焦化厂脱硫脱硝技术探讨

焦化厂脱硫脱硝技术探讨

王子毅郎

宝钢集团八钢公司 新疆乌鲁木齐 830022

摘要：为及早贯彻落实焦化厂焦炉烟气“近零排放”处理目标，实现人与自然的和谐共处，提高生态环境防治力度与污染源控制力度。各焦化厂必须分析总结当前应用的各项焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术，采取各项技术优化措施，不断改进工艺流程，为烟气脱硫脱硝工作的有序开展提供前提基础与技术支持。

关键词：焦化厂；脱硫脱硝技术

1焦炉烟气概述

焦炉的生产方式较为特殊，焦炉所排出的烟雾中含有各种混合物和气体，其中含量较多的就是氮化物和氧化物，因此这些气体需要经过脱硫脱硝处理后才能排出室外。焦炉烟气内部含有的二氧化碳会在高温燃烧后形成，焦炉内部由于氢气体积较大致使燃烧速度较快，在燃烧过程中氧气与氮气会在高温作用下产生氧化反应形成二氧化氮。结合实际情况来进行分析，焦炉内部烟气有以下几种特点。首先，烟气温度始终保持在250℃左右。其次，焦炉烟气成分构造非常复杂，在焦炉排出烟气中二氧化硫的成分最高，浓度保持在300mg/Nm³，焦炉烟气中的二氧化硫会与氨元素产生硫氨酸，加速管道腐蚀。最后，焦炉烟气温度较高，因此需要焦炉管道处于受热准备中。焦炉烟气在脱硫脱硝之后需要将烟气温度保持在100℃左右，在焦炉烟气脱硝过程中需要对脱硝系统进行调试，保证系统在正常状况下进行脱硝。另外，相关人员还需重视烟气脱硫脱硝过程中的安全因素，使焦炉能够稳定生产，为工作人员提供安全可靠的工作环境。

2焦化厂主要焦炉烟气脱硫工艺技术

2.1干法脱硫工艺技术

（1）干法脱硫工艺技术原理。将碳酸钙喷入炉膛内高温煅烧，随后将其分解为氧化钙，氧化钙再与所处理焦炉烟气中所分布的二氧化硫发生化学反应，持续生成硫酸钙；或是结合实际情况采用活性炭吸附抑或电子束照射等方法，将烟气中所分布二氧化硫转化为硫酸或是硫酸氨，这一处理工艺也被称作干法脱硫工艺技术。（2）干法脱硫工艺主要特点。可将这一工艺细分为半干法及干法烟气脱硫工艺。不论采用哪项工艺，所处理焦炉烟气在与固体碱性吸收剂接触过程中，烟气所含有二氧化硫都将会与固体碱性吸收剂产生物质反应，进而持续转化生成硫酸盐。为有效保障烟气脱硫效果，要提前对所添加固体碱性吸收剂进行碎化处理；在采用半干法脱硫工艺时，所加入碱性物质表层结构将形成液膜，且烟气中所分布二氧化硫将与所生成液膜融合，进而加快烟气脱硫效率；在应用干法脱硫工艺时，需要营造一个相对较为干燥的烟气处理环境。（3）干法脱硫工艺优劣势。与其他焦炉烟气脱硫工艺相比，干法脱硫工艺具有传热传质交换性强、脱硫系统实际运行成本较低（烟气无明显降温，可同步提升锅炉效率）、烟囱通风性强等诸多应用优势。但与此同时，这项工艺技术也存在系统占地面积大（需要配置多种大型设备、设施）、脱硫剂实际利用率较低、处理效率慢、所处理烟气含尘量高等应用劣势。

2.2湿法脱硫工艺技术

湿法脱硫指烟气中的二氧化硫以碱性溶液作为吸收剂来吸收的方法。在焦化行业常用的湿法脱硫技术有石灰（石）-石膏脱硫技术、氨法脱硫技术及Na-Ca双碱法脱硫技术。（1）石灰（石）-石膏脱硫技术。石灰(石)-石膏法脱硫工艺以石灰或石灰石浆液作为脱硫吸收剂的一种脱硫工艺系统，脱硫吸收剂与SO₂反应首先生成亚硫酸钙，然后氧化成硫酸钙，最终产物为石膏的工艺过程。（2）氨法脱硫技术。氨法脱硫技术是以氨为脱硫吸收剂，在吸收塔内采用饱和的硫酸铵循环浆液和烟气中SO₂充分接触，在吸收塔的喷淋区发生吸收SO₂的反应，生成硫酸氢铵和亚硫酸氢铵。在吸收塔里的硫酸铵是以离子形式存在于溶液里，或是以固体结晶的形式存在于浆液里。系统里的主要成分溶解或结晶的亚硫酸铵均已完全被氧化，在副产品中氮的含量很容易达到大于20.5%。技术特点：适用范围广，不受含硫量、设备容量的限制；脱硫效率很高，很容易达到99%以上；脱硫后的烟气不但二氧化硫浓度很低，而且烟气含尘量也大大减少；吸收剂易采购，可有三种形式：液氨、氨水、碳铵；副产品硫酸铵价值高，经济效益好。（3）Na-Ca双碱法脱硫技术。双碱法烟气脱硫技术是利用NaOH溶液或Na₂CO₃作为启动脱硫剂，配制好的氢氧化钠或碳酸钠溶液直接打入脱硫塔洗涤脱除烟气中SO₂。由于钠基脱硫剂碱性强，吸收二氧化硫后反应产物溶解度大，不易造成过饱和结晶，造成结垢堵塞问题。另一方面脱硫产物被排入再生池内用氢氧化钙进行还原再生，再生出的钠基脱硫剂再被打回脱硫塔循环使用。技术特点：双碱法脱硫技术具有投资较低、脱硫效率高的优势，在中小锅炉、建材、焦化行业已得到了较广泛的应用，但从实际运行效果来看，存在粉尘排放不达标、管道易结晶、再生困难等问题。

3常见的焦炉烟气脱硝工艺

3.1氧化法脱硝技术

氧化法脱硝原理是利用臭氧、双氧水等氧化剂将烟气中的NO氧化为NO₂、N₂O₅等物质后，再进入脱硫塔用碱性吸收剂进行吸收。其中臭氧氧化法脱硝在烟气治理行业更多。臭氧氧化法脱硝应用于焦化烟气治理理论上是可行的，但仍存在两方面问题：一是该脱硝工艺与氮氧化物监测方法存在冲突，目前氮氧化物的监测方法是监测烟气中NO的浓度，再换算为NO

_x。因此，烟气中的NO被氧化为NO₂后，监测结果虽然显示达标，但NO₂可能并未被吸收，而是直接排入了大气，存在监管漏洞。二是该脱硝工艺的吸收过程是与脱硫过程同时进行，导致碱性吸收剂的用量和副产物的产生量都要增加，且副产物为含有亚硝酸盐、硝酸盐的混合物，易溶于水，综合利用难度极大。与气相中的其他化学物质如CO，SO_x等相比，NO_x可以很快地被臭氧氧化，这就使得NO_x的臭氧氧化具有很高的选择性。因为气相中的NO_x被转化成溶于水溶液的离子化合物，这就使得氧化反应更加完全，从而不可逆地脱除了NO_x，而不产生二次污染。经过氧化反应，加入的臭氧被反应所消耗，过量的臭氧可以在喷淋塔中分解。除了NO_x之外，一些重金属，如汞及其他重金属污染物也同时被臭氧所氧化。烟气中高浓度的粉尘或固体颗粒物不会影响到NO_x的脱除效率。

3.2低温SCR脱硝技术

低温SCR脱硝，其反应温度区间一般在180-300oC范围内，和高温SCR脱硝相比，更接近焦炉烟气温度。但是目前低温SCR脱硝应用于焦炉烟气，仍有四个关键问题需要解决。一是低温SCR脱硝催化剂抗毒性较差，易受到烟气中硫氧化物、水、重金属等物质的影响，因此低温SCR脱硝装置只能布置在除尘、脱硫塔后部；二是焦炉烟气温度，特别是脱硫后的烟气温度，无法达到低温SCR脱硝反应温度区间，仍然需要进行烟气再加热；三是与中高温SCR脱硝催化剂相比，低温SCR脱硝催化剂的造价和运行费用较高；四是低温SCR催化剂对烧结烟气中的二噁英没有去除作用。

3.3中高温SCR脱硝技术

中高温SCR脱硝，其反应温度区间一般在300-420oC范围内，是在火电燃煤锅炉烟气脱硝中应用十分成熟的脱硝工艺，由于焦炉排烟温度达不到此温度范围，因此一般需要对烟气进行换热及加热再进行SCR脱硝。其关键是SCR脱硝装置前的烟气加热系统和SCR脱硝装置后的烟气换热系统的设计，将烟气换热回收的热量再用于前端加热烟气，降低能耗。即中高温SCR脱硝装置在启动时，需要将170^oC左右的烟气换热并加热至300^oC以上，消耗的热源较大；在正常运行过程中，通过换热器回收热量再利用，只需要额外再补充30-50^oC升温即可。该工艺技术较成熟，运行稳定，脱硝效率较高，采用高温方式的催化剂时，需要对烟气进行加热后进行脱硝，需要增设换热器和加热器，工程投资及运行成本较高，需结合现场场地及空间条件。

参考文献

[1]吴春领,徐怀兵.焦化烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺技术探讨[J].中国资源综合利用,2018,36(6):110-115.

[2]张立明,张春才,等.脱硫脱硝装置事故状态下保障焦炉安全生产的措施[J].冶金能源,2018,37(4):63-64.

[3]张亦弛,于洪涛,徐铁君.焦炉烟气二氧化硫和氮氧化物污染预防技术[J].燃料与化工,2019,50(1):59-61.