活性炭脫硫脫硝在焦?fàn)t煙氣處理中的應(yīng)用

朱二濤

（邯鄲鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，河北 邯鄲056000）

山東金能科技股份有限公司三期焦?fàn)t（5號(hào)、6號(hào)焦?fàn)t）為兩座60孔7 m炭化室焦?fàn)t，生產(chǎn)能力150萬t/年?，F(xiàn)在焦?fàn)t生產(chǎn)以焦?fàn)t煤氣為燃料，焦?fàn)t煙氣的主要污染物為顆粒物、ρ（SO2）和ρ（NOx）。目前5號(hào)、6號(hào)焦?fàn)t煙氣中顆粒物、ρ（SO2）和ρ（NOx）排放分別為13.1～17.6 mg/m3、26.5～40.7 mg/m3、333～436 mg/m3。根據(jù)國(guó)家新的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，焦?fàn)t煙氣中顆粒物、ρ（SO2）和ρ（NOx）排放濃度不能滿足顆粒物小于10 mg/m3，ρ（SO2）＜30mg/m3，ρ（NOx）＜100 mg/m3的要求。

1 工藝流程及原理

1.1 工藝流程

該項(xiàng)目焦?fàn)t原煙氣經(jīng)過余熱鍋爐后首先經(jīng)過空-空冷卻器將煙氣溫度冷卻至130～140℃后進(jìn)入吸附系統(tǒng)，吸附系統(tǒng)采用活性炭法脫硫脫硝一體化工藝[1]，實(shí)現(xiàn)一套裝置中完成吸附和催化還原反應(yīng)過程[2]。吸附劑和催化劑選用特殊性能的活性炭，煙氣自下而上，活性炭自上而下，兩者逆流接觸，活性炭連續(xù)地從吸附塔底部排出，輸送到解析塔進(jìn)行解析。解析后的活性炭經(jīng)冷卻后，通過風(fēng)篩篩分，將細(xì)小活性炭和粉塵去除，篩分后的活性炭送回到吸附塔循環(huán)使用，活性炭卸料、布料、篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)等過程產(chǎn)生的粉塵尾氣經(jīng)布袋除塵器處理后經(jīng)排氣筒排放。解析出的SO2經(jīng)SO2儲(chǔ)罐暫存后打入鋼瓶送至現(xiàn)有30 000 t/年對(duì)甲酚、300 000 t/年硫酸項(xiàng)目生產(chǎn)對(duì)甲酚。

1.2 脫硫原理

活性炭?jī)艋ɡ没钚蕴课叫阅?，能同時(shí)吸附多種有害物質(zhì)SO2、NOx、二噁英、重金屬及粉塵等?；钚蕴繉?duì)SO2的吸附包括物理吸附和化學(xué)吸附。當(dāng)煙氣中無水蒸氣存在時(shí)，主要發(fā)生物理吸附，吸附量較?。划?dāng)煙氣中含有足量水蒸氣和氧時(shí)，活性炭煙氣脫硫是一個(gè)化學(xué)吸附和物理吸附同時(shí)存在的過程，首先發(fā)生的是物理吸附，同時(shí)活性炭表面的某些含氧絡(luò)合物基團(tuán)是SO2吸附及催化氧化的活性中心，在水蒸氣和氧存在時(shí)，發(fā)生催化氧化反應(yīng)：

圖1 簡(jiǎn)易工藝流程圖

1.3 脫硝原理

當(dāng)吸收塔噴入氨后，由于活性炭對(duì)NOx的吸附作用，降低了NOx與NH3的反應(yīng)活化能，可發(fā)生催化還原反應(yīng)，脫除煙氣中的NOx，反應(yīng)式為：

1.4 除塵原理

活性炭層通過碰撞、遮擋及擴(kuò)散捕集來實(shí)現(xiàn)除塵功能。通常超過1μm粒徑的灰塵顆粒通過碰撞進(jìn)行捕集，而小于1μm粒徑的灰塵顆粒通過遮擋及擴(kuò)散來捕集。進(jìn)入吸附塔的粉塵粒徑大部分小于2.5μm，其中堿性金屬居多，主要為氯化鉀、氯化鈉、氯化鉛等氯化物，這類可溶性堿金屬會(huì)堵塞活性炭孔洞，在凹陷區(qū)沉積，影響脫硫脫硝性能。所以為了保護(hù)煙氣凈化系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，吸附塔入口粉塵質(zhì)量濃度低于50 mg/m3。

1.5 解析原理

在解析塔內(nèi)，吸附了污染物質(zhì)的活性炭被加熱到400℃以上，活性炭吸附的SO2被釋放出來，生成富含S02的氣體（簡(jiǎn)稱SRG氣體），SRG氣體輸送至制酸系統(tǒng)制取98%濃硫酸。反應(yīng)式為：

1.6 工藝特點(diǎn)

1）可實(shí)現(xiàn)粉塵、SO2、NOx、重金屬和二噁英同時(shí)處理。

2）脫硫脫硝效率較高，SO2脫除效率可達(dá)95%以上，NOx脫除效率可達(dá)80%以上。

3）無廢水、廢渣、廢氣等二次污染產(chǎn)生，脫硫副產(chǎn)物可綜合利用，廢活性炭可回收利用。

4）工藝簡(jiǎn)單、流程順暢、布局緊湊、占地少。

活性炭脫硫脫硝技術(shù)是一種資源化的一體化干法煙氣凈化技術(shù)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是煙氣凈化技術(shù)的發(fā)展方向[3]。

2 項(xiàng)目概況及運(yùn)行效果

該活性炭脫硫脫硝裝置的焦?fàn)t煙氣處理能力要達(dá)到煙氣量50萬m3/h，煙氣溫度220～260℃。活性炭脫硫脫硝工藝主要由煙氣系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、解析系統(tǒng)、活性炭輸送系統(tǒng)、活性炭卸料存貯系統(tǒng)、制酸系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，總體運(yùn)行平穩(wěn)，投入使用前后煙氣變化如表1所示。

表1 使用前后成分表

表1 數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，煙氣中顆粒物、SO2和NOx排放濃度明顯降低，滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16171—2012）的排放要求。

3 存在問題及建議

1）噴氨稀釋風(fēng)取自解析塔冷卻段出口熱風(fēng)，稀釋風(fēng)溫度最好在180℃以上，而解析塔冷卻段出口熱風(fēng)溫度受解析塔操作影響較大，操作比較困難。建議噴氨稀釋風(fēng)從解析塔加熱段外排煙氣中抽取，一方面可以減少回吸附塔的煙氣量，另一方面能夠提高稀釋風(fēng)溫度，有利于脫硝率提高。

2）SRG管道從出解析塔至進(jìn)入一次凈化距離較遠(yuǎn)，溫度從約410℃降至290℃，溫降過大，威脅SRG管道安全。建議SRG管道采取減小溫降措施：保溫層加厚，并考慮伴熱；管徑適當(dāng)減小，以便增加煙氣流速。在SRG管道首末端增加就地顯示溫度表以便調(diào)試。根據(jù)安全設(shè)計(jì)需要，解析塔脫氣段區(qū)域增設(shè)二氧化硫報(bào)警儀。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，三期焦?fàn)t（5號(hào)、6號(hào)焦?fàn)t）煙氣中顆粒物、SO2和NOx排放濃度明顯降低，各項(xiàng)污染物排放滿足《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 37/2376—2013）表2中重點(diǎn)控制區(qū)和《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16171—2012）表6大氣污染物特別排放限值要求。廢氣污染物中顆粒物、SO2和NOx排放量分別為38.39 t/a、113.27 t/a、304.92 t/a；可減少顆粒物排放量22.715 t/a、SO2排放量28.29 t/a、NOx排放量1 211.53 t/a，對(duì)周圍大氣環(huán)境有改善效應(yīng)。