本高，難以達到排放要求。

焦爐煙氣組成波動較大。焦化工藝、焦爐操作、焦爐原料煤以及焦爐串漏等都會影響煙氣組成[3]。焦爐煙氣中SO2的含量為50～800mg/m3，NOx的含量為500～1200mg/m3。煙氣的組成對于設(shè)計方案、一次投資成本和運行成本等有重要的影響。

3 焦化行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)

目前，我國電力行業(yè)大氣污染物控制技術(shù)已相當(dāng)成熟，先進的脫硫脫硝除塵技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，且已實現(xiàn)超低排放要求。但是，焦化行業(yè)的煙氣特點決定了不能簡單地沿用電力行業(yè)脫硫脫硝除塵技術(shù)，為了應(yīng)對這一問題，焦化行業(yè)已形成了多套工藝路線，如加熱+SCR脫硝+余熱鍋爐+氨法脫硫、SDA半干法脫硫+除塵+SCR脫硝和活性炭法脫硫脫硝技術(shù)等。

3.1 加熱+SCR脫硝+余熱鍋爐+氨法脫硫

3.1.1 工藝流程

如圖1所示，焦爐煙氣經(jīng)加熱后進入SCR脫硝反應(yīng)器，加入脫硝還原劑，發(fā)生還原反應(yīng)，脫除氮氧化物，然后進入余熱鍋爐回收熱量，再經(jīng)氨法脫硫脫除二氧化硫，通入氧化空氣將亞硫酸銨氧化為硫酸銨，最后經(jīng)濕式電除塵器脫除顆粒物，煙氣由煙囪排放。

3.1.2 工藝特點

圖1 SCR脫硝氨法脫硫工藝流程

加熱升溫后的焦爐煙氣可采用中溫SCR脫硝技術(shù)，該技術(shù)成熟可靠，脫硝性能穩(wěn)定，在不利的運行條件下仍有較好的脫硝效果。采用氨法脫硫可充分利用焦化廠自產(chǎn)稀氨水的特點，解決脫硫劑原料來源問題，同時脫硫產(chǎn)品硫酸銨可作氮肥售出，增加收入[4]。但加熱焦爐煙氣將增大該工藝的運行成本。氨法脫硫?qū)υO(shè)備具有一定的腐蝕性，同時存在氨逃逸及氣溶膠等問題，這也是制約氨法脫硫推廣的主要因素。

3.2 SDA半干法脫硫+除塵+S活C性R炭脫再硝生

3.2.1 工藝流程

如圖2所示，焦爐煙氣進入旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫塔，與旋轉(zhuǎn)噴霧器霧化的氫氧化鈣霧滴充分接觸，快速反應(yīng)生成亞硫酸鈣，隨煙氣進入除塵器，未反應(yīng)的脫硫劑循環(huán)使用，然后進行低溫SCR脫硝，加入脫硝還原劑，發(fā)生還原反應(yīng)，凈化后的煙氣經(jīng)煙囪排放。

圖2 半干法脫硫SCR脫硝工藝流程

3.2.2 工藝特點

3.3 活性炭法脫硫脫硝技術(shù)

3.3.1 工藝流程

活性炭法是利用活性炭的吸附和催化性能[6]。工藝流程如圖3所示，焦爐煙氣先進入預(yù)熱鍋爐回收熱量，再冷卻降溫，然后進入活性炭吸附裝置。吸附塔分為兩級，第一級先脫硫，煙氣中二氧化硫被吸附到活性炭表面，在煙氣中氧氣、水蒸汽的作用下，發(fā)生催化氧化反應(yīng)。第二級噴氨進行脫硝處理，氮氧化物被吸附到活性炭表面，與氨氣發(fā)生反應(yīng)生成氮氣和水，再生后的活性炭可循環(huán)利用，凈化后的煙氣外排。

圖3 活性炭法工藝流程

3.3.2 技術(shù)特點

4 新的脫硫脫硝技術(shù)

根據(jù)焦爐煙氣的特點和當(dāng)前脫硫脫硝工藝，提出一種半干法脫硫+除塵+活性碳纖維脫硝工藝。

4.1 工藝流程

焦爐煙氣脫硫脫硝工藝流程如圖4所示。

圖4 活性碳纖維法工藝流程簡圖

焦爐煙氣進入旋轉(zhuǎn)噴霧吸收塔，消石灰作為脫硫劑，加水后制成消石灰漿液，用漿液泵打入吸收塔，經(jīng)旋轉(zhuǎn)噴霧器霧化成粒徑50μm的霧滴，霧滴與煙氣充分接觸，并與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣，同時，由于煙氣溫度較高，液滴被干燥，而煙氣溫度略有降低，反應(yīng)產(chǎn)物以固態(tài)形式排出，與煙氣共同進入除塵器。脫硫產(chǎn)物及未反應(yīng)的消石灰被脫除后收集，其中未反應(yīng)的消石灰可循環(huán)利用。

除塵后的煙氣進入多官能團活性碳纖維吸附罐，吸附氮氧化物，并將其氧化為二氧化氮，在煙氣中的水蒸汽作用下，生成HNO3。同時，活性碳纖維可吸附二英和重金屬等污染物，凈化后的煙氣由煙囪排放。當(dāng)吸附趨于飽和時，煙氣切換到再生罐，飽和的吸附罐通蒸氣再生，吸附和再生交替進行。再生后的氣液混合物進入到氣液分離器，分離出的氣體與通入的臭氧共同進入氧化分解塔，在催化劑的作用下，將氮氧化物氧化為二氧化氮，再將氣體通入到第二級吸附罐，吸收產(chǎn)生的二氧化氮，凈化后的氣體由煙囪排出，第二級吸附罐吸附飽和后，煙氣切換到再生罐，飽和的吸附罐則進行再生，再生后的氣液混合物同樣進入到氣液分離器。

氣液分離器分離出的液體經(jīng)冷卻，進入酸液罐，稀酸溶液可綜合利用。

4.2 工藝原理

4.2.1 脫硫原理

將Ca(OH)2粉末與工藝水混合，攪拌制成Ca(OH)2漿液，通過霧化作用形成霧滴，增大煙氣與脫硫劑的接觸面積，提高反應(yīng)速率，脫除SO2等酸性氣體?；瘜W(xué)反應(yīng)如下：

4.2.2 脫硝原理

活性碳纖維具有極大的比表面積和發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)，有利于提高其吸附性能。同時，活性碳纖維表面具有豐富的有機官能團（含氧官能團、含氮官能團），對吸附氧化反應(yīng)有顯著的促進作用[7、8]。首先，NO吸附到多官能團活性碳纖維表面，同時，煙氣中的O2也吸附到活性碳纖維表面，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成NO2，再與煙氣中的水蒸汽反應(yīng)，生成HNO3，化學(xué)反應(yīng)如下：

活性碳纖維在纖維絲表面開口，排列規(guī)整，且微孔孔道較短，擴散阻力小，有利于吸附質(zhì)的脫附，提高脫附效率。首先，通過蒸氣再生，再生后的氣液混合物進入氣液分離器，含微量NOx的氣體與O3共同進入氧化分解塔，生成HNO3。氣體再進入第二級吸附罐，以確保實現(xiàn)超低排放?；瘜W(xué)反應(yīng)如下：

4.3 技術(shù)特點

（1）該工藝采用旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫，工藝流程簡單，反應(yīng)速度快，脫硫效率高?？晌諢煔庵械亩⒑椭亟饘俚任廴疚?，還能脫除焦爐串漏所攜帶的有機焦、有機硫等組分，解決焦爐煙氣組分復(fù)雜的問題。旋轉(zhuǎn)噴霧器霧化的液滴約為50μm，增大了霧滴與煙氣的接觸面積，大大提高了脫硫反應(yīng)效率。且系統(tǒng)在干況下運行，不存在設(shè)備腐蝕的問題。

（2）采用先脫硫后脫硝的工藝，可以為脫硝提供低硫低塵的反應(yīng)環(huán)境，提高脫除效率，且溫降約為20℃，脫硝溫度有保障。

（3）采用活性碳纖維吸附氧化+臭氧氧化脫硝技術(shù)可以充分利用活性碳纖維的吸附氧化性能，將絕大部分的NOx脫除，剩余極少量的NOx再進入強氧化塔，與臭氧反應(yīng)。最后再經(jīng)一級活性炭吸附，進一步降低煙氣中NOx的含量，實現(xiàn)超低排放。該技術(shù)解決了焦爐煙氣溫度較低不利于脫硝的問題，同時，活性碳纖維的使用可以明顯減少臭氧消耗量，降低運行成本。

（4）由于活性碳纖維的孔道結(jié)構(gòu)特點，使得其脫附效率高，只需通熱蒸氣即可實現(xiàn)活性碳纖維的原位再生。

（5）活性碳纖維對SO2也有一定的脫除能力，這提高了整套工藝脫硫處理能力和操作彈性。

5 結(jié)語

隨著環(huán)境問題的日趨嚴峻，環(huán)保越來越受到國家重視，焦化行業(yè)的污染物治理已勢在必行。結(jié)合焦爐煙氣溫度低、組分波動大的特點，對現(xiàn)有工藝進行了分析，提出一種半干法脫硫+除塵+活性碳纖維脫硝的新工藝，具有一定的應(yīng)用前景。

參考文獻：

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