郭 毅

(山西焦化設(shè)計研究院(有限公司)，山西 臨汾 041606)

煤氣化的過程就是化學(xué)加工的過程。但是，在這一加工過程中，會產(chǎn)生硫化物和硝化物，它們會給環(huán)境帶來不利影響，不利于環(huán)境的保護(hù)。山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠作為煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)。本文結(jié)合的實際情況，介紹焦化廠脫硫脫硝技術(shù)的基本情況，并對具體的脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行分析，旨在提升焦化廠的生產(chǎn)安全系數(shù)，積極推動焦化廠環(huán)境治理的健康發(fā)展。

1 脫硫脫硝工藝流程

1.1 脫硫脫硝工藝

山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠屬于高污染煉焦行業(yè)。目前，該焦化廠2#與3#焦化爐煙氣脫硫脫硝項目已經(jīng)投入使用，也對該焦化廠脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的評價，評價效果是脫硫脫硝的效果很好。山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠2#、3#焦?fàn)t屬于JN60-6型。其中，1#焦?fàn)t為1×50孔，2#焦?fàn)t為1×65孔，年設(shè)計焦炭生產(chǎn)能力為120萬t。表1為該企業(yè)的相關(guān)指標(biāo)情況。

表1 設(shè)計指標(biāo)情況

以山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠為例，分析該廠具體的情況，再對焦?fàn)t的脫硫脫硝工藝流程進(jìn)行闡述。該廠實際的脫硝工藝流程為：“新型催化干法脫硫+高效布袋除塵器+低溫SCR脫硝+引風(fēng)機(jī)+煙囪排放”。同時，使用兩爐一套脫硫脫硝的裝置。具體的工作流程為：從焦?fàn)t地下煙道來的煙氣，先進(jìn)入脫硫裝置；脫硫后的煙氣進(jìn)入高效布袋除塵器，由煙氣加熱裝置對其進(jìn)行加熱，調(diào)整煙氣溫度；然后進(jìn)入低溫脫硝反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中加入氨氣，并在反應(yīng)器中設(shè)置3格催化劑，二格正常使用，一格備用；同時，脫硝后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入廢熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽并降溫，隨后由引風(fēng)機(jī)送入到煙囪內(nèi)部；最終將煙氣進(jìn)行排放。為確保煙氣的脫硫脫硝能夠滿足環(huán)保要求，脫硫和脫銷反應(yīng)器設(shè)計均有調(diào)整余量[1]。

1.2 焦?fàn)t煙氣的特點

山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠焦?fàn)t煙氣主要含有SO2、焦?fàn)t粉塵和氮氧化物，而且氮氧化物所占的比例相對較高。其中，SO2是一種常見的硫氧化物，不僅對大氣造成嚴(yán)重的污染，同時還能與水相溶，并與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成亞硫酸，而亞硫酸在PM2.5的基礎(chǔ)上會進(jìn)一步氧化，從而生成硫酸。硫酸進(jìn)一步造成酸雨的產(chǎn)生，會給環(huán)境穩(wěn)定帶來影響。氮氧化物所包含的化合物就相對較多，除了NO2以外，其他的氮氧化物都非常不穩(wěn)定。所以，山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠焦?fàn)t產(chǎn)生的煙氣是含有多種化合物的混合物，也就是常見的硝氣，同時，還具有一定的毒性。因此，需要采取有效的脫硫脫硝工作，促使氮氧化物和硫化物的含量可以被有效控制，并達(dá)到國家安全排放標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2 脫硫脫硝技術(shù)

2.1 干法脫硫技術(shù)

干法脫硫技術(shù)，主要是以堿性吸收物質(zhì)為基礎(chǔ)。實際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場的基本情況，對煙氣道中的硫進(jìn)行研究，使得煙氣穿透充滿混合固態(tài)的堿性吸收物質(zhì)，并且通過全面接觸的方式，實現(xiàn)脫除SO2。半干法脫硫技術(shù)與干法脫硫系統(tǒng)的組成是基本相同的，半干法脫硫過程中，也需要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行，但在半干法脫硫技術(shù)中，要適當(dāng)?shù)奶砑铀郑瑥亩l(fā)揮該項技術(shù)的可靠性和功能性。另外，由于兩種脫硫的方法都在干燥的環(huán)境中進(jìn)行，所以在實際脫硫過程中，不需要擔(dān)心生成二次污染物，從而避免二次污染對環(huán)境的影響[3]。

2.2 濕法脫硝技術(shù)

在實際的應(yīng)用中，由于該技術(shù)本身的成熟度相對較高，所以在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以對技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，使得該技術(shù)能夠達(dá)到預(yù)期的效果。該項技術(shù)在很多焦化企業(yè)得到應(yīng)用。該廠設(shè)計的脫硝技術(shù)，也采用低溫脫硝技術(shù)，從而能夠滿足實際的工作需求。

除此之外，為了提高系統(tǒng)的可靠性，且為了避免二次污染，就需要做好檢測過程的質(zhì)量控制，并及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，從而保證硫化物合理的分離處理，確保煙氣符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。另外，該項技術(shù)在實際的使用中，具有較好的利用價值。由于該項技術(shù)的成本相對較低，且該項技術(shù)處理得當(dāng)，不會產(chǎn)生二次污染，使得被處理后的煙道中的煙氣都能保持較好的效果[4]。

2.3 脫硫脫硝一體化技術(shù)

通過采用脫硫脫硝一體化技術(shù)后，能夠全面提升脫硫脫硝效果，因此，能夠進(jìn)一步提升脫硫脫硝水平，實現(xiàn)對煙氣的污染控制,確保煙氣按照標(biāo)準(zhǔn)排放。

煙氣脫硫選擇脫硫脫硝一體化技術(shù)，可有效減少裝置數(shù)量，投資額也相對較低，并且能夠減少廢水排放，避免廢物的產(chǎn)生。焦?fàn)t煙道氣的溫度相對較低，同時由于SO2和NOx都呈現(xiàn)周期性的變化和焦化廠可再生建設(shè)空間小的特點，脫硫脫硝一體化技術(shù)備受場地較小的焦化廠的喜愛。該項技術(shù)不僅能夠完成脫硫脫硝工藝，還可以同時對SO2和NOx等物質(zhì)進(jìn)行處理，使得煙道氣能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。同時，該項技術(shù)還有較好的應(yīng)用前景?，F(xiàn)結(jié)合本工程的基本情況，對可選擇的一體化脫硫脫硝的技術(shù)進(jìn)行簡單分析。

1)實際的脫硫脫硝工藝中，部分企業(yè)選擇先脫硝后脫硫的方式。當(dāng)焦?fàn)t單獨使用煤氣時，入口煙氣中SO2的質(zhì)量濃度可以達(dá)到 800 mg/m3，而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，要求SO2的濃度不應(yīng)高于 50 mg/m3，所以需要對其進(jìn)行處理。先使用低溫催化劑，使脫硝催化劑中毒、失活，才能最終完成脫硫后的處理工藝。除此之外，脫硫脫硝一體化技術(shù)的實際應(yīng)用中，應(yīng)注意污染物控制技術(shù)方法的分析，選擇安全性好、技術(shù)成熟度高和投資性價比合理和現(xiàn)場布置簡單的技術(shù)類型。

2)焦?fàn)tSO2、煉焦粉塵顆粒物質(zhì)控制技術(shù)。該項技術(shù)也可以分為濕法、半干法和干法技術(shù)，所以需要注意二者之間的關(guān)系。該項技術(shù)要求煙氣溫度大于等于 130 ℃。合理運(yùn)用該項技術(shù)，能夠使脫硫率達(dá)到96.25%。如果選擇濕法工藝，完成之后，溫度≤55 ℃。由此可見，該項技術(shù)具有凈煙氣溫度≤55 ℃ 的特點。如果將煙氣升溫至 130 ℃，對整個系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)的成本相對較大，所以從工程的實際情況看，濕法脫硫技術(shù)對焦化行業(yè)并不適用。另外，半干法脫硫工藝，可以結(jié)合實際需求，在實際工藝流程中，運(yùn)用旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫布袋除塵的方式，從而有效地實現(xiàn)了對硫化物的脫除，確保了工藝的可靠性，滿足實際的使用需求。

3)焦?fàn)tNOx控制技術(shù)。結(jié)合實際情況發(fā)現(xiàn)，NOx的控制技術(shù)主要是對燃燒后煙氣的控制，從而保證脫硫脫硝的效果。通常采用催化還原法(SCR)、吸收法和固體吸附法。山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠選用SCR法脫銷，煙氣溫度范圍控制在≥180 ℃，能夠有效實現(xiàn)脫硝。

2.4 SCR脫硝技術(shù)

該項技術(shù)主要是對氮氧化物進(jìn)行治理，實現(xiàn)對環(huán)境的保護(hù)。實際的技術(shù)應(yīng)用中，要注意催化劑的選擇。在120～250 ℃ 的范圍內(nèi)，需要使催化能降低到SCR的反應(yīng)溫度，還要確保催化劑本身具有較好的活性，從而能在脫硝的過程中實現(xiàn)對硝的處理。通過在實驗室進(jìn)行中試試驗，對中試裝置進(jìn)行選擇。圖1為低溫SCR脫硝中試流程圖。

圖1 低溫SCR脫硝中試流程圖

中試可以選擇國內(nèi)知名度較高的催化劑，并且進(jìn)行全過程分析檢測，同時，催化層需要設(shè)置相應(yīng)的溫度探頭。

按照上述流程及設(shè)備情況，可以實現(xiàn)SCR脫硝工藝，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對氮氧化物的處理。

根據(jù)脫硝反應(yīng)機(jī)理，可以得到：

(1)

(2)

反應(yīng)方程式(1)、(2)，即為SCR的主要反應(yīng)原理，煙氣中幾乎95%的NOx是以NO的形式存在，所以基本實現(xiàn)了對煙氣的處理。

3 運(yùn)行后實際分析

結(jié)合山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠的實際情況，本工程選擇了“新型催化干法脫硫+高效布袋除塵器+低溫SCR脫硝+引風(fēng)機(jī)+煙囪排放”技術(shù)，經(jīng)過實際運(yùn)營后，對脫硫脫硝的處理效果非常滿意，有效避免了該廠焦?fàn)t運(yùn)行所產(chǎn)生的煙氣對環(huán)境的影響。

SCR脫硝反應(yīng)的基本原理，按照反應(yīng)式(1)、(2)進(jìn)行。本工程實際應(yīng)用中，得到了如下的特點：

1)脫硝效率良好，可以達(dá)到90%以上；

2)對焦?fàn)t負(fù)荷變化的適應(yīng)能力較好，能適應(yīng)各種變化情況；

3)SO2/SO3對脫銷催化劑的影響相對較低，同時達(dá)到NH3的逃逸率相對較低；

4)催化劑的溫度范圍相對較寬，同時還具有較好的活性，不易失活，同時，還具有較長的服務(wù)壽命；

5)SCR脫硝的氣流具有均勻分布的特點，同時，還存在阻力小，系統(tǒng)本身占地面積小的特點。

6)技術(shù)本身具有較好的可靠性，同時還具有很高的安全性，并且安裝過程中，具有較好的便捷性和實用性。

4 結(jié)語

本文對山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠的脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)合該廠的情況，對濕法、半干法、干法工藝進(jìn)行了闡述，最后對SCR脫硝技術(shù)進(jìn)行闡述，并對本工程中，該項技術(shù)的實際運(yùn)用情況，進(jìn)行了介紹。該項目不僅推動了山西焦化集團(tuán)有限公司焦化廠脫硫脫硝水平，還推動該廠的環(huán)境保護(hù)能力。