焦爐煙氣脫硝的研究進展

譚月，張小龍，杜媛

（陜西大秦環境科技有限公司，西安71000）

引言

焦炭是一種重要的工業原料，廣泛用于冶金、化工等行業。焦炭一般是煙煤在隔絕空氣的條件下干餾得到的固體產物。2016年、2017年我國焦炭的產量分別為44 911.48萬t和43 142.55萬t[1]。焦爐在生產過程中，裝焦、出焦、熄焦等環節都會向大氣排放污染物，隨著煉焦技術的不斷優化，已能對生產環節中的污染排放加以控制，本文主要探討了焦爐煙囪排出廢氣的污染控制。《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB 16171—2012）中規定，自2015年1月1日起，現有的煉焦企業焦爐煙囪大氣污染物排放限值為：顆粒物≤30mg/m3，二氧化硫（SO2）≤50mg/m3，氮氧化物（NOx）≤500mg/m3。有研究顯示，5.5m以上搗固焦爐的煙道氣中，NOx含量一般在1200～1400mg/m3，嚴重超過國家規定的限制。焦化行業的NOx治理迫在眉睫[2]。

1 焦爐煙氣特點

焦爐煙氣主要是由焦爐煤氣燃燒產生的，過程較為復雜。煙氣具有如下特點[3、4]：1）焦爐煙道氣溫度較低，在180℃～300℃之間，大部分煙道氣溫度為200℃～230℃。2）焦爐煙道氣中NOx含量差別較大，為400～1200mg/m3，有的甚至能達到1500mg/m3，SO2一般為50～800mg/m3，煙氣含水量為5%～17.5%。不同焦化廠因生產工藝、爐型、工況等情況各不相同，焦爐煙氣差別很大，有些焦爐煙氣中含有硫化氫、一氧化碳、甲烷、焦油等組分[5]。3）焦爐煙道氣組分隨焦爐液壓交換機的操作呈周期性波動，煙氣中SO2和NOx含量波動較大。4）焦化廠煙囪需熱備，熱備溫度需≥130℃。

從焦爐煙氣的特點可看出，焦爐煙氣溫度低，成分復雜，NOx含量高，焦爐煙氣脫硝是焦爐煙氣污染物控制的關鍵。焦爐煙氣中的NOx主要是溫度熱力型，即在燃燒過程中，空氣中的N2在高溫下被氧化成NO。

2 焦爐煙氣NOx控制技術

目前國內的煙氣NOx控制技術有SNCR（選擇性非催化還原）脫硝、SCR（選擇性催化還原）脫硝、液體吸收法、活性炭吸附法、電子束法等。其中SNCR、SCR、SNCR+SCR法脫硝廣泛用于燃煤鍋爐煙氣治理。因焦爐煙氣溫度窗口寬，成分復雜，NOx含量高，不同于燃煤煙氣，其NOx控制有以下幾種技術。

2.1 SCR脫硝技術

SCR脫硝技術在燃煤鍋爐煙氣治理領域已取得了顯著成果，其原理是以氨（NH3）為還原劑，在催化劑的作用下將NOx還原為氮氣和水。主要反應如下：

催化劑是SCR脫硝的核心，常用的催化劑多以TiO2為載體，負載活性物質V2O5、WO3、MoO3。其熱穩定性、機械強度、活性都很好，在市場上廣受歡迎。但其溫度窗口為320℃～420℃，不能適用于焦爐煙氣180℃～300℃的溫度窗口。國內焦化企業采用的SCR脫硝工藝有兩種方法。一種是通過焦爐煙氣再熱，使煙氣達到催化劑溫度窗口再進行脫硝，如采用荒煤氣加熱器將入口煙氣溫度維持在320℃～330℃，取得了良好效果[6]。該工藝復制了燃煤鍋爐煙氣SCR技術，脫硝技術成熟，穩定性強，但再熱器能耗較大，成本高。另一種是使用中低溫催化劑，其溫度窗口為180℃～340℃。如思博盈環保科技股份有限公司、合肥晨晰環保工程有限公司承建的山東某公司150萬t搗固焦爐煙氣中低溫SCR脫硝工程，脫硝效率可達95%以上，出口NOx含量溫度在50mg/m3以下[7]。

2.2 活性焦脫硫脫硝一體技術

活性焦是一種多孔吸附材料，具有豐富的比表面積，表面含有多種官能團，能對煙氣中的SO2及NOx進行物理化學吸附?；钚越姑摿蛎撓跻惑w技術即通過活性焦在移動床反應器中吸附煙氣中的SO2及NOx，凈化煙氣從反應器頂部出來后經煙道排放，吸附后的活性焦從反應器底部出來進入解析裝置進行解析，析出SO2等氣體后再送回反應器循環使用。如煤炭科學研究總院與江蘇揚州恒鑫環保科技有限公司研制的活性焦干法脫硫脫硝工藝，活性焦解析后產生的高濃度SO2氣體可生產硫酸、硫磺、亞硫酸銨、亞硫酸鈉等產品[8]。該工藝適用溫度低，無水耗、無二次污染，副產物易于回收；但該工藝的脫硫效率低，需不斷補充再生活性焦，且活性焦解析制酸工藝成本高，占地面積大，不易于推廣[9]。

2.3 有機催化法脫硫脫硝工藝

該工藝通過有機劑或臭氧等氧化劑與煙氣中的SO2和NOx反應生成硫酸銨和硝酸銨的混合物。山西某120萬t/a焦炭規模焦化廠焦爐煙氣的脫硫脫硝工程中，焦爐煙氣量約23萬m3/h，SO2含量約200mg/m3，NOx含量約450mg/m3，煙氣入口溫度160℃；通過加入臭氧，增大催化劑混合液的循環量，脫硝效率可達92.3%[10]。該工藝可在同一反應器內實現SO2與NOx的去除，脫除效率高，設備簡單占地面積小，但產生的副產物易腐蝕設備，且臭氧制備成本高。

2.4 陶瓷催化濾管塵硫硝一體化技術

該技術運用于淮北某220萬t焦爐煙道氣脫硫脫硝除塵項目，其核心部件是陶瓷催化濾管，簡化傳統的脫硫脫硝除塵工藝流程實現“三合一”。經過該系統煙氣可達到超低排放限值：顆粒物≤10mg/m3、SO2≤30mg/m3、NOx≤50mg/m3[11]。

3 結語

隨著人們對環境污染的關注度日益提高，焦化行業提標改造要求日益迫切。脫硝作為焦化煙氣治理的關鍵，仍存在很多問題，如焦化行業的脫硝技術種類較多，缺乏相關規范標準，不利于推廣；進口的中低溫催化劑價格昂貴，國產的中低溫催化劑性能有待時間檢驗；因焦爐煙氣特性不同于鍋爐煙氣，其脫硝不宜照搬燃煤鍋爐煙氣治理技術，應結合自身特點，開發具有自主知識產權的先進技術。