譚月，張小龍，杜媛

（陜西大秦環(huán)境科技有限公司，西安71000）

引言

焦炭是一種重要的工業(yè)原料，廣泛用于冶金、化工等行業(yè)。焦炭一般是煙煤在隔絕空氣的條件下干餾得到的固體產(chǎn)物。2016年、2017年我國(guó)焦炭的產(chǎn)量分別為44 911.48萬t和43 142.55萬t[1]。焦?fàn)t在生產(chǎn)過程中，裝焦、出焦、熄焦等環(huán)節(jié)都會(huì)向大氣排放污染物，隨著煉焦技術(shù)的不斷優(yōu)化，已能對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的污染排放加以控制，本文主要探討了焦?fàn)t煙囪排出廢氣的污染控制。《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16171—2012）中規(guī)定，自2015年1月1日起，現(xiàn)有的煉焦企業(yè)焦?fàn)t煙囪大氣污染物排放限值為：顆粒物≤30mg/m3，二氧化硫（SO2）≤50mg/m3，氮氧化物（NOx）≤500mg/m3。有研究顯示，5.5m以上搗固焦?fàn)t的煙道氣中，NOx含量一般在1200～1400mg/m3，嚴(yán)重超過國(guó)家規(guī)定的限制。焦化行業(yè)的NOx治理迫在眉睫[2]。

1 焦?fàn)t煙氣特點(diǎn)

焦?fàn)t煙氣主要是由焦?fàn)t煤氣燃燒產(chǎn)生的，過程較為復(fù)雜。煙氣具有如下特點(diǎn)[3、4]：1）焦?fàn)t煙道氣溫度較低，在180℃～300℃之間，大部分煙道氣溫度為200℃～230℃。2）焦?fàn)t煙道氣中NOx含量差別較大，為400～1200mg/m3，有的甚至能達(dá)到1500mg/m3，SO2一般為50～800mg/m3，煙氣含水量為5%～17.5%。不同焦化廠因生產(chǎn)工藝、爐型、工況等情況各不相同，焦?fàn)t煙氣差別很大，有些焦?fàn)t煙氣中含有硫化氫、一氧化碳、甲烷、焦油等組分[5]。3）焦?fàn)t煙道氣組分隨焦?fàn)t液壓交換機(jī)的操作呈周期性波動(dòng)，煙氣中SO2和NOx含量波動(dòng)較大。4）焦化廠煙囪需熱備，熱備溫度需≥130℃。

從焦?fàn)t煙氣的特點(diǎn)可看出，焦?fàn)t煙氣溫度低，成分復(fù)雜，NOx含量高，焦?fàn)t煙氣脫硝是焦?fàn)t煙氣污染物控制的關(guān)鍵。焦?fàn)t煙氣中的NOx主要是溫度熱力型，即在燃燒過程中，空氣中的N2在高溫下被氧化成NO。

2 焦?fàn)t煙氣NOx控制技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)的煙氣NOx控制技術(shù)有SNCR（選擇性非催化還原）脫硝、SCR（選擇性催化還原）脫硝、液體吸收法、活性炭吸附法、電子束法等。其中SNCR、SCR、SNCR+SCR法脫硝廣泛用于燃煤鍋爐煙氣治理。因焦?fàn)t煙氣溫度窗口寬，成分復(fù)雜，NOx含量高，不同于燃煤煙氣，其NOx控制有以下幾種技術(shù)。

2.1 SCR脫硝技術(shù)

SCR脫硝技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣治理領(lǐng)域已取得了顯著成果，其原理是以氨（NH3）為還原劑，在催化劑的作用下將NOx還原為氮?dú)夂退?。主要反?yīng)如下：

催化劑是SCR脫硝的核心，常用的催化劑多以TiO2為載體，負(fù)載活性物質(zhì)V2O5、WO3、MoO3。其熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、活性都很好，在市場(chǎng)上廣受歡迎。但其溫度窗口為320℃～420℃，不能適用于焦?fàn)t煙氣180℃～300℃的溫度窗口。國(guó)內(nèi)焦化企業(yè)采用的SCR脫硝工藝有兩種方法。一種是通過焦?fàn)t煙氣再熱，使煙氣達(dá)到催化劑溫度窗口再進(jìn)行脫硝，如采用荒煤氣加熱器將入口煙氣溫度維持在320℃～330℃，取得了良好效果[6]。該工藝復(fù)制了燃煤鍋爐煙氣SCR技術(shù)，脫硝技術(shù)成熟，穩(wěn)定性強(qiáng)，但再熱器能耗較大，成本高。另一種是使用中低溫催化劑，其溫度窗口為180℃～340℃。如思博盈環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?、合肥晨晰環(huán)保工程有限公司承建的山東某公司150萬t搗固焦?fàn)t煙氣中低溫SCR脫硝工程，脫硝效率可達(dá)95%以上，出口NOx含量溫度在50mg/m3以下[7]。

2.2 活性焦脫硫脫硝一體技術(shù)

活性焦是一種多孔吸附材料，具有豐富的比表面積，表面含有多種官能團(tuán)，能對(duì)煙氣中的SO2及NOx進(jìn)行物理化學(xué)吸附。活性焦脫硫脫硝一體技術(shù)即通過活性焦在移動(dòng)床反應(yīng)器中吸附煙氣中的SO2及NOx，凈化煙氣從反應(yīng)器頂部出來后經(jīng)煙道排放，吸附后的活性焦從反應(yīng)器底部出來進(jìn)入解析裝置進(jìn)行解析，析出SO2等氣體后再送回反應(yīng)器循環(huán)使用。如煤炭科學(xué)研究總院與江蘇揚(yáng)州恒鑫環(huán)保科技有限公司研制的活性焦干法脫硫脫硝工藝，活性焦解析后產(chǎn)生的高濃度SO2氣體可生產(chǎn)硫酸、硫磺、亞硫酸銨、亞硫酸鈉等產(chǎn)品[8]。該工藝適用溫度低，無水耗、無二次污染，副產(chǎn)物易于回收；但該工藝的脫硫效率低，需不斷補(bǔ)充再生活性焦，且活性焦解析制酸工藝成本高，占地面積大，不易于推廣[9]。

2.3 有機(jī)催化法脫硫脫硝工藝

該工藝通過有機(jī)劑或臭氧等氧化劑與煙氣中的SO2和NOx反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨的混合物。山西某120萬t/a焦炭規(guī)模焦化廠焦?fàn)t煙氣的脫硫脫硝工程中，焦?fàn)t煙氣量約23萬m3/h，SO2含量約200mg/m3，NOx含量約450mg/m3，煙氣入口溫度160℃；通過加入臭氧，增大催化劑混合液的循環(huán)量，脫硝效率可達(dá)92.3%[10]。該工藝可在同一反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)SO2與NOx的去除，脫除效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單占地面積小，但產(chǎn)生的副產(chǎn)物易腐蝕設(shè)備，且臭氧制備成本高。

2.4 陶瓷催化濾管塵硫硝一體化技術(shù)

該技術(shù)運(yùn)用于淮北某220萬t焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝除塵項(xiàng)目，其核心部件是陶瓷催化濾管，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的脫硫脫硝除塵工藝流程實(shí)現(xiàn)“三合一”。經(jīng)過該系統(tǒng)煙氣可達(dá)到超低排放限值：顆粒物≤10mg/m3、SO2≤30mg/m3、NOx≤50mg/m3[11]。

3 結(jié)語

隨著人們對(duì)環(huán)境污染的關(guān)注度日益提高，焦化行業(yè)提標(biāo)改造要求日益迫切。脫硝作為焦化煙氣治理的關(guān)鍵，仍存在很多問題，如焦化行業(yè)的脫硝技術(shù)種類較多，缺乏相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，不利于推廣；進(jìn)口的中低溫催化劑價(jià)格昂貴，國(guó)產(chǎn)的中低溫催化劑性能有待時(shí)間檢驗(yàn)；因焦?fàn)t煙氣特性不同于鍋爐煙氣，其脫硝不宜照搬燃煤鍋爐煙氣治理技術(shù)，應(yīng)結(jié)合自身特點(diǎn)，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)。