焦炉烟气脱硫脱硝技术的进展与展望

窦丽虹(镇江华东安全科学研究院有限责任公司，江苏 镇江 212000)

0 引言

目前，国家对于焦炉烟囱污染物排放提出新的挑战与任务，其中SO2≤50 mg/m3，NOx≤500 mg/m3，对于特殊地区排放标准为SO2≤30 mg/m3，NOx≤150 mg/m3。虽然电厂脱硫脱硝技术已趋于成熟化，但因焦炉烟气具备特殊性，不能将电厂脱硫脱硝技术全方位予以应用，焦炉烟气随着煤质改变，其中SO2及NOx浓度变化差异较大，且变化范围较广，同时焦炉不断实施换向操作，其中烟气所含成分波动较大。此外，焦炉自身还存在窜漏现象，加之烟气中含有硫化氢、一氧化碳等各类污染物，更加剧对环境污染程度。基于此，采用合适的脱硫脱硝技术尤为重要，为人们健康及生态环境发展保驾护航。

1 焦化厂焦炉烟气的特点分析

在化工产业的迅猛发展过程中，焦化生产在焦化厂的运行过程中尤为繁琐、复杂，需要涉及到的程序较多。在焦化厂备煤车间内储存洗精煤，并将其在生产操作中，从封闭的通廊经过煤塔的漏嘴装入到运输车，以此来为洗精煤的运送安全提供保障。将洗精煤利用运输车运输到炭化室后，主要进行干馏，设置温度在960～1 040℃为最佳，使其产生焦炭。由于会有大量的烟气在焦炉燃烧过程中产生，所以需要设置好排烟通道，这样烟气就可以从烟囱排放到外面的空气中。焦炉作业期间需要十分特殊的工艺，过程也十分复杂。通过进一步分析烟气的成分得知，烟气中含有氮氧化物、粉尘以及SO2，其中占比最高的就是氮氧化物[1]。作为一种常见的硫氧化物SO2，会直接危害空气环境，特别是将水与SO2融合后，会出现化学反应产生亚硫酸，基于PM2.5的影响下，亚硫酸会形成氧化成硫酸，对环境的影响十分巨大，最终造成酸雨的形成。氮氧化物除了包含NO2化全物外，其他氮氧化物的特性十分不稳定。所以，在工业生产时形成的烟气大多都是混合气体，包含的化合物种类较多，具有一定毒性，属于一种常见的硝气。所以，必须采取针对性措施处理烟气中的硝成分与硫成分，从而更好的保护生态环境，使焦炉烟气达到排放标准。

2 焦化行业SO2及NOx排放现状

煤炭焦化作为工业领域用煤核心污染源，而焦炉烟气在焦化企业中，占据关键污染源位置，其中约60%的SO2来源于此，而NOx高达90%。焦炉烟气中SO2浓度高低影响因素较多，如燃料种类、燃料氧浓度、焦炉窜漏状况等，而NOx浓度由燃烧温度、空气过剩系数等因素决定[2]。若以焦炉煤气为核心燃烧技术，其烟气中SO2排放浓度高达160 mg/m3，NOx排放浓度为600～900 mg/m3；若以低热值煤气为燃烧工艺，其中SO2及NOx排放浓度分别为40～150 mg/m3、300～600 mg/m3。由此可见，上述两种不同燃料，若不给予相应治理，其烟气中SO2与NOx浓度均不达标，所以采取相应脱硫脱硝技术显得尤为重要。

3 焦炉烟气脱硫脱硝技术

3.1 低温SCR脱硝

与火电厂相比较，焦炉烟气具有温度较低特征，以此特点为依据，开发低温SCR技术。该技术应用，可将烟气中硝含量予以去除，通常脱销率高达70%以上。该技术主要原理为，在特定温度的烟气中，注入相应尿素等还原剂，之后含有还原剂的烟气在反应器中发生化学反应，产物为氨气和水，从而实现脱硝目标[3]。此技术在目前脱硫脱硝工艺中应用较为成熟，且脱硝速率可达到可控化，操作简单、安全可靠，不会对环境产生二次污染。在其整个技术实施进程中，催化剂为核心部分，能有效减少对催化剂的依赖性，成为人们当前最大困扰，因其催化剂极易产生中毒现象，所以去除催化剂的同时，确保其脱硫脱硝达到预期效果，为目前人们主研究方向。

3.2 半干法SDA脱硫+低温SCR脱硝技术

该技术主要原理是指，将烟气SO2融入水中，并在一定条件下生成亚硫酸，而硫酸与融入水中的氨产生化学反应，生成硫酸铵，以此达到去除SO2目的。此工艺中显著特点有四点：第一，该技术化学应速率较快，吸收剂利用率实现最大化，最终脱硫效率高；第二，其中将焦化中氨水予以利用，将废气充分利用，降低投入成本。第三，因焦炉烟囱排出口部位温度较高，先实现脱硝且效率高，后期无需对烟气实施升温操作。第四，烟气在高于露点进行脱硝，对反应整体装置腐蚀较小。但是该技术应用也存在部分不足，譬如湿法脱硫其中存在一定腐蚀，同时氨法脱硫以及使氨气窜漏，产生气溶胶等现象，此外废气中通常含有SO2，脱硝催化剂极易中毒，造成催化剂使用寿命降低。最后，脱硝催化剂通常最容易出现堵塞现象，影响催化剂自身效果[4]。

3.3 液态催化氧化法脱硫脱硝技术

液态催化氧化法，主要是指给予氧化剂相应的催化剂，在其催化剂作用下，将烟气中所含SO2及NOx予以氧化，生成硫酸及硝酸，之后加入特定碱性物质，使其发生化学反应，产生硫酸铵及硝酸铵，达到脱硫脱硝目的，该方法去除SO2及NOx效率极高[5]。此技术在特定装置中，将硫、氨等有效去除，实现两者自身应用价值，同时其技术操作简单、占地面积小，不会产生工艺废水。该技术应用仍有不足之处，主要表现为：NOx经催化剂作用下被氧化，生成硝酸、亚硝酸，对装置会产生腐蚀；此外，硫酸铵产物中混有部分硝酸铵。

3.4 石灰石—石膏法脱硫

首先，电厂脱硫就是该方法的主要技术来源，在时代的快速发展下，技术也愈加成熟；其次，石灰与石灰石等材料在脱硫法技术的应用过程中具有较为广泛的来源，不但带来的经济效益高且价格成本低；最后，形成优秀的副产品石膏，不但能够再次利用，还具有较高质量、纯度，可以当成水泥缓凝剂，以此来切实提升经济效益。但是仍有一些缺陷存在于该方法中，加工时需要较大的占地面积，设备投资费用也偏高。但是因为石灰石不溶于水，所以，在实际使用脱硫脱硝工艺时，应配置磨浆系统，通过磨碎石灰石再融入到水中进行制浆。

3.5 活性焦脱硫脱硝一体化技术

该技术主要原理为：在进行脱硫进程中，烟气中SO2在催化剂催化作用下，与氧气和水充分发生化学反应，产物为H2SO4，并将其留存于活性焦孔中；脱硝进程中，按照NOx含量配比相同比例的NH3，经活性焦催化下，发生还原反应，将烟气中NOx还原为N2和H2O。其中活性焦床层作为良好的过滤层，在碰撞后惯性作用下，将烟气中所含颗粒予以收集，完成净化操作。该技术主要特征有：活性焦具有良好过滤作用，其化学结构稳定性较高，耐磨、抗压能力强、损耗少；在脱硫脱硝进程中，只需选用一套装置即可，降低投入成本；技术适应能力较强，对水消耗量极少，应用范围广泛，且可循环使用[6]。但是该技术存在部分不足，首先该装置脱硫效率较低，同时在其装置中需不断添加活性焦予以实施吸附；其次活性焦在进行解吸时，需配置相匹配的解吸酸气制酸装置，同时需在制酸之前对其予以进行净化操作，制酸整个过程较长，且占地面积大，制酸自身设备极易被腐蚀，所以对于后期需投入相应维护成本；此外，其在脱硫脱硝进程中，极易使热量集于一身，致使活性炭被烧毁，引发安全事故；最后，最为重要其技术脱硫速率较慢、容量较低，扼制其被工业广泛应用。

4 焦炉氧气脱硫技术发展方向及展望

在焦炉氧气脱硫技术方面，展望实现新的发展：首先，因为入炉煤自身质量对焦化产品、能源消耗、污染物排放等影响较大，所以对入炉煤质量应予以把控，进一步还需对其加热系统予以控制，温度的变化主要对NOx排放总量有较大影响；其次，根据焦炉烟气自身实际情况，加大催化剂的研发，形成高效脱销催化剂，同时在脱硫脱硝之前，需特别注意对烟气进行提前处理，以此不仅提升脱硫脱硝效率，而且能提高催化剂使用寿命；此外，相关人员应研发新型脱硫脱硝技术，使其在进行治理时候，不再产生二次污染物，还能将焦炉废气中的NOx和SO2等污染成分予以有效回收，从本质上实现资源循环利用；最后，在其治理进程汇总，氨窜漏给人们提出较大困扰，人们需对其加强重视程度，应在其治理终端时候采取相应措施对其予以控制，将二次产生污染物含量最大限度降低，在其湿法脱硫终端，需采取相应措施，防止出现气溶胶及气拖尾现象。

5 结语

综上所述，我国快速的经济发展环境下，导致了我国环境污染出现了诸多的问题，工业生产若想在最大限度内减少对生态环境的污染，得到健康稳定发展，必须对其治理技术予以高效应用，其中烟气中含有的SO2、NOx等污染物给大气造成严重污染，为必须将此类污染物予以净化。电力和煤化学生产部门加快打造环保型企业，引入新型脱硫脱硝技术，从而全面提高环境污染的治理水平，进一步推动我国工业向现代能源服务和应用领域的转型发展，有利于支撑我国绿色城镇与美丽乡村建设，落实“绿水青山就是金山银山”理念。