焦炉烟气脱硫脱硝工艺研究

王晓东

（上海克硫环保科技股份有限公司，上海 200000）

1 焦炉烟气的特点

通常焦炉烟气的温度并不高，平均温度为220～270℃，可以应用选择性催化还原技术，即SCR技术进行脱硝，然而该技术的脱除效率并不高，还会浪费许多成本费用，经过处理的烟气也难以达到排放效果。不仅如此，焦炉烟气组成的波动较大，工艺技术、操作方式、原材料、串漏等都会对烟气的组成造成影响。通常，烟气中会含有大量的二氧化硫和氮氧化物，前者含量为20～800mg/m3；后者的含量为500～1 200mg/m3。在对焦炉烟气进行脱硫脱硝处理的过程中，需要根据焦炉烟气的特点设计相应的工艺参数和方案，既要考虑脱除效率，还要考虑运行成本，保障处理工艺符合环保、节能等要求。

2 焦化行业脱硫脱硝技术的应用

2.1 方案一

可以在原有的SCR工艺技术上进行完善和改进，配合加热、余热锅炉和氨法脱硫的方式，将焦炉中的烟气进行加热，然后采用SCR工艺技术处理，在反应器中发生反应之后（化学反应公式为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O），将脱硝还原剂加入其中，随之会发生还原反应，最后将氮氧化物脱除。经过一系列处理之后，余热锅炉会对热量进行回收，然后利用氨法脱硫的方式将烟气中残留的二氧化硫脱除，注入氧气，使亚硫酸铵发生氧化反应，进而转变为硫酸铵。经过这些处理之后，利用湿式电除尘器将烟气中的颗粒物脱除，处理完成后通过烟囱排放。该工艺技术相对成熟，因为SCR脱硝技术已经有了一定的应用基础，脱硝性能比较稳定，即使运行条件不利，也能取得一定的脱硝效果。焦化厂往往会自产稀氨水，应用氨法脱硫的方式能够充分利用焦化厂的稀氨水，不仅解决了原材料的问题，还提升了资源利用效率。脱硫后会产出副产品硫酸铵，其可以进行专业的化学处理，转变为氮肥后出售，既可以提升资源利用率，还能增加收入。然而，热焦炉烟气会使运行成本增多，且氨法脱硫会腐蚀设备，进而缩短设备的使用寿命。氨气逃逸、气溶胶等都是比较常见的应用问题，这些问题影响了氨法脱硫技术的应用与推广。

2.2 方案二

可以应用SDA半干法脱硫和除尘、SCR脱硝技术相结合的脱硫脱硝技术，先将烟气引入到旋转喷雾脱硫塔之中，烟气和雾化处理后的氢氧化钙雾滴进行接触并发生反应，生成亚硫酸钙，随后进入除尘器，将没有发生反应的脱硫剂反复应用，最后采用低温SCR脱硫的技术进行处理，在该环节加入脱硝还原剂，经过还原反应的处理后，具有一定的脱硫脱硝效果，然后再排放烟气。该工艺技术有利于脱硝反应环境的改善，磨损的催化剂相对较少，可以让催化剂有更长的使用寿命，同时也能简化系统，去除清灰系统。SDA脱硫技术可以将烟气中的焦油、有机硫等污染物吸收，脱除效果得到明显提升，且具有一定的稳定性。经过处理后，会生成固体亚硫酸钠，处理起来比较简单，且该工艺对设备的腐蚀性较低。SDA技术以旋转喷雾器为核心设备，国内对该设备的研究相对落后，需要引进国外的设备，进而导致成本增加。脱硝反应器中的烟气温度不高，所以需要应用更高性能的脱硝催化剂。

2.3 方案三

可以采用活性炭脱硫脱硝技术，近几年来，该技术的应用愈加广泛。活性炭技术主要对活性炭的吸附和催化特性加以利用。在实际应用的过程中，烟气会先进入到余热锅炉之中，对热量进行回收，冷却降温之后送入到吸附装置中。吸附塔可以分为两段，一段用于脱硫，二氧化硫会在活性炭的表面吸附，在氧气、水蒸气的作用下发生催化氧化反应，进而实现脱硫的目的。第二段用于脱硝，通过喷氨的方式进行处理，活性炭表面还会吸附氮氧化物，喷氨后氮氧化物发生化学反应，进而转化为氮气和水，再生的活性炭也可以反复利用，具有良好的处理效果，且成本相对较低。具体的化学反应式为：2SO2+O2+2H2O →2H2SO4；4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O。该工艺技术不仅可以脱硫脱硝，还能够脱除其他污染物，包括二噁英、重金属等。该工艺过程不会产生废水和废渣，比较环保。但成本相对较高，需要通过自主研发技术和设备来降低成本。如果烟气中含有大量的颗粒物，则会影响活性炭的吸附性能，需要对此多加注意。

3 脱硫脱硝新工艺技术的研究应用

3.1 工艺流程

通过对各项脱硫脱硝技术的研究，可以开发一种新的脱硫脱硝工艺，即将半干法脱硫和除尘、活性炭纤维脱硝工艺技术结合在一起。烟气首先进入到旋转喷雾吸收塔之中，然后加入脱硫剂，可以选用消石灰，其与水混合成石灰浆液，使用浆液泵将石灰浆液抽取到吸收塔中，旋转喷雾雾化器会将其转变为雾滴，并与烟气混合在一起，经过反应后会生成亚硫酸钙。由于烟气的温度较高，液滴会被烘干，烟气温度随之下降，反应物会变为固体，最后排出并与烟气一起进入除尘器。产物和未发生反应的消石灰可以进行统一收集，前者经过专业的化工处理可以有效利用，后者则可以在脱硫脱硝系统中循环使用。进过除尘处理之后，烟气会进入到吸附罐中，利用活性炭的吸附性能对氮氧化物进行吸附，进而生成二氧化氮，在水蒸气的作用下会进一步生成硝酸。与此同时，该工艺技术可以净化二噁英、重金属等污染物，确保烟气的清洁性，然后再排放到空气中。如果活性炭的吸附能力已经饱和，则可以将烟气导入到再生罐中，通过蒸汽再生的方式进行交替处理。再生后的气液混合物要引入到分离器中，将气体和液体分离开，通过催化作用使氮氧化物发生氧化还原反应，进而生成二氧化氮，然后将其引入二级吸附罐，经过吸附处理生成二氧化氮，彻底净化后可以从烟囱排出。

3.2 工艺原理

该工艺主要利用氢氧化钙混合工艺水的方式制作氢氧化钙浆液，然后利用雾化处理的方式生成雾滴，使烟气和脱硫剂可以更全面的接触，从而提升反应速率，改善脱除效果。具体的化学反应式为：Ca（OH）2+SO2→CaSO3+H2O；CaSO3+1/2O2→CaSO4。活性炭的微孔结构比较发达，具有良好的吸附性能，且表面的有机官能团比较丰富，可以促进吸附氧化反应的发生。烟气中的氧气可以在活性炭纤维表面吸附，与氮氧化物发生氧化还原反应生成二氧化氮，再与水蒸气发生反应生成硝酸，具体的化学反应公式为：NO+1/2O2→NO2；3NO2+H2O→2HNO3+NO。活性炭纤维会在纤维丝表面开口，排列比较规整，微孔的孔道并不长，不会出现较大的扩散阻力，可以更好地脱附吸附质，从而使脱附效率得到有效提升。

3.3 技术特点

该技术采用多种工艺结合的方式，可以充分发挥不同工艺技术的应用优势，包括流程简单、反应快、效率高等。利用旋转喷雾半干法脱硫不仅可以满足脱硫脱硝的目的，还能脱除其他污染物，进而使焦炉烟气的组成更加简单。坚持先脱硫处理，然后再进行脱硝处理的工艺处理原则，可以改善脱硝环境，使其在低硫环境中展开，进而改善脱硫反应的效率。不仅如此，因为基本处于干况运行的状态，所以不会腐蚀设备。若想进一步提升活性炭的吸附能力，可将活性炭与臭氧氧化脱硝技术相结合，进而提升氮氧化物的脱除率，使烟气中的氮氧化物全面降低，同时也能降低运行成本。

4 结语

综上所述，在对焦炉烟气进行脱硫脱硝处理的过程中，应该从多个方面着手考虑，不仅要考虑脱除技术的合理性、有效性，还要考虑资源的利用率、反应速率、成本费用等问题，既要提升脱硫脱硝的质量和效率，还要降低运行成本。为此，要加强对焦炉烟气脱硫脱硝处理技术的研究，可以采用多种技术融合的方式，将每种工艺技术的效用都发挥出来，进而满足我国环保要求。