焦炉烟气脱硝的研究进展

谭月，张小龙，杜媛

（陕西大秦环境科技有限公司，西安71000）

引言

焦炭是一种重要的工业原料，广泛用于冶金、化工等行业。焦炭一般是烟煤在隔绝空气的条件下干馏得到的固体产物。2016年、2017年我国焦炭的产量分别为44 911.48万t和43 142.55万t[1]。焦炉在生产过程中，装焦、出焦、熄焦等环节都会向大气排放污染物，随着炼焦技术的不断优化，已能对生产环节中的污染排放加以控制，本文主要探讨了焦炉烟囱排出废气的污染控制。《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012）中规定，自2015年1月1日起，现有的炼焦企业焦炉烟囱大气污染物排放限值为：颗粒物≤30mg/m3，二氧化硫（SO2）≤50mg/m3，氮氧化物（NOx）≤500mg/m3。有研究显示，5.5m以上捣固焦炉的烟道气中，NOx含量一般在1200～1400mg/m3，严重超过国家规定的限制。焦化行业的NOx治理迫在眉睫[2]。

1 焦炉烟气特点

焦炉烟气主要是由焦炉煤气燃烧产生的，过程较为复杂。烟气具有如下特点[3、4]：1）焦炉烟道气温度较低，在180℃～300℃之间，大部分烟道气温度为200℃～230℃。2）焦炉烟道气中NOx含量差别较大，为400～1200mg/m3，有的甚至能达到1500mg/m3，SO2一般为50～800mg/m3，烟气含水量为5%～17.5%。不同焦化厂因生产工艺、炉型、工况等情况各不相同，焦炉烟气差别很大，有些焦炉烟气中含有硫化氢、一氧化碳、甲烷、焦油等组分[5]。3）焦炉烟道气组分随焦炉液压交换机的操作呈周期性波动，烟气中SO2和NOx含量波动较大。4）焦化厂烟囱需热备，热备温度需≥130℃。

从焦炉烟气的特点可看出，焦炉烟气温度低，成分复杂，NOx含量高，焦炉烟气脱硝是焦炉烟气污染物控制的关键。焦炉烟气中的NOx主要是温度热力型，即在燃烧过程中，空气中的N2在高温下被氧化成NO。

2 焦炉烟气NOx控制技术

目前国内的烟气NOx控制技术有SNCR（选择性非催化还原）脱硝、SCR（选择性催化还原）脱硝、液体吸收法、活性炭吸附法、电子束法等。其中SNCR、SCR、SNCR+SCR法脱硝广泛用于燃煤锅炉烟气治理。因焦炉烟气温度窗口宽，成分复杂，NOx含量高，不同于燃煤烟气，其NOx控制有以下几种技术。

2.1 SCR脱硝技术

SCR脱硝技术在燃煤锅炉烟气治理领域已取得了显著成果，其原理是以氨（NH3）为还原剂，在催化剂的作用下将NOx还原为氮气和水。主要反应如下：

催化剂是SCR脱硝的核心，常用的催化剂多以TiO2为载体，负载活性物质V2O5、WO3、MoO3。其热稳定性、机械强度、活性都很好，在市场上广受欢迎。但其温度窗口为320℃～420℃，不能适用于焦炉烟气180℃～300℃的温度窗口。国内焦化企业采用的SCR脱硝工艺有两种方法。一种是通过焦炉烟气再热，使烟气达到催化剂温度窗口再进行脱硝，如采用荒煤气加热器将入口烟气温度维持在320℃～330℃，取得了良好效果[6]。该工艺复制了燃煤锅炉烟气SCR技术，脱硝技术成熟，稳定性强，但再热器能耗较大，成本高。另一种是使用中低温催化剂，其温度窗口为180℃～340℃。如思博盈环保科技股份有限公司、合肥晨晰环保工程有限公司承建的山东某公司150万t捣固焦炉烟气中低温SCR脱硝工程，脱硝效率可达95%以上，出口NOx含量温度在50mg/m3以下[7]。

2.2 活性焦脱硫脱硝一体技术

活性焦是一种多孔吸附材料，具有丰富的比表面积，表面含有多种官能团，能对烟气中的SO2及NOx进行物理化学吸附。活性焦脱硫脱硝一体技术即通过活性焦在移动床反应器中吸附烟气中的SO2及NOx，净化烟气从反应器顶部出来后经烟道排放，吸附后的活性焦从反应器底部出来进入解析装置进行解析，析出SO2等气体后再送回反应器循环使用。如煤炭科学研究总院与江苏扬州恒鑫环保科技有限公司研制的活性焦干法脱硫脱硝工艺，活性焦解析后产生的高浓度SO2气体可生产硫酸、硫磺、亚硫酸铵、亚硫酸钠等产品[8]。该工艺适用温度低，无水耗、无二次污染，副产物易于回收；但该工艺的脱硫效率低，需不断补充再生活性焦，且活性焦解析制酸工艺成本高，占地面积大，不易于推广[9]。

2.3 有机催化法脱硫脱硝工艺

该工艺通过有机剂或臭氧等氧化剂与烟气中的SO2和NOx反应生成硫酸铵和硝酸铵的混合物。山西某120万t/a焦炭规模焦化厂焦炉烟气的脱硫脱硝工程中，焦炉烟气量约23万m3/h，SO2含量约200mg/m3，NOx含量约450mg/m3，烟气入口温度160℃；通过加入臭氧，增大催化剂混合液的循环量，脱硝效率可达92.3%[10]。该工艺可在同一反应器内实现SO2与NOx的去除，脱除效率高，设备简单占地面积小，但产生的副产物易腐蚀设备，且臭氧制备成本高。

2.4 陶瓷催化滤管尘硫硝一体化技术

该技术运用于淮北某220万t焦炉烟道气脱硫脱硝除尘项目，其核心部件是陶瓷催化滤管，简化传统的脱硫脱硝除尘工艺流程实现“三合一”。经过该系统烟气可达到超低排放限值：颗粒物≤10mg/m3、SO2≤30mg/m3、NOx≤50mg/m3[11]。

3 结语

随着人们对环境污染的关注度日益提高，焦化行业提标改造要求日益迫切。脱硝作为焦化烟气治理的关键，仍存在很多问题，如焦化行业的脱硝技术种类较多，缺乏相关规范标准，不利于推广；进口的中低温催化剂价格昂贵，国产的中低温催化剂性能有待时间检验；因焦炉烟气特性不同于锅炉烟气，其脱硝不宜照搬燃煤锅炉烟气治理技术，应结合自身特点，开发具有自主知识产权的先进技术。