焦爐煤氣制合成氣的脫硫及凈化工藝技術

尉新源

摘 要：我國的鍋爐設備大多以煤炭為主要能源，在其運行過程中通常會排出大量的二氧化硫。而二氧化硫是一種會對環境造成嚴重污染的具有刺激性氣味的氣體，其不僅會危害生命體的健康，還會造成酸雨，進一步對區域內的土地和水源造成污染。目前我國鍋爐設備造成的大氣污染已經影響到了人們的正常生活，對鍋爐等設備排出的煙氣進行脫硫處理已經刻不容緩。國家有關部門也加大了對企業煙氣脫硫任務的監督和管理。

關鍵詞：煙氣;脫硫;鍋爐;凈化

0 引言

焦爐煙氣是煤氣在焦爐燃燒室燃燒后的產物，其經過蓄熱室、小煙道匯集到機焦側分煙道，最后經總煙道、焦爐煙囪外排至大氣。因焦爐排放的煙氣中含有一定量SO2、NOx，直接排放大氣，對大氣污染嚴重，隨著人們對環境越來越多的重視，焦爐煙氣脫硫脫硝技術和配套的安全技術均在大力發展。

1 存在問題

當前焦爐脫硫脫硝技術中，煙氣流向是將焦爐煙道廢氣從引氣口接入到脫硫脫硝旁路煙道中，經脫硫脫硝裝置處理過的凈煙氣在脫硫脫硝主引風機的抽引下，通過新設管路進入煙囪達標排放。但在脫硫脫硝流程出現異常時，例如脫硫脫硝引風機故障，系統無吸力，煙囪總煙道執行機構必須具備快速打開的措施，否則焦爐煤氣加熱系統會因為無吸力來源，發生重大安全事故。當前業內主要措施是對煙囪總煙道出氣口端手動翻板閥改造升級，具備自動開關功能。梅鋼焦爐同國內大多數焦爐類似，均已多年運行，煙道廢氣中粉塵長期在翻板閥周圍堵塞、聚集等情況加重，此種軸動形式的翻板閥開關功能狀態較差，甚至無法及時打開;系統停電時，自動翻板閥無法啟動等因素，均會影響煙道廢氣的正常排出，焦爐煤氣加熱系統面臨極大安全風險，嚴重時有爆炸風險。梅鋼焦爐煙氣凈化系統投用初期，也發生過脫硫脫硝引風機跳機故障，需操作人員快速趕到焦爐總煙道現場，人工開啟焦爐煙囪總煙道執行機構。

2 脫硫必要性

前脫硫工藝、后脫硫工藝均可用于焦爐煤氣含硫，而結合焦爐煤氣擁有的下游用戶相對多而分散、總硫含量低、氣量大、以有機硫為主的特點，焦爐煤氣脫硫的必要性可以概括為四個方面：第一，國家超低排放標準要求將末端SO2含量（質量濃度）控制在50mg/m3以下，只有脫硫后的焦爐煤氣方可滿足國家超低排放的要求;第二，脫硫后的焦爐煤氣對輸送管網的腐蝕將大幅降低，煤氣輸送安全性可由此提升;第三，集中脫硫管理方便、投資成本小，后端脫硫投資大、設備分散、管理困難等問題可由此解決;第四，在焦爐煤氣前端集中脫硫后，后端尾氣僅需開展脫硝治理，脫硝催化劑受到的SO2影響也能夠順利消除，企業可采用經濟性更高的低溫催化劑，后端尾氣治理運行成本可由此大幅降低。總的來說，焦爐煤氣脫硫在安全性、環境效益、經濟效益三個方面均具備顯著優勢，脫硫的必要性可見一般。

3 煙氣凈化技術

3.1 半干式脫硫技術

半干式脫硫是一個復雜的過程，其中不僅涉及到了各種化學和物理反應還包含了氣液固三相之間的相互轉換。比如，煙氣與脫硫劑之前由于溫差會發生一個熱量傳遞的物理過程;而脫硫劑在與煙氣發生作用時會與其中的二氧化硫發生各種化學反應。半干式脫硫技術使用的脫硫劑大多為石灰漿，由于低硫煤燃燒后產生的粉煤灰呈高堿性，在水存在的條件下粉煤灰中主要物質SiO2和Al2O3溶解出來，與熟石灰發生水合反應，形成水合硅酸鈣和水合鋁酸鈣等高水合物質，主要包括以下3個反應：石灰快速消化形成Ca（OH）2膠束;活性氧化鋁與CaSO4和Ca（OH）2反應生成水合硅酸鋁;活性二氧化硅與Ca（OH）2反應生成水合硅酸鈣;水合產物具有黏結性、比表面積較大、持水性高的特點，能顯著提高脫硫效率。半干式脫硫技術除了去除二氧化硫之外還可以去除許多其他具有酸性的氣體，比如氯化氫、三氧化硫等，且其去除率可以高達95%。

3.2 活性炭吸附法

活性炭即可作為催化劑的載體，又可作還原劑直接參與反應。活性炭工藝主要包括吸附、解析和硫回收三部分。首先，在水蒸汽和氧氣存在的條件下，煙氣中的SO2發生反應生成稀硫酸溶膠，被活性炭吸附，在流化床中噴入NH3，煙氣中的氮氧化物被活性炭催化還原生成N2，達到脫硝的目的，反應完的活性炭經加熱或洗滌再生后可重復利用。而NOx的脫除是在加氨的條件下，經活性焦炭的催化作用生成水和氮氣再排入大氣，此外，活性炭吸附法還是一種可同時脫除煙氣中多種雜質的技術，如SO2、NOx、汞、重金屬、揮發性有機物等。

3.3 選擇性氧化法

選擇性氧化法是在催化劑的作用下用空氣中的氧把硫化氫直接氧化為硫，近年來，選擇性氧化技術取得了突破性進展，蘭州石化工公司石油化工研究院化肥所開發出的選擇性氧化法脫硫技術，硫的回收率達到了95%～99%。研究結果證明，該工藝流程簡單，穩定性好，脫硫效率高。

3.4 SICS法催化氧化（有機催化法）脫硫脫硝工藝

該工藝先將焦爐煙氣噴水降溫至150℃下，經過強氧化劑（臭氧或雙氧水）時，NO轉化為易溶于水的高價氮氧化物生成亞硝酸（HNO）2。煙氣中的SO2和NOx溶解在水里分別生成H2SO3和HNO2實現焦爐煙氣的脫硫脫硝。脫硫脫硝的副產物硫酸銨和硝酸銨經干燥結晶，作為產品硫。工藝特點是：脫硫效率高，氨逃逸低，實現低溫脫硝，煙氣波動適應性強。缺點是煙氣溫度需降低到150℃以下。

3.5 石灰/膏法脫硫技術

石灰/膏法是目前被應用最多最廣泛的一種脫硫技術，在我國主要被電力行業所使用的，一般采取的是濕式脫硫處理。常采取生石灰作為吸收劑主要成分、將生石灰與一定比例的水混合在一起放入吸收塔中。煙氣進入吸收塔后與吸收劑充分混合，其中的二氧化硫會與碳酸鈣發生化學反應，進而實現煙氣脫硫的目的。并且脫硫后還可以得到副產物，即石膏。這種脫硫工藝安全穩定，脫硫效率可以達到95%以上。工業化處理應用范圍更加廣泛，煙氣的處理量更大，能夠適應較強大的負荷變化能力。而吸收劑使用石灰石，成本低廉，副產物的石膏可以替代天然石膏得到繼續應用。這種方法具有耗費成本低、脫硫效率高、減少二次污染等特點。但同時，也有一些不可避免的缺點，如占用空間資源過多、會產生少量污水、以及后期生產的石膏利用率低等等。

3.6 化學吸收法

化學吸收法是利用H2S水溶液的弱酸性而采用堿性溶液來吸收硫化氫，由于強堿溶液吸收H2S后再生困難，因而常采用具有緩沖作用的強堿弱酸鹽，如碳酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、酚鹽、氨基酸鹽等的溶液，這些溶液的pH大都在9～11之間。除此之外，還可以采用一些弱堿，如氨等的水溶液做吸收劑來吸收處理含H2S的廢氣。

4 結束語

當今我國的大氣污染現象嚴重，其中最主要的就是二氧化硫污染。而作為一個燃煤大國，不管是工業生產還是集中供暖都離不開煤炭的燃燒。因此，積極地實施煙氣脫硫已經是一件刻不容緩的事。現已有不少成熟的脫硫技術供人使用，但高新技術的開發與應用也不能停步，望國家的煙氣脫硫技術日益高新，大氣環境日益優良。

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