焦化廠脫硫脫硝技術探討

郭 毅

(山西焦化設計研究院(有限公司)，山西 臨汾 041606)

煤氣化的過程就是化學加工的過程。但是，在這一加工過程中，會產生硫化物和硝化物，它們會給環境帶來不利影響，不利于環境的保護。山西焦化集團有限公司焦化廠作為煤化工產業的龍頭企業。本文結合的實際情況，介紹焦化廠脫硫脫硝技術的基本情況，并對具體的脫硫脫硝技術進行分析，旨在提升焦化廠的生產安全系數，積極推動焦化廠環境治理的健康發展。

1 脫硫脫硝工藝流程

1.1 脫硫脫硝工藝

山西焦化集團有限公司焦化廠屬于高污染煉焦行業。目前，該焦化廠2#與3#焦化爐煙氣脫硫脫硝項目已經投入使用，也對該焦化廠脫硫脫硝技術進行了相應的評價，評價效果是脫硫脫硝的效果很好。山西焦化集團有限公司焦化廠2#、3#焦爐屬于JN60-6型。其中，1#焦爐為1×50孔，2#焦爐為1×65孔，年設計焦炭生產能力為120萬t。表1為該企業的相關指標情況。

表1 設計指標情況

以山西焦化集團有限公司焦化廠為例，分析該廠具體的情況，再對焦爐的脫硫脫硝工藝流程進行闡述。該廠實際的脫硝工藝流程為：“新型催化干法脫硫+高效布袋除塵器+低溫SCR脫硝+引風機+煙囪排放”。同時，使用兩爐一套脫硫脫硝的裝置。具體的工作流程為：從焦爐地下煙道來的煙氣，先進入脫硫裝置；脫硫后的煙氣進入高效布袋除塵器，由煙氣加熱裝置對其進行加熱，調整煙氣溫度；然后進入低溫脫硝反應器中，在反應器中加入氨氣，并在反應器中設置3格催化劑，二格正常使用，一格備用；同時，脫硝后的高溫煙氣進入廢熱鍋爐，產生蒸汽并降溫，隨后由引風機送入到煙囪內部；最終將煙氣進行排放。為確保煙氣的脫硫脫硝能夠滿足環保要求，脫硫和脫銷反應器設計均有調整余量[1]。

1.2 焦爐煙氣的特點

山西焦化集團有限公司焦化廠焦爐煙氣主要含有SO2、焦爐粉塵和氮氧化物，而且氮氧化物所占的比例相對較高。其中，SO2是一種常見的硫氧化物，不僅對大氣造成嚴重的污染，同時還能與水相溶，并與水發生化學反應，進而生成亞硫酸，而亞硫酸在PM2.5的基礎上會進一步氧化，從而生成硫酸。硫酸進一步造成酸雨的產生，會給環境穩定帶來影響。氮氧化物所包含的化合物就相對較多，除了NO2以外，其他的氮氧化物都非常不穩定。所以，山西焦化集團有限公司焦化廠焦爐產生的煙氣是含有多種化合物的混合物，也就是常見的硝氣，同時，還具有一定的毒性。因此，需要采取有效的脫硫脫硝工作，促使氮氧化物和硫化物的含量可以被有效控制，并達到國家安全排放標準[2]。

2 脫硫脫硝技術

2.1 干法脫硫技術

干法脫硫技術，主要是以堿性吸收物質為基礎。實際應用中，應該根據現場的基本情況，對煙氣道中的硫進行研究，使得煙氣穿透充滿混合固態的堿性吸收物質，并且通過全面接觸的方式，實現脫除SO2。半干法脫硫技術與干法脫硫系統的組成是基本相同的，半干法脫硫過程中，也需要在干燥的環境中進行，但在半干法脫硫技術中，要適當的添加水分，從而發揮該項技術的可靠性和功能性。另外，由于兩種脫硫的方法都在干燥的環境中進行，所以在實際脫硫過程中，不需要擔心生成二次污染物，從而避免二次污染對環境的影響[3]。

2.2 濕法脫硝技術

在實際的應用中，由于該技術本身的成熟度相對較高，所以在現有技術的基礎上，可以對技術進行優化和改進，使得該技術能夠達到預期的效果。該項技術在很多焦化企業得到應用。該廠設計的脫硝技術，也采用低溫脫硝技術，從而能夠滿足實際的工作需求。

除此之外，為了提高系統的可靠性，且為了避免二次污染，就需要做好檢測過程的質量控制，并及時發現和處理問題，從而保證硫化物合理的分離處理，確保煙氣符合相關質量標準。另外，該項技術在實際的使用中，具有較好的利用價值。由于該項技術的成本相對較低，且該項技術處理得當，不會產生二次污染，使得被處理后的煙道中的煙氣都能保持較好的效果[4]。

2.3 脫硫脫硝一體化技術

通過采用脫硫脫硝一體化技術后，能夠全面提升脫硫脫硝效果，因此，能夠進一步提升脫硫脫硝水平，實現對煙氣的污染控制,確保煙氣按照標準排放。

煙氣脫硫選擇脫硫脫硝一體化技術，可有效減少裝置數量，投資額也相對較低，并且能夠減少廢水排放，避免廢物的產生。焦爐煙道氣的溫度相對較低，同時由于SO2和NOx都呈現周期性的變化和焦化廠可再生建設空間小的特點，脫硫脫硝一體化技術備受場地較小的焦化廠的喜愛。該項技術不僅能夠完成脫硫脫硝工藝，還可以同時對SO2和NOx等物質進行處理，使得煙道氣能夠達到排放標準。同時，該項技術還有較好的應用前景。現結合本工程的基本情況，對可選擇的一體化脫硫脫硝的技術進行簡單分析。

1)實際的脫硫脫硝工藝中，部分企業選擇先脫硝后脫硫的方式。當焦爐單獨使用煤氣時，入口煙氣中SO2的質量濃度可以達到 800 mg/m3，而相關標準中，要求SO2的濃度不應高于 50 mg/m3，所以需要對其進行處理。先使用低溫催化劑，使脫硝催化劑中毒、失活，才能最終完成脫硫后的處理工藝。除此之外，脫硫脫硝一體化技術的實際應用中，應注意污染物控制技術方法的分析，選擇安全性好、技術成熟度高和投資性價比合理和現場布置簡單的技術類型。

2)焦爐SO2、煉焦粉塵顆粒物質控制技術。該項技術也可以分為濕法、半干法和干法技術，所以需要注意二者之間的關系。該項技術要求煙氣溫度大于等于 130 ℃。合理運用該項技術，能夠使脫硫率達到96.25%。如果選擇濕法工藝，完成之后，溫度≤55 ℃。由此可見，該項技術具有凈煙氣溫度≤55 ℃ 的特點。如果將煙氣升溫至 130 ℃，對整個系統來說，該系統的成本相對較大，所以從工程的實際情況看，濕法脫硫技術對焦化行業并不適用。另外，半干法脫硫工藝，可以結合實際需求，在實際工藝流程中，運用旋轉噴霧半干法脫硫布袋除塵的方式，從而有效地實現了對硫化物的脫除，確保了工藝的可靠性，滿足實際的使用需求。

3)焦爐NOx控制技術。結合實際情況發現，NOx的控制技術主要是對燃燒后煙氣的控制，從而保證脫硫脫硝的效果。通常采用催化還原法(SCR)、吸收法和固體吸附法。山西焦化集團有限公司焦化廠選用SCR法脫銷，煙氣溫度范圍控制在≥180 ℃，能夠有效實現脫硝。

2.4 SCR脫硝技術

該項技術主要是對氮氧化物進行治理，實現對環境的保護。實際的技術應用中，要注意催化劑的選擇。在120～250 ℃ 的范圍內，需要使催化能降低到SCR的反應溫度，還要確保催化劑本身具有較好的活性，從而能在脫硝的過程中實現對硝的處理。通過在實驗室進行中試試驗，對中試裝置進行選擇。圖1為低溫SCR脫硝中試流程圖。

圖1 低溫SCR脫硝中試流程圖

中試可以選擇國內知名度較高的催化劑，并且進行全過程分析檢測，同時，催化層需要設置相應的溫度探頭。

按照上述流程及設備情況，可以實現SCR脫硝工藝，并且能夠實現對氮氧化物的處理。

根據脫硝反應機理，可以得到：

(1)

(2)

反應方程式(1)、(2)，即為SCR的主要反應原理，煙氣中幾乎95%的NOx是以NO的形式存在，所以基本實現了對煙氣的處理。

3 運行后實際分析

結合山西焦化集團有限公司焦化廠的實際情況，本工程選擇了“新型催化干法脫硫+高效布袋除塵器+低溫SCR脫硝+引風機+煙囪排放”技術，經過實際運營后，對脫硫脫硝的處理效果非常滿意，有效避免了該廠焦爐運行所產生的煙氣對環境的影響。

SCR脫硝反應的基本原理，按照反應式(1)、(2)進行。本工程實際應用中，得到了如下的特點：

1)脫硝效率良好，可以達到90%以上；

2)對焦爐負荷變化的適應能力較好，能適應各種變化情況；

3)SO2/SO3對脫銷催化劑的影響相對較低，同時達到NH3的逃逸率相對較低；

4)催化劑的溫度范圍相對較寬，同時還具有較好的活性，不易失活，同時，還具有較長的服務壽命；

5)SCR脫硝的氣流具有均勻分布的特點，同時，還存在阻力小，系統本身占地面積小的特點。

6)技術本身具有較好的可靠性，同時還具有很高的安全性，并且安裝過程中，具有較好的便捷性和實用性。

4 結語

本文對山西焦化集團有限公司焦化廠的脫硫脫硝技術進行了研究，結合該廠的情況，對濕法、半干法、干法工藝進行了闡述，最后對SCR脫硝技術進行闡述，并對本工程中，該項技術的實際運用情況，進行了介紹。該項目不僅推動了山西焦化集團有限公司焦化廠脫硫脫硝水平，還推動該廠的環境保護能力。