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的主要氣態物質。此外，氮氧化物還容易產生光化學煙霧，這些都會嚴重危害人體的健康[1]。

目前，我國的焦炭產能居世界首位，達6.8億噸，占全球產能的70%以上。而焦化行業屬于典型的重污染行業，為了改善焦化行業的污染問題，國家出臺了《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）[2]規定：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，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，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 焦化行業脫硫脫硝技術

目前，我國電力行業大氣污染物控制技術已相當成熟，先進的脫硫脫硝除塵技術已得到廣泛應用，且已實現超低排放要求。但是，焦化行業的煙氣特點決定了不能簡單地沿用電力行業脫硫脫硝除塵技術，為了應對這一問題，焦化行業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，焦爐煙氣經加熱后進入SCR脫硝反應器，加入脫硝還原劑，發生還原反應，脫除氮氧化物，然后進入余熱鍋爐回收熱量，再經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，該技術成熟可靠，脫硝性能穩定，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稀氨水的特點，解決脫硫劑原料來源問題，同時脫硫產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。氨法脫硫對設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，焦爐煙氣進入旋轉噴霧脫硫塔，與旋轉噴霧器霧化的氫氧化鈣霧滴充分接觸，快速反應生成亞硫酸鈣，隨煙氣進入除塵器，未反應的脫硫劑循環使用，然后進行低溫SCR脫硝，加入脫硝還原劑，發生還原反應，凈化后的煙氣經煙囪排放。

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

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，發生催化氧化反應。第二級噴氨進行脫硝處理，氮氧化物被吸附到活性炭表面，與氨氣發生反應生成氮氣和水，再生后的活性炭可循環利用，凈化后的煙氣外排。

圖3 活性炭法工藝流程

3.3.2 技術特點

4 新的脫硫脫硝技術

根據焦爐煙氣的特點和當前脫硫脫硝工藝，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，經旋轉噴霧器霧化成粒徑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，反應產物以固態形式排出，與煙氣共同進入除塵器。脫硫產物及未反應的消石灰被脫除后收集，其中未反應的消石灰可循環利用。

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，提高反應速率，脫除SO2等酸性氣體?；瘜W反應如下：

4.2.2 脫硝原理

活性碳纖維具有極大的比表面積和發達的微孔結構，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，發生氧化反應，生成NO2，再與煙氣中的水蒸汽反應，生成HNO3，化學反應如下：

活性碳纖維在纖維絲表面開口，排列規整，且微孔孔道較短，擴散阻力小，有利于吸附質的脫附，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，以確保實現超低排放。化學反應如下：

4.3 技術特點

（1）該工藝采用旋轉噴霧半干法脫硫，工藝流程簡單，反應速度快，脫硫效率高?？晌諢煔庵械亩⒑椭亟饘俚任廴疚铮€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雜的問題。旋轉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效率。且系統在干況下運行，不存在設備腐蝕的問題。

（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環境，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。最后再經一級活性炭吸附，進一步降低煙氣中NOx的含量，實現超低排放。該技術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構特點，使得其脫附效率高，只需通熱蒸氣即可實現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 結語

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

參考文獻：

[1] 王曉琴，郝志強．焦爐煙道廢氣脫硫技術[J]．煤炭與化工，2016，39（9）：152-154．

[2] GB16171-2012，煉焦化學工業污染物排放標準[S]．

[3] 張文效，姚潤生，沈炳龍．焦爐煙氣先脫硫后脫硝的新工藝研究[J]．煤炭加工與綜合利用，2015（12）：51-54．

[4] 王海風，張春霞，齊淵洪．氨法脫硫研究進展[J]．環境工程，2010，28（6）：55-58．

[5] 葛介龍，張佩芳，周釣忠，等．幾種半干法脫硫工藝機理探討[J]．電力科技與環保，2005， 21（1）：37-40．

[6] 謝新蘋，蔣劍春，孫康，等．脫硫脫硝用活性炭研究進展[J]．生物質化學工程，2012， 46（1）：45-50．

[7] 范浩杰，朱敬，劉金生，等．活性炭纖維脫硫、脫硝的研究進展[J]．動力工程學報，2005，25（5）：724-727．

[8] 李新艷，秦志宏．活性炭纖維的研究進展[J]．化工生產與技術，2011，18（4）：43-45．