王玉偉，曹 文，劉文斌，楊光麗，左海波，賀志國

(1.河南省安陽市安陽鋼鐵股份公司 焦化廠，河南 安陽 455004； 2.河南省安陽市安陽鋼鐵股份公司 煉鐵廠，河南 安陽 455004)

焦爐煙道尾氣的凈化實踐

王玉偉1，曹 文1，劉文斌1，楊光麗1，左海波1，賀志國2

(1.河南省安陽市安陽鋼鐵股份公司 焦化廠，河南 安陽 455004； 2.河南省安陽市安陽鋼鐵股份公司 煉鐵廠，河南 安陽 455004)

焦爐煉焦過程中因煤氣在燃燒室中燃燒獲得熱量，廢氣由煙道經(jīng)煙囪未經(jīng)處理直接外排，如何降低尾氣中SO2展開工藝研究，經(jīng)過實驗室研究和工業(yè)試驗論證工作，并對前期的試驗進行了全面工業(yè)運行，經(jīng)過一年多的在線運行，在線SO2排放基本控制在50 mg/標準m3以下，促進可持續(xù)發(fā)展，其技術(shù)在環(huán)境環(huán)保中具有借鑒意義。

焦爐；環(huán)保；工業(yè)試驗

1 現(xiàn)狀分析

焦化廠煉焦是利用焦爐或者高爐煤氣燃燒作為熱源，然后產(chǎn)生的廢棄通過斜道、蓄熱室、小煙道、煙道，最終通過煙囪排向大氣。煤氣燃燒后產(chǎn)生的廢氣中含有大量的硫化物和氮氧化物以及粉塵(表1)，這樣排入空氣中勢必會對空氣產(chǎn)生嚴重的污染。

表1 安鋼三煉焦煙道尾氣參數(shù)

現(xiàn)如今國家對環(huán)境質(zhì)量要求日益嚴格，在全社會對環(huán)境問題的倍加關(guān)注，這使得各行業(yè)原有的污染物排放標準過于寬泛等問題逐漸顯現(xiàn)，大氣污染已嚴重超出了環(huán)境所能負擔的極限，環(huán)保形勢的越來越嚴峻，綠色生產(chǎn)對焦爐的要求也越來越高。對焦爐煙道尾氣的凈化回收也變得迫在眉睫。

針對此種情況，本方案利用碳基催化劑對煙道尾氣進行脫硫脫硝及除塵處理，達到凈化煙氣，環(huán)境保護的效果，三煉焦在7～8月開始跟蹤試驗，并取得關(guān)鍵數(shù)據(jù)為以后指導(dǎo)生產(chǎn)。

2 脫硫脫硝的工作原理

2.1 吸附階段

炭基催化吸附法脫硫脫銷是一個化學(xué)吸附和物理吸附同時存在的過程，首先發(fā)生的是物理吸附。從煙道過來的約300℃的煙氣首先經(jīng)過除塵余熱回收，在經(jīng)過冷卻器將溫度冷卻至150℃左右后，經(jīng)風(fēng)機進入吸附塔，在進入吸附塔之前，進行加氨操作。然后在吸附塔內(nèi)，有水和氧氣存在的條件下將吸附到炭基催化劑表面的 SO2催化氧化為H2SO4。吸附于炭基催化劑表面的硫酸濃度取決于煙氣的溫度和煙氣中水分的含量。在炭基催化劑的催化作用下NH3與煙氣中的NOX。反應(yīng)生成N2。

其脫硫機理為：

①物理吸附

SO2→ SO2*、O2→ O2*、H2O → H2O*

②化學(xué)吸附

A、SO2*+ 1/2O2*→ SO3*

SO3*+ nH2O*→ H2SO4*(n-1)H2O

＊：為炭基催化吸附劑細孔內(nèi)的吸附狀態(tài)。

n：根據(jù)廢氣中的水分，SO2濃度，廢氣溫度的不同有所變化，但在通常的溫度下(100～150℃)可認為是2。

B、為促進脫硝反應(yīng)以及維持炭基催化吸附劑的活性，需要進行加氨，如以下的化學(xué)反應(yīng)。是否作為NH4HSO4*或(NH4)2SO4*被吸附，由NH3與SO2的濃度比所決定。

H2SO4*+ NH3→ NH4HSO4*

NH4HSO4*+ NH3→ (NH4)2SO4*

其脫硝機理：

①SCR反應(yīng)

炭基催化吸附劑有通常的Ti-V系(350～400℃)金屬觸媒同樣的作用，如下式所示NO被還原為N2(圖2)。

圖2 SCR反映示意圖

NO + NH3+ 1/4O2→ N2+ 3/2H2O

②Non-SCR反應(yīng)

如上關(guān)于脫硫的說明，提供的NH3與被炭基催化吸附劑吸附的SO2反應(yīng)，生成酸性硫氨或者硫氨，稱之為堿性化合物或者還原性物質(zhì)，表示為下式的C…Red。炭基催化吸附劑在再生后，在含有該堿性化合物的狀態(tài)下循環(huán)至吸附反應(yīng)塔，與廢氣中的NO直接反應(yīng)還原生成N2。該反應(yīng)為炭基催化吸附劑特有的脫硝反應(yīng)，稱為Non-SCR反應(yīng)。

NO + C…Red → N2

2.2 再生階段

凈化后的煙氣由煙囪排出，完成吸附任務(wù)的飽和炭基催化劑則由吸附塔下部的鏈式刮板機送入解析塔頂端，進入再生階段。解析塔分為上下兩部分，上部分為加熱階段，下部為冷卻階段。飽和炭基催化劑被送往再生器頂部的加熱階段，在熱風(fēng)爐的加熱作用下被加熱到400℃，H2SO4受熱分解，并且在N2的鼓吹作用下，SO2氣體被解析出來，經(jīng)過后續(xù)的硫回收工藝回收成單質(zhì)S。解析后的碳基催化劑繼續(xù)向下運動進入冷卻階段，在此階段中被冷卻到150℃左右，完成再生過程，又經(jīng)過鏈式刮板機傳送，重新進入吸附塔頂端，循環(huán)使用。

其再生機理為：

①硫酸的受熱分解：

H2SO·H2O→SO3+2H2O

SO3+1/2C→SO2+1/2CO2

合并后：

H2SO·H2O+1/2C→SO3+2H2O+1/2CO2

②酸性硫銨的分解：

NH4HSO4→SO3+NH3+H2O

SO3+2/3NH3→SO2+H2O+1/3N2

合并后：

NH4HSO4→SO2+2H2O+1/3N2+1/3NH3

③堿性化合物(還原性物質(zhì))的生成：

-C‥+NH3= -C‥NH+H2O

3 試驗測試

2014年3月，以安鋼焦化廠三煉焦車間煙道尾氣為實驗對象，通過搭建設(shè)備平臺進行實驗，見圖3。

圖3 實驗平臺現(xiàn)場

3.1 SO2脫除效果

實驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 SO2檢測數(shù)據(jù)

圖4 SO2進出口濃度曲線

數(shù)據(jù)顯示，SO2的出口排放濃度被降低至43 mg/m3，達到了國家規(guī)定的排放標準，其脫硫效果達到了88%～94% 。

3.2 氮氧化物脫除效果

實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 氮氧化物監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖5 氮氧化物進出口曲線

數(shù)據(jù)顯示：氮氧化物出口濃度被降低至116 mg/m3，達到國家規(guī)定的排放標準。其脫除效率達到了70%。

4 結(jié)論

(1)該方法投資少、運行成本低，是無害化和硫資源化的煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)。

(2)可以實現(xiàn)聯(lián)合脫除SO2、NOx和粉塵的一體化。SO2脫除率可達到93%以上，NOx的脫除率可達到40%以上，同時吸收塔出口煙氣粉塵含量≦20mg/m3。

(3)能除去濕法難以除去的SO3，SO3的脫除率達到100%。

(4)無需工藝用水和廢水處理，適用于我國水資源缺乏地區(qū)應(yīng)用。

(5)按設(shè)計，實施煙氣脫硫脫硝后，150000 Nm3/h煙氣處理每年可減少SO2排放873 t，減少NOx排放374 t，粉塵排放減少187 t?？梢詫崿F(xiàn)減少污染物排放的目標，有利于環(huán)境的全面改善，同時可以降低排污費的支付，在取得巨大環(huán)境效益的同時，產(chǎn)生了經(jīng)濟效益。

(本文文獻格式：王玉偉，曹 文，劉文斌，等.焦爐煙道尾氣的凈化實踐[J].山東化工,2017,46(7):200-202,204.)

Purification of Flue Gas from Coke Oven

WangYuwei1,CaoWen1,LiuWenbin1,YangGuangli1,ZuoHaibo1,HeZhiguo2

(1.Anyang City, Henan Province, Anyang Iron and Steel Corporation Coking Plant,Anyang 455004,China; 2.Anyang city of Henan Province Anyang Iron Steel Co.,Ltd.,Anyang 455004,China)

The gas combustion in the combustion chamber to obtain heat due to coke oven coking process,waste gas by flue chimney by direct discharge of untreated,how to reduce the exhaust of SO2expansion process research,through laboratory research and industrial experiment demonstration,and preliminary tests conducted a comprehensive industrial operation,through online running more than a year,online the basic SO2emission control in the following 50 mg/ cubic meter standard,to promote sustainable development,the technology is of great significance in environmental protection.

coke oven; environmental protection; industrial test

2017-02-27

王玉偉(1981—)，女，河南?？h人，本科，研究方向：煤化工。

X784

B

1008-021X(2017)07-0200-03