脫硫脫硝技術(shù)在煤化工生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

郭培祥

(山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司，山西 太原 030000)

引 言

在焦化處理的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，這些廢氣中含有硫化物、硝化物以及大量的固體顆粒，隨著焦化過程排放到空氣中，產(chǎn)生大量的污染，雖然目前各焦化企業(yè)均采取了大量的措施來降低廢氣中的污染物，但隨著環(huán)保要求的不斷提升，現(xiàn)有的處理方案均面臨著凈化效率低、凈化成本高、凈化效果差的難題。

本文在國(guó)內(nèi)外脫硫、脫硝技術(shù)研究的基礎(chǔ)上提出了一種新的組合式的脫硫脫硝技術(shù)方案，充分結(jié)合了干法脫硫和中低溫選擇性催化還原脫硝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，合理地調(diào)整了焦化廢氣的凈化工藝流程，使廢氣先經(jīng)過除塵和干法脫硫，然后集中進(jìn)行中低溫選擇性催化還原脫硝，不僅提升了廢氣處理效率而且減少了粉塵對(duì)脫硫脫硝的影響，提升了還原劑的使用效率，降低了脫硫脫硝的成本。根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證表明，新的脫硫脫硝工藝能夠?qū)⒚摿蚵侍嵘?1.2%，將脫硝率提升到84.6%，將除塵率提升到85.4%，同時(shí)，經(jīng)過脫硫脫硝后的產(chǎn)物為硫酸鈉，可以作為水泥的添加料實(shí)現(xiàn)二次利用，顯著地提升了焦化廢氣凈化的效率和經(jīng)濟(jì)性。

1 干法脫硫工藝

干法脫硫是將直徑約為20 μm的脫硫劑通過高速噴灑裝置噴入到煙道內(nèi)，脫硫劑在高溫?zé)煔獾淖饔孟卤患せ?，體積膨脹、表面積增加，充分地與煙道內(nèi)的廢氣接觸，發(fā)生催化反應(yīng)，將煙氣內(nèi)的硫化物充分吸收，實(shí)現(xiàn)脫硫的目的。目前常用的脫硫劑是碳酸氫鈉，在對(duì)焦化廢氣進(jìn)行過濾時(shí)的化學(xué)反應(yīng)主要包含與硫化物的反應(yīng)及與酸性物質(zhì)的反應(yīng)，反應(yīng)原理如式(1)、式(2)所示[1]。

(1)

(2)

干法脫硫過程中催化劑和其他酸性物的反應(yīng)可表示為式(3)、式(4)。

(3)

(4)

由化學(xué)反應(yīng)方程可知，干法脫硫的副產(chǎn)物主要是硫酸鈉和氯化鈉，能夠作為生產(chǎn)純堿或者其他化合物的原料。該脫硫方法的核心點(diǎn)在于對(duì)硫化劑噴灑的控制，需要盡可能將硫化劑分散，使其和煙氣充分接觸，才能獲得最高的脫硫效率和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)需要精確地控制噴射的時(shí)機(jī)滿足脫硫需求。該脫硫工藝具有脫硫效率高、無需消耗水、靈活性高、副產(chǎn)物少的優(yōu)點(diǎn)。

2 中低溫選擇性催化還原脫硝

中低溫選擇性催化還原脫硝將催化劑放入一個(gè)容器內(nèi)，利用氨來作為催化還原劑，通過綜合反應(yīng)來去除焦化廢氣中的氮化物。通過對(duì)焦化廢氣成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，氮化物中一氧化氮的體積分?jǐn)?shù)約為94%，二氧化氮的體積分?jǐn)?shù)約為6%，這些氮化物通過和氨氣的催化反應(yīng)成氮?dú)夂退?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢氣內(nèi)污染物的過濾，各種氮化物的還原反應(yīng)方程如式(5)和第157頁式(6)[2]：

(5)

(6)

中低溫選擇性催化還原脫硝原理如圖1所示。

圖1 催化脫硝反應(yīng)原理示意圖

在采用中低溫選擇性催化還原脫硝工藝時(shí)，在反應(yīng)運(yùn)行一段時(shí)間后催化劑表面會(huì)形成一層較厚的硫酸氫氨，此時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響催化脫硝的效率，因此需要采用原位再生熱解析系統(tǒng)對(duì)催化劑進(jìn)行再生處理，滿足循環(huán)使用的需求，具有脫硝率高、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。

3 聯(lián)合脫硫脫硝工藝流程

在實(shí)際焦化處理過程中，焦化廢氣內(nèi)含有大量的粉塵，而且在排放的過程中會(huì)隨著在煙道內(nèi)的流動(dòng)，溫度逐漸降低，結(jié)合干法脫硫和中低溫催化還原脫硝的工藝技術(shù)要求，本文提出的聯(lián)合脫硫脫硝工藝對(duì)煙氣流動(dòng)的順序進(jìn)行了優(yōu)化，先進(jìn)行過濾除塵，然后進(jìn)行干法脫硫，利用煙氣在循環(huán)過程中的自然冷卻，為后面的中低溫催化還原脫硝奠定基礎(chǔ)。該聯(lián)合脫硫脫硝工藝流程如圖2所示[3]。

圖2 聯(lián)合脫硫脫硝工藝流程

由圖2可知，該系統(tǒng)主要包括了干法脫硫裝置、除塵系統(tǒng)、脫硝反應(yīng)裝置、供氮供水系統(tǒng)、通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。為了滿足在反應(yīng)過程中精確控制的需求，通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)煙囪內(nèi)煙氣的流量、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心精確控制催化劑的投放時(shí)間和范圍，同時(shí)采用輔助熱源對(duì)煙氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，確保進(jìn)行中低溫脫硝反應(yīng)時(shí)的效率和經(jīng)濟(jì)性，最大限度地提升催化劑的活性。

4 脫硫脫硝效果分析

為了對(duì)該脫硫脫硝工藝的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，對(duì)焦化排煙凈化系統(tǒng)進(jìn)行改造，在煙氣入口和出口位置分別對(duì)硫化物、氮化物、粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]，結(jié)果如圖3所示。圖3中最上面的曲線表示煙道入口處的物質(zhì)濃度，最下面的曲線表示煙道出口處的物質(zhì)濃度。

圖3 煙道入口和出口處相關(guān)物質(zhì)含量變化曲線

由圖3a)可知，煙道入口處的硫化物質(zhì)量濃度約為36.3 mg/m3，經(jīng)過脫硫凈化后的質(zhì)量濃度約為3.2 mg/m3，凈化率達(dá)到了91.2%，遠(yuǎn)高于最初76.4%的脫硫率；由圖3b)可知，煙道入口處的氮化物質(zhì)量濃度約為451.8 mg/m3，經(jīng)過脫硫凈化后的質(zhì)量濃度約為69.4 mg/m3，凈化率達(dá)到了84.6%，遠(yuǎn)高于最初52.7%的脫硝率；由圖3c)可知，煙道入口處的粉塵質(zhì)量濃度約為25.6 mg/m3，經(jīng)過脫硫凈化后的質(zhì)量濃度約為3.74 mg/m3，凈化率達(dá)到了85.4%，遠(yuǎn)高于最初44.9%的除塵率。同時(shí)，經(jīng)過脫硫脫硝后的產(chǎn)物為硫酸鈉，可以作為水泥的添加料實(shí)現(xiàn)二次利用，提升焦化廢氣凈化的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

針對(duì)焦化處理過程中廢氣含硫、含硝量超標(biāo)，給環(huán)境造成較大污染的現(xiàn)狀，提出了一種新的脫硫脫硝技術(shù)，該技術(shù)充分應(yīng)用了干法脫硫和中低溫選擇性催化還原脫硝的優(yōu)勢(shì)，對(duì)焦化處理過程中廢氣的深度凈化，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1)干法脫硫工藝具有脫硫效率高、無需消耗水、靈活性高、副產(chǎn)物少的優(yōu)點(diǎn)。

2)中低溫選擇性催化還原脫硝，具有脫硝率高、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。

3)新的脫硫脫硝工藝能夠?qū)⒚摿蚵侍嵘?1.2%，將脫硝率提升到84.6%，將除塵率提升到85.4%，同時(shí)，經(jīng)過脫硫脫硝后的產(chǎn)物為硫酸鈉，可以作為水泥的添加料實(shí)現(xiàn)二次利用，顯著提升了焦化廢氣凈化的效率和經(jīng)濟(jì)性。