焦化行業(yè)脫硫工藝的優(yōu)化研究

王笑笑

(山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 041600)

引 言

焦化工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)，但在煉焦過程中產(chǎn)生的硫化物、氮氧化物等污染物給大氣造成了嚴(yán)重的污染，導(dǎo)致出現(xiàn)酸雨、霧霾等。隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，對煉焦過程中的廢氣排放提出了更高的要求。目前，常用的焦化廢氣處理方案為濕法脫硫脫硝技術(shù)，但在使用過程中存在著廢氣處理工藝流程長、脫硫脫硝效率低、成本高的缺陷，已經(jīng)無法滿足新形勢下更高的焦化廢氣處理要求，因此本文提出了一種新的干法脫硫+選擇性催化還原脫硝的工藝，其采用了逐級遞進(jìn)式的廢氣處理方案，在一個處理裝置中即可完成對硫化物和氮氧化物的過濾，工藝流程簡單、可靠性好，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，該廢氣處理工藝能夠?qū)⒚摿蚵侍嵘?5.5%，脫硝率提升66.4%，將成本降低17.4%，有效提升焦化生產(chǎn)時的經(jīng)濟(jì)性，減少對環(huán)境的污染。目前該技術(shù)已經(jīng)在多個焦化企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

1 干法脫硫+選擇性催化還原脫硝

干法脫硫工藝又叫干法脫酸噴射工藝，在應(yīng)用過程中通過布置在煙道內(nèi)的噴射裝置持續(xù)噴射出霧化的脫酸劑，脫酸劑和煙道內(nèi)的焦化廢氣充分接觸，在高溫的作用下發(fā)生催化反應(yīng)，將SO2轉(zhuǎn)換為硫酸鈉、將其他酸性物質(zhì)轉(zhuǎn)換為二氧化碳、水等副產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)對廢氣中酸性物質(zhì)的有效處理，減少空氣污染，在過濾過程中酸性物質(zhì)的反應(yīng)流程可表示為式(1)、式(2)[1]。

(1)

(2)

其他含量較少的酸性物質(zhì)主要包括HCl等，其凈化過程中的反應(yīng)方程可表示為式(3)。

(3)

催化還原脫硝的原理和脫硫原理基本一致，都是在煙道內(nèi)設(shè)置還原劑噴射裝置向廢氣內(nèi)持續(xù)加入以NH3為主的還原物，通過還原反應(yīng)來將廢氣中的氮氧化物給置換出來，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。

通過分析，焦化廢氣中的氮氧化物主要是NO和NO2，且NO的體積分?jǐn)?shù)占到了整個氮氧化物的96%以上，NO2的體積分?jǐn)?shù)占據(jù)了3%以上，因此催化脫硝主要是對NO和NO2的處理，其反應(yīng)流程可表示為式(4)、式(5)[2]。

(4)

(5)

在該脫硫脫硝工藝流程中，充分利用了廢氣自身的溫度特性，初始溫度高，更有利于催化劑對硫化物的還原反應(yīng)，因此脫硫反應(yīng)放到前端。脫硫后廢氣溫度降低，選擇低溫脫硝劑進(jìn)行催化反應(yīng)，從而滿足連續(xù)性快速脫硫脫硝的目的，提高凈化廢氣的經(jīng)濟(jì)性。

2 脫硫脫硝工藝流程

在焦化生產(chǎn)中，產(chǎn)生的廢氣一般會通過管路匯集到總煙道內(nèi)排出，因此對廢氣的脫硫脫硝一般也均在總煙道內(nèi)進(jìn)行。在煙道的下側(cè)首先均勻地布置脫硫還原劑噴射裝置，噴射裝置的噴射壓力可調(diào)，便于根據(jù)不同的廢氣排出量靈活調(diào)整硫化物還原劑的噴射速度，滿足脫硫效率和經(jīng)濟(jì)性的需求。脫硫完成后的廢氣需要進(jìn)入到布袋除塵器內(nèi)對粉塵和還原的硫化物進(jìn)行過濾。過濾后的廢氣再進(jìn)入到脫硝反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行脫硝反應(yīng)，為了實(shí)現(xiàn)脫硝效率和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一，在脫硝反應(yīng)器內(nèi)NH3釋放裝置也具有自調(diào)節(jié)裝置，能夠根據(jù)廢氣的流速自動調(diào)整還原劑釋放量。經(jīng)過脫硝后的廢氣通過大流量風(fēng)機(jī)的抽引，由風(fēng)道煙囪排放到大氣內(nèi)，干法脫硫+選擇性催化還原脫硝的工藝流程如圖1所示[3]。

圖1 新的脫硫脫硝反應(yīng)工藝流程圖

由于在焦化過程中存在著一定的產(chǎn)能波動，而且在不同的季節(jié)環(huán)境溫度差異很大，為了確保脫硫脫硝的一致性，在煙道內(nèi)設(shè)置有加熱爐[4]，當(dāng)廢氣的溫度低于最佳催化反應(yīng)溫度時，加熱爐會啟動對廢氣進(jìn)行加熱，使其達(dá)到最佳脫硫脫硝反應(yīng)溫度。為了提高廢氣的流動性、增加反應(yīng)效率，在煙道內(nèi)設(shè)置有大流量的增壓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)和加熱爐控制系統(tǒng)相連接，當(dāng)加熱爐工作時風(fēng)機(jī)自動啟動，當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時根據(jù)檢測的廢氣溫度決定加熱爐是否啟動，從而保證催化反應(yīng)過程中效率和安全性的統(tǒng)一。

3 脫硫脫硝應(yīng)用效果分析

為了對該工藝的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，對焦化廠的凈化系統(tǒng)進(jìn)行改造，在總煙道內(nèi)增加一套干法脫硫劑噴射系統(tǒng)，在噴射系統(tǒng)后對布袋除塵裝置進(jìn)行改造，采用低壓脈沖布袋除塵裝置更換原有的除塵袋，同時系統(tǒng)中增加加熱爐和增壓風(fēng)機(jī)，并對脫硫脫硝控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，滿足聯(lián)動控制要求。在煙道的入口處均設(shè)置了偏流板，用于保證入口處煙氣氣流的最大速度偏差在±5%以內(nèi)，防止氣流紊亂導(dǎo)致的脫硫效率下降。通過對進(jìn)入到煙道內(nèi)廢氣的監(jiān)測，入口處硫化物的質(zhì)量濃度約為84.73 mg/m3，硫化物的質(zhì)量濃度約為428.56 mg/m3，不同處理方式下，煙道出口處硫化物、氮氧化物、粉塵質(zhì)量濃度如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前后煙道出口處污染物質(zhì)量濃度變化情況

由圖2可知，優(yōu)化前煙道出口處SO2的質(zhì)量濃度平均值為58 mg/m3，優(yōu)化后平均值約為20 mg/m3，比優(yōu)化前降低了65.5%。優(yōu)化前煙道出口處的氮氧化物的平均質(zhì)量濃度約為298 mg/m3，優(yōu)化后的平均值約為100 mg/m3，比優(yōu)化前降低了66.4%。由此可知，該脫硫脫硝工藝能夠有效地降低廢氣中的有害物含量，同時由于系統(tǒng)采用了變流量控制原理，能夠根據(jù)廢氣的量自動調(diào)節(jié)催化劑的釋放含量，優(yōu)化后的平均脫硫脫硝成本比優(yōu)化前降低了17.4%，對提升焦化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、降低環(huán)境污染具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

針對目前的濕法脫硫脫硝技術(shù)存在的工藝流程長、脫硫脫硝效率低、成本高的難題，提出了一種新的干法脫硫+選擇性催化還原脫硝的工藝，其工藝流程簡單、效率高、成本低，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1)新的脫硫脫硝工藝充分利用了廢氣自身的特性，先脫硫再脫硝，減少了對廢氣的加熱能量消耗，降低了凈化成本。

2)對廢氣的脫硫脫硝均在總煙道內(nèi)進(jìn)行。在煙道的下側(cè)布置脫硫還原劑噴射裝置，根據(jù)不同的廢氣排出量靈活調(diào)整硫化物還原劑的噴射速度，滿足脫硫效率和經(jīng)濟(jì)性的需求。

3)在脫硝反應(yīng)器內(nèi)NH3釋放裝置也具有自調(diào)節(jié)裝置，能夠根據(jù)廢氣的流速自動調(diào)整還原劑釋放量，保證脫硝的效率，降低脫硝成本。

4)該廢氣處理工藝能夠?qū)⒚摿蚵侍嵘?5.5%，脫硝率提升66.4%，將成本降低17.4%，有效提升焦化生產(chǎn)時的經(jīng)濟(jì)性，減少對環(huán)境的污染。