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焦炉烟气脱硫脱硝工艺研究

2020-01-12王晓东

化工设计通讯 2020年5期
关键词:焦炉氮氧化物工艺技术

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。

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