活性炭脱硫脱硝在焦炉烟气处理中的应用

朱二涛

（邯郸钢铁集团设计院有限公司，河北 邯郸056000）

山东金能科技股份有限公司三期焦炉（5号、6号焦炉）为两座60孔7 m炭化室焦炉，生产能力150万t/年。现在焦炉生产以焦炉煤气为燃料，焦炉烟气的主要污染物为颗粒物、ρ（SO2）和ρ（NOx）。目前5号、6号焦炉烟气中颗粒物、ρ（SO2）和ρ（NOx）排放分别为13.1～17.6 mg/m3、26.5～40.7 mg/m3、333～436 mg/m3。根据国家新的排放标准要求，焦炉烟气中颗粒物、ρ（SO2）和ρ（NOx）排放浓度不能满足颗粒物小于10 mg/m3，ρ（SO2）＜30mg/m3，ρ（NOx）＜100 mg/m3的要求。

1 工艺流程及原理

1.1 工艺流程

该项目焦炉原烟气经过余热锅炉后首先经过空-空冷却器将烟气温度冷却至130～140℃后进入吸附系统，吸附系统采用活性炭法脱硫脱硝一体化工艺[1]，实现一套装置中完成吸附和催化还原反应过程[2]。吸附剂和催化剂选用特殊性能的活性炭，烟气自下而上，活性炭自上而下，两者逆流接触，活性炭连续地从吸附塔底部排出，输送到解析塔进行解析。解析后的活性炭经冷却后，通过风筛筛分，将细小活性炭和粉尘去除，筛分后的活性炭送回到吸附塔循环使用，活性炭卸料、布料、筛分、转运等过程产生的粉尘尾气经布袋除尘器处理后经排气筒排放。解析出的SO2经SO2储罐暂存后打入钢瓶送至现有30 000 t/年对甲酚、300 000 t/年硫酸项目生产对甲酚。

1.2 脱硫原理

活性炭净化法利用活性炭吸附性能，能同时吸附多种有害物质SO2、NOx、二噁英、重金属及粉尘等。活性炭对SO2的吸附包括物理吸附和化学吸附。当烟气中无水蒸气存在时，主要发生物理吸附，吸附量较小；当烟气中含有足量水蒸气和氧时，活性炭烟气脱硫是一个化学吸附和物理吸附同时存在的过程，首先发生的是物理吸附，同时活性炭表面的某些含氧络合物基团是SO2吸附及催化氧化的活性中心，在水蒸气和氧存在时，发生催化氧化反应：

图1 简易工艺流程图

1.3 脱硝原理

当吸收塔喷入氨后，由于活性炭对NOx的吸附作用，降低了NOx与NH3的反应活化能，可发生催化还原反应，脱除烟气中的NOx，反应式为：

1.4 除尘原理

活性炭层通过碰撞、遮挡及扩散捕集来实现除尘功能。通常超过1μm粒径的灰尘颗粒通过碰撞进行捕集，而小于1μm粒径的灰尘颗粒通过遮挡及扩散来捕集。进入吸附塔的粉尘粒径大部分小于2.5μm，其中碱性金属居多，主要为氯化钾、氯化钠、氯化铅等氯化物，这类可溶性碱金属会堵塞活性炭孔洞，在凹陷区沉积，影响脱硫脱硝性能。所以为了保护烟气净化系统安全、稳定、高效运行，吸附塔入口粉尘质量浓度低于50 mg/m3。

1.5 解析原理

在解析塔内，吸附了污染物质的活性炭被加热到400℃以上，活性炭吸附的SO2被释放出来，生成富含S02的气体（简称SRG气体），SRG气体输送至制酸系统制取98%浓硫酸。反应式为：

1.6 工艺特点

1）可实现粉尘、SO2、NOx、重金属和二噁英同时处理。

2）脱硫脱硝效率较高，SO2脱除效率可达95%以上，NOx脱除效率可达80%以上。

3）无废水、废渣、废气等二次污染产生，脱硫副产物可综合利用，废活性炭可回收利用。

4）工艺简单、流程顺畅、布局紧凑、占地少。

活性炭脱硫脱硝技术是一种资源化的一体化干法烟气净化技术，具有独特的优势，是烟气净化技术的发展方向[3]。

2 项目概况及运行效果

该活性炭脱硫脱硝装置的焦炉烟气处理能力要达到烟气量50万m3/h，烟气温度220～260℃。活性炭脱硫脱硝工艺主要由烟气系统、吸附系统、解析系统、活性炭输送系统、活性炭卸料存贮系统、制酸系统等组成。系统投入运行后，总体运行平稳，投入使用前后烟气变化如表1所示。

表1 使用前后成分表

表1 数据表明，该系统投入运行后，烟气中颗粒物、SO2和NOx排放浓度明显降低，满足《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012）的排放要求。

3 存在问题及建议

1）喷氨稀释风取自解析塔冷却段出口热风，稀释风温度最好在180℃以上，而解析塔冷却段出口热风温度受解析塔操作影响较大，操作比较困难。建议喷氨稀释风从解析塔加热段外排烟气中抽取，一方面可以减少回吸附塔的烟气量，另一方面能够提高稀释风温度，有利于脱硝率提高。

2）SRG管道从出解析塔至进入一次净化距离较远，温度从约410℃降至290℃，温降过大，威胁SRG管道安全。建议SRG管道采取减小温降措施：保温层加厚，并考虑伴热；管径适当减小，以便增加烟气流速。在SRG管道首末端增加就地显示温度表以便调试。根据安全设计需要，解析塔脱气段区域增设二氧化硫报警仪。

4 结语

本项目建成投产后，三期焦炉（5号、6号焦炉）烟气中颗粒物、SO2和NOx排放浓度明显降低，各项污染物排放满足《山东省区域性大气污染物综合排放标准》（DB 37/2376—2013）表2中重点控制区和《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012）表6大气污染物特别排放限值要求。废气污染物中颗粒物、SO2和NOx排放量分别为38.39 t/a、113.27 t/a、304.92 t/a；可减少颗粒物排放量22.715 t/a、SO2排放量28.29 t/a、NOx排放量1 211.53 t/a，对周围大气环境有改善效应。