PDF《焦炉烟道废气脱硫脱硝治理技术探讨》

1 焦炉烟道废气脱硫脱硝治理技术探讨 李月馨 神华乌海能源有限责任公司西来峰煤化工分公司焦化厂 高和平 神华蒙西煤化股份有限公司焦化一厂 摘要:介绍两种焦炉烟道废气脱硫脱硝中试工艺技术、试验数据、试验结果,探讨烟道废气 脱硫脱硝治理技术,并提出建议性意见.

关键词:烟道废气 脱硫 脱硝 试验 焦化行业作为传统高耗能、高污染、资源性行业,在炼焦生产过程焦炉煤气燃烧产生的 废气中烟尘、二氧化硫、氮氧化合物的排放浓度比较高,对大气的污染不容小觑.从2012 就开始席卷全国的雾霾问题, 更进一步暴露了大气污染的严重程度, 已影响到每一个普通人 的生存环境.二氧化硫为无色,有强烈刺激气味气体,对人体呼吸器官有很强的毒害作用, 还可通过皮肤经毛孔侵入人体或通过食物和饮水经消化道进入人体而造成危害. 二氧化硫如 果遇到水蒸汽,形成硫酸雾,就可以长期滞留在大气中,毒性比二氧化硫大

10 倍左右.二 氧化硫会给植物带来严重的危害,超过允许浓度(0.15*10 -6 )就会使植物的叶绿体遭到破 坏, 组织坏死. 造成大气污染的氮氧化合物主要指导的是 NO 和NO2, NO 能与血红蛋白作用, 降低血液的输氧功能;

NO2 对呼吸器官有强烈刺激, 能引进急性哮喘病;

NOx 还可危害植物;

NOx 对材料的腐蚀作用主要是由反应产硝酸盐和亚硝酸盐引起的;

NOx 还会参与臭氧层的破 坏.SO2 和NOx 还是形成酸雨的主要污染物,酸雨对森林生态系统、农业生态系统都会造成 危害,会影响水生生物的生态平衡,还将加速材料的腐蚀,对人体健康的危害是间接和潜在 的. 在乌海及周边地区焦化行业集中, 焦化业对当地二氧化硫和氮氧化合物排放的贡献率是 占较大比例的. 《炼焦化学工业污染物排放标准》以下简称 《标准》 (GB16171-2012)于2012 年6月27 日发布,2012 年10 月1日起实施,该《标准》要求现有焦化企业在

2015 年1月1日前焦炉烟气中氮氧化物含量小于

500 mg/m

3 ,重点地区特别要求烟气中 NOx 含量小于

150 mg/m

3 ,二氧化硫含量小于

50 mg/m

3 ,重点地区特别要求烟气中 SO2 含量小于 30mg/m

3 .为达 到这一排放标准, 我单位与烟气脱硫脱硝厂家合作进行了焦炉烟道废气脱硫脱硝治理技术中 试、小试试验,经过一段时间试验,取得了一些试验数据,为我单位下一步烟气脱硫脱硝工 艺路线的选择创造了条件.现将有关试验情况介绍如下:

一、焦炉烟气污染物相关数据

1、未处理前烟气中污染物指标 项目名称 SO2 浓度 mg/m

3 N0X 浓度 mg/m

3 粉尘 浓度mg/m

3 烟气 温度℃经余热回收处理 后烟气温度℃ 项目指标 200~350 600~1000 ~50 280~320 >

150 烟气中有 CO、CO

2、H2O、O

2、SO

2、N0X、 H2S、非甲烷总烃、SO

3、苯系物等成分.

2、经烟气脱硫脱硝后拟达到的指标 项目名称 SO2 浓度 mg/m

3 N0X 浓度 mg/m

3 粉尘浓 mg/m

3 项目指标 ≤30 ≤300 ≤20

二、脱硫脱硝中试试验 在我单位进行脱硫脱硝试验的方法, 脱硝基本采用低温 SCR 脱硝技术, 但各家选择的催 化剂不同,还原剂不同,脱硝温度不同;

脱硫有选用干法脱硫(新型催化法烟气脱硫技术) 的,有选用镁法脱硫、氨法脱硫、钠碱法脱硫,后三种方法均为湿法脱硫.脱硫脱硝的先后 顺序也有不同,有选用先脱硫再脱硝工艺的,有选用先脱硝后脱硫工艺的,现在选择其中的 两种工艺介绍如下:

(一)新型催化法烟气脱硫技术、新型催化法低温 SCR 脱硝技术 烟气先经过余热锅炉然后再进入脱硫装置最后进入脱硝装置.

1、新型催化法烟气脱硫技术 新型催化法在载体上负载活性催化成分, 制备成催化剂, 利用烟气中的水分、 氧气、 SO2 和热量,生产一定浓度的硫酸.新型催化法不同于传统的炭法烟气脱硫技术.传统的炭法烟 气脱硫是利用活性炭孔隙的吸附作用将烟气中的 SO2 吸附富集, 饱和后加热再生, 解析出高 浓度的 SO2 气体,再经过硫酸生产工艺制备硫酸或进一步生产液态 SO2.新型催化法技术既 具有吸附功能,又具有催化剂的催化功能.烟气中的 SO

2、H2O、O2 被吸附在催化剂的孔隙 中,在活性组分的催化作用下变为具有活性的分子,同时反应生成 H2SO4.催化反应生成的 硫酸富集在载体中,当脱硫一段时间孔隙内硫酸达到饱和后再生,释放出催化剂的活性位, 催化剂的脱硫能力得到恢复. 脱硫机理如下:

2 SO2(g) SO2* O2(g) O2* H2O(g) H2O* SO2*+O2* SO3* SO3*+H2O* H2SO4* 工艺流程图如图

1 所示: 图1新型催化法脱硫工艺流程图

2、新型催化法低温 SCR 脱硝技术 新型催化法低温 SCR 脱硝技术是在传统 SCR 技术基础上进行优化得到的, 技术原理与其 相同,主要是在催化剂的作用下,以NH3 作为还原剂,有选择性的与烟气中的 NOx 反应并生 成无毒无污染的 N2 和H2O.还原剂还可以是碳氢化合物(如甲烷、丙烷等)、氨、尿素等. 以NH3 为还原剂为例,反应式如下: 4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1-1) 4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O (1-2) 8NH3+6NO2→7N2+12H2O (1-3) 新型低温烟气脱硝技术新型催化法低温 SCR 脱硝技术的优越突破是低温催化, 不同于传 统的钒系催化剂的高达 400℃的起燃温度, 新型催化法所用的催化剂在 90℃即可具备较好的 活性,其最适温度窗口为 120~180℃.

3 新型催化法低温 SCR 脱硝技术的工艺流程图如图

2 所示, 待处理烟气首先由风机送入预 处理系统进行除尘、调质,使烟气的温度、尘浓度、水分、氧和 SO2 浓度等指标满足脱硝工 艺要求(表1) ,然后进入脱硝塔,而作为还原剂的 NH3 由氨储罐直接从塔顶喷入,与烟 气混合.脱硝塔中装填整体或者散装的催化剂,烟气经布气管道进入脱硝区,经过催化剂层 时,烟气中的 NO、O

2、NH3 充分接触,在催化剂的催化作用下,NO 被还原成 N2 和H2O,通 过床层后的烟气直接达标排放. 整个系统由烟气收集部分、预处理部分、脱硝部分、氨源部分组成.烟气收集部分主要 由烟气管道、阀门、风机、烟囱组成;

预处理部分主要由除尘器、 调质塔等组成,脱硝部 分主要设备为脱硝塔(包括催化剂) ;

氨源部分主要是液氨储槽、蒸发设备及缓冲设备组 成.其工艺流程图如下所示: 储氨系统

4 图2新型催化法低温 SCR 烟气脱硝工艺流程示意图

3、中试试验过程 3.1 试验设备: 试验设备主要包含一套脱硫装置(图左)和一套脱硝装置(图右)试验设备如图 2.该 装置中主要的设备有脱硫塔

4 个、脱硝塔

2 个、加热器、烟气分析仪,其中脱硫塔直径为 380mm,高为 1500mm,脱硝塔直径为 250mm,高为 1500mm.如图

3 所示: 烟囱除湿 除尘 脱硝塔调质系统 含NOX 烟气 脱硫 图3试验设备图 3.2 试验内容 根据低温 SCR 脱硝技术的预期控制试验条件如表

1 所示: 表1试验条件 序号 指标名称 数值

1 实验烟气量(Nm

3 /h) 40~60

2 出口 NOX 含量(mg/ Nm

3 ) ≤200

3 反应温度(℃) 120~180

4 脱硫塔入口 SO2 浓度(mg/ Nm

3 ) 100~300

5 脱硝塔入口 SO2 浓度(mg/ Nm

3 ) ≤50

6 空速(h -1 ) 2500~4000

5

3、中试试验步骤 本试验采用以下步骤: (1)烟气先经过脱硫塔进行精脱硫,可以将 SO2 浓度控制在 50mg/Nm3 以内;

(2)精脱硫后的烟气进入除沫器除去多余水蒸气;

(3)除沫后的烟气通过风机增压后进入加热器再热,使温度提升至 150℃左右;

(4)加热后的烟气与作为还原剂的氨气与烟气在混合器中充分混合;

(5)混合后的烟气进入脱硝塔,进行脱硝反应.主要流程如下: 计1说明 SO 脱除量 mg/m

3 4 实验数据 4.1 脱硫数 脱硫过程 172h 的脱硫时 明烟气中 SO2

0 0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0

0 SO2 脱除量 mg/m 分析 据分析(选取 程中, SO2 入 时间里,SO2 含量可能很

2 0

4 0 图4脱硫 取部分) 图5入口浓度基本

2 的脱除量基 很低.(待续)

0 6

0 6 硫脱硝工艺流 172h 脱硫 本在 100~300 基本在 5~80m

8 0

1 时间流程简图 硫曲线 mg/m3 范围 mg/m3 之间.

0 0

1 2

0 / H S O

2 脱除量围内,从图

5 由于分析仪

1 4

0 量mg/m3可以看出, 仪受干扰,此160180在累 此图仅 ........