脱硝技术


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凤凰平台国内焦化企业烟气脱硫脱硝技术现状分

日期:2020-05-05 05:28

  北极星大气网讯:摘要:本文对目前邦内要紧的脱硫、脱硝技巧的及其优弊端实行了比拟,并领会了焦化行业常睹的脱硫脱硝一体化工艺及其本钱情状,为邦内焦化企业遵循本身工艺特征,采用适宜的脱硫脱硝技巧与工艺供应了模仿。

  近年来,跟着氮氧化物、硫化物排放污染的日趋紧要,邦度环保部分对工业烟气排放的环保条件越来越高。邦度《炼焦化学工业污染物排放圭臬》划定:2015 年1月1日起,寻常区域现有企业和新筑企业奉行焦炉烟道气中的NOx ≤ 500mg/m3、SO2 ≤ 50mg/m3。重心担任区的钢铁等六大行业以及燃煤焦炉项目奉行大气污染物额外排放限值,即条件焦炉烟道废气中的NOx ≤ 150mg/m3、SO2 ≤30mg/m3。本文通过对邦内现有要紧脱硫脱硝工艺技巧道途及其优弊端实行领会,为闭联焦化企业采用适宜的脱硫脱硝工艺技巧与工业安装供应助助和模仿。

  目前,烟气脱硫(FGD)是邦内工业行业大范畴运用且功效较好的脱硫方式,其脱硫道理为:通过碱性吸取剂捕集烟气中含有的SO2 气体,吸取后反响转化为较太平的硫化合物或单质硫,通过呆滞分辨的体例从烟气编制中脱除,从而到达脱硫的方针。依照硫化物吸取剂及副产物的状态,脱硫技巧可分为湿法脱硫、干法脱硫和吸附催化氧化三大类。

  采用液体吸取剂洗涤烟气脱除SO2 的方式,称为湿法脱硫。遵循吸取剂的分歧,常睹的湿法脱硫技巧分为氨法、石灰/ 石灰石-石膏法、氧化镁法、柠檬酸钠法、海水脱硫法、磷铵肥法、双碱法等。湿法脱硫具有装备粗略、易操作、脱硫服从上等便宜,但其脱硫流程的反响温度低于露点,后续管道和装备腐化题目紧要。

  该技巧是运用二氧化硫SO2 与氨NH3 正在常温下反响,天生亚硫酸铵(NH4)2SO3,然后氧化天生硫酸铵(NH4)2SO4的道理,对烟气中的二氧化硫实行管束。

  吸取反响流程中,形成的酸式盐(NH4)HSO3 对二氧化硫SO2 不具备吸取本事,反响(3)为湿式氨法脱硫反响流程中线)反响爆发通入氨量较少的情状下;(2)反响爆发正在通入氨量较众的情状下。跟着吸取流程的实行,吸取液中的SO2 量增加,吸取本事降落,须要向吸取液中填充氨,使片面酸式盐(NH4)HSO3 更动为(NH4)2SO3,以维系吸取液的吸取本事。

  因而,湿式氨法脱硫技巧是运用(NH4)2SO3-(NH4)HSO3 溶液一直轮回转换的流程来吸取烟气中的SO2,吸取流程中填充的氨并不是要紧用来直接吸取SO2,而是使(NH4)2SO3 正在吸取液中维护肯定浓度比例,以维系吸取本事。

  湿式氨法脱硫具有如下优特征:(1)脱硫服从高,可能满意超低排放条件;(2)脱硫副产品硫酸铵(NH4)2SO4 假使到达纯度可行动氮肥发卖,无废水、废渣的排放;(3)脱硫服从跟着烟气含硫量扩大而扩大,即额外合用于高浓度SO2烟气处置;(4)脱硫服从高,反响速率速,运转阻力小;(5)反响机理粗略,技巧成熟,牢靠性高,对燃料改变的顺应性强;(6)脱硫吸取剂氨水,资源丰裕,易于采购,储运太平、便利。

  湿式氨法脱硫的弊端是:(1)烟气温度下降为60℃ ~70℃饱和温度,运用该烟气热量蒸发结晶反响所得硫酸铵溶液,不然就须要分外增设蒸发结晶安装,使投资及运转用度扩大;(2)工艺流程中水不服均,须要填充较大宗的蒸发水;(3)因为氨的挥发性,容易正在脱硫后的尾气中遁逸,与赢余二氧化硫及水蒸汽变成气溶胶(要紧为亚硫酸铵),不但变成氨的失掉,并且容易变成二次污染。

  石灰石—石膏法脱硫采用石灰石或石灰行动吸取浆液脱除烟气中SO2 的技巧。详细流程如下:石灰石磨细成粉末状后,与水夹杂制成的吸取浆;烟气中的SO2 正在吸取塔内与浆液中的CaCO3 以及送入的气氛实行氧化反响天生CaSO4·2H2O,从而被脱除出烟气编制。石灰石—石膏法是目前邦内和外洋运用最平常的一种烟气脱硫技巧。

  本方式便宜:(1)这种脱硫方式源自于电厂脱硫,技巧成熟;(2)原质料石灰石和石灰泉源平常,价钱低贱;(3)副产物石膏纯度高质地好,可能行动水泥缓凝剂或加工成筑材产物,有肯定的经济效益。

  本方式弊端:(1)投资用度太高、占地面积大,石灰石行动脱硫剂,不溶于水,需摆设磨浆编制,先将石灰石磨碎然后制浆;(2)石灰虽属于强碱,但微溶于水,电离度较低融化度低,导致类似液气比下脱硫服从较钠碱法低,为了抬高脱硫服从,轮回量是总共湿法脱硫中最大的,运转用度最高;(3)脱硫原料和天生物液不易溶于水,容易变成喷头、除雾器及管线的结垢窒碍。且因为固体颗粒的存正在对管线及泵的磨损较为紧要,倒霉于装备永远太平运转。(4)烟气温度下降很大,存正在能耗糜掷题目。

  氧化镁法与石灰法相同,属于中强碱,但不易电离,不易溶于水。液气比高,运转用度高。管道及泵的磨损较为紧要。易变成喷头及管道的结垢。富盐难于提取,易于天生大宗废液。

  寻常的干法烟气脱硫技巧,要紧搜罗轮回流化床反响器、固定床、电子射线辐射法等。干法烟气脱硫的特征是脱硫剂以干态脱硫剂喷入或者反响吸取,形成的副产物也为干态,基础无温降。

  本方式具有一次投资省、无需污水和废酸、装备腐化小的便宜,同时烟气正在净化流程中无彰彰温降,净化后烟温高、利于烟囱排气扩散,且有利于脱除焦炉烟气中其他杂质等。

  不外干法脱硫是固相脱硫剂与气相SO2 接触,脱硫服从相对湿法偏低,反响速率偏慢。

  干法/ 半干法脱硫凡是采用NaOH、Na2CO3 行动脱硫剂处置含SO2 的尾气.。常睹的半干法烟气脱硫技巧要紧搜罗轮回悬浮式半干法、喷雾干燥法等。本方式便宜是无污水和废酸排出、装备腐化小,烟气净化后烟温高、利于烟囱排气扩散;采用钠基行动碱源相对反响活性较高;有利于脱除焦炉烟气中其他杂质。弊端是脱硫产品为Na2SO3、Na2SO4 和其他杂质的夹杂物固废物;脱硫服从相对湿法较低,反响速率较慢,且正在脱硫安装后需扩大除尘安装。

  守旧的炭法烟气脱硫技巧,通过运用活性炭孔隙的吸附效力,吸附富集烟气中的SO2 ;饱和后通过加热解析出高浓度SO2 气体,实行活性炭再生;解析出的高浓度SO2 气体用于制备硫酸或进一步坐褥液态SO2。反响道理为如下:

  新型催化法烟气脱硫技巧通过正在载体上负载活性催化因素制备成催化剂,采用新型低温催化剂,正在80℃ ~200℃的烟气排放温度前提下,将烟气中的SO2、H2O、O2 采取性吸附正在催化剂的微孔中,通度日性组分催化效力反响天生H2SO4,实行二氧化硫脱除同时接管硫资源,无二次污染。催化剂正在脱硫流程中不破费,不需陆续增加脱硫剂。

  新型催化法烟气脱硫技巧与守旧炭法比拟,催化法脱硫能耗少;变废为宝,将烟气中废物二氧化硫转化为稀硫酸。不外,此方式催化剂一次投资较大;制备稀硫酸,回用硫胺工段涉及水准衡题目;脱硫功效太平性较差;反响温度须要较为苛刻,安装后温度较低,凤凰平台倒霉于烟囱热备。

  通过比拟工艺计划活跃性、工艺技巧的优秀性和牢靠性、要紧技巧经济目标、节能、环保、太平等方面,对种种脱硫工艺计划实行比较,睹外1。

  基于上述几种要紧脱硫工艺技巧的领会比拟,为满意低温脱硝适宜温度和低硫条件、到达较高的脱硫服从、确保烟囱永远处于热备状况等身分思考,干法或半干法脱硫较为适合焦炉烟气脱硫。

  NOx 的变成是因为氮与氧正在分外高的温度时连合,正在经常的燃烧温度下,煤燃烧天生的NOx 中,NO 占90% 以上,NO2 占5% ~ 10%,而N2O 只占1% 安排。正在大气污染管束范围里,NOx 要紧指的是NO 和NO2。

  相闭NOx 的担任方式可能从燃料的人命周期的三个阶段入手,即燃烧前、燃烧中和燃烧后。邦际上把燃烧中NOx的总共担任程序统称为一次程序,要紧是低NOx 燃烧技巧;把燃烧后的NOx 担任程序称为二次程序,又称为烟气脱硝技巧,此中搜罗采取性非催化还原技巧(简称SNCR)、采取性催化还原技巧(简称SCR)、低氮燃烧改制、固体吸附法、电子束映照法、吸附法等。

  通过担任焦炉加热来改换燃烧前提来担任NOx 天生,到达下降NOx 浓度的标的。通过优化焦炉加热,可能抬高焦炉温度匀称性妥当下降焦炉圭臬温度、优化燃烧气氛系数、下降废气高温区,从而将烟气氮氧化物含量担任到500mg/m3。

  NH3-SCR 法烟气脱硝反响道理是:4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O。SCR 脱硝道理如图1 所示,是运用NH3 和催化剂(铁、钒、铬、钴或钼等碱金属)正在温度为300℃ ~400℃(中温)或180℃ ~300℃(低温)时将NOx 还原为N2。NH3 具有采取性,只与NOx 爆发反响,基础上不与O2 反响,以是称为采取性催化还原脱硝法。

  正在没有催化剂的情状下,上述化学反响只是正在很窄的温度周围内(850℃ ~1100℃)实行。SCR 技巧采用催化剂,催化效力使反响活化能下降,正在电厂中,反响可正在较低的温度前提(300℃ ~400℃)下实行,相当于汽锅省煤器与气氛预热器之间的烟气温度。SCR 脱硝服从凡是为60%~90%。正在焦化厂中,因为烟气自身温度很低(200℃ ~300℃),需采用低温脱硝催化剂使脱硝反响正在此温度时候实行。

  NH3-SNCR 法是正在没有催化剂存正在的前提下,运用还原剂将烟气中的NOX 还原为无害的氮气和水的一种脱硝方式,该方式最初把含有NH2 的还原剂喷入炉膛中800℃ ~1000℃的区域,还原剂疾速热理解成NH3 并与烟气中的NOX 实行还原反响天生N2 和水,要紧的化学反响为:4NH3+4NO+O2 → 4N2+6H2O ;2CO(NH2)2+4NO+O2 → 4N2+2CO2+4H2O,因为反响温度局限,不对用于焦炉烟气脱硝。

  本技巧道理为是运用臭氧将烟气中含量较大的NO 片面氧化天生NO2,使NO 和NO2 两者比例亲昵1∶1,然后正在脱硝塔中NO2、NO 与尿素溶液爆发还原反响,天生可排放的N2、CO2 和H2O。反响道理为

  此工艺技巧计划便宜是:烟气脱硝流程中不运用催化剂,因而无催化剂的投资及运用流程中的调动本钱;此工艺技巧计划弊端是:该计划素质是属于湿法脱硝技巧,操作温度低,须要正在50℃ ~70℃下太平操作,不行满意焦炉烟囱的热备。

  氧化法脱硝,其道理是运用强制氧化,天生强氧化性OH基、O 原子,这些强氧化基团氧化烟气中的二氧化硫和NOx、天生硫酸和硝酸,再参预氨气,则天生硫硝铵复合盐。目前,该技巧还不行熟,有待进一步开荒。

  常用的吸附剂有分子筛、活性炭、自然沸石、硅胶及泥煤等,此中有些吸附剂如硅胶、分子筛、活性炭等,兼有催化的机能,能将废气中的NO 催化氧化成NO2,然后用水或碱吸取而得以接管。吸附法脱硝服从较高,能到达70% ~ 80%,然则因单元体积吸附剂的NOx 吸附量小,吸附剂用量众,装备广大,装备成熟度不高,再生经常、投资运转用度激昂等来因,工业运用不服常。

  正在上述脱硝方式中,采取性催化还原技巧(SCR)因为脱硝服从最高、最为成熟,因而宇宙上大大都邦度如美邦、日本、欧洲各邦等均采用SCR技巧行动汽锅烟气脱硝的首选技巧,日益成为当今脱硝技巧的主流。其余,优化加热技巧可能从源流有用下降氮氧化物的形成,契合经济运转前提,须要着重思考。

  焦炉烟气比拟电厂、垃圾处置厂等工场企业,具有焦炉烟气温度相对较低(凡是正在200℃ ~300℃)、焦炉烟气因素纷乱(除含有H2O、CO2、N2、O2、SO2、NOX、粉尘颗粒物等组额外,还含有肯定浓度的H2S、NH3、CH4、H2、CO、苯系物、焦油、逛离碳等组分、含硫不高(200mg/Nm3~500mg/Nm3)等特征,同时,焦炉原烟囱务必永远处于热备状况,变成烟囱吸力,以确保焦炉燃烧编制气氛、废气的贯通。目前,邦内已有的焦炉烟气脱硫脱硝一体化技巧要紧有以下几种。

  3.1 升温+SCR 脱硝+(余热接管+)湿法脱硫+ 湿式电除尘+ 加热气氛热备

  图2 为升温+SCR 脱硝+(余热接管+)湿法脱硫+ 湿式电除尘+ 加热气氛热备。此类技巧的便宜是技巧成熟,脱硫脱硝工程制价低。弊端假如能耗高、副产品代价低、有二次污染。变成能耗高的来因是烟气自身的热能正在湿法脱硫流程中被大宗糜掷,进烟囱前还需加热回来,以是能耗很高。脱硝选用中温SCR 技巧,固然一次性投资较低,然则因为是正在合用周围的下限运转,假使NOx 自身较高,又须要按额外排放限值担任,脱硝服从很难到达。而湿法脱硫的脱硫产品不妨变成二次污染,脱硫后烟气排放也有变成白烟污染的危急。此类技巧是目前运用较众的技巧之一,因为技巧成熟,用户运用起来操态度险较低。此类技巧固然一次性投资较低,但归纳运转本钱偏高,永远运转对企业本钱担任相称倒霉。

  此中仅烟气加热和加热气氛热备的能源破费本钱就相称激昂,以本项目为例,先升温的温差约80℃,加热气氛(所需宇量凡是不少于5~6 万标方)用来热备烟囱温差约160℃,仅加热升温一项吨焦运转本钱估计扩大6 元~10 元。固然脱硝后可能实行一片面余热接管,但总体依旧有温差的,并且换热失掉也会让温差的数据进一步加大。归纳起来思考,估计此类技巧的投资本钱不低于吨焦30 元,运转本钱吨焦12元~15 元,且假使不实行余热运用会更高。其余,采用加热气氛的体例采用烟囱热备,一朝浮现停电的格外情状,短功夫(15s)内实行烟气的切换不保障。

  图3 为SCR 脱硝+ 半干法脱硫+ 布袋除尘(+ 升温热备)。比拟第一种计划,半干法脱硫技巧对烟气自身的热能糜掷要少了很众,可能基础满意烟囱热备条件。然则须要新增高温除尘装备,以满意颗粒物的排放条件。同理,先脱硝的工艺存正在催化剂中毒的题目。

  此类技巧的一次性投资要高于第一类技巧,但归纳运转本钱会比第一类技巧有较大降幅。归纳评估,估计投资本钱吨焦> 35 元,运转本钱吨焦 10 元~12 元。

  图4 为榜样半干法脱硫+ 布袋除尘+ 升温+ 低温SCR 脱硝。这是目前较为优秀的技巧之一,相对来说对烟气中的能源运用最高,最终排放温度也很高,满意烟囱热备的条件。归纳预估投资本钱吨焦 35 元~50 元,运转本钱吨焦10 元~12元。

  图5 为湿法脱硫脱硝技巧。和第一种计划相似,最大的题目是烟气中热量的糜掷紧要,脱硫脱硝都有副产品须要处置,有白烟污染危急,且无法满意烟囱热备的条件,归纳运转本钱仍较高。归纳预估投资本钱吨焦> 20 元,投资本钱吨焦15 元~20 元。

  图6 为干法脱硫脱硝一体化技巧。以活性炭(焦)技巧为代外的干法脱硫脱硝一体化技巧该当是对烟气中的热能运用最众的技巧,因而归纳运转本钱不妨是最低的。

  此类技巧既不会糜掷烟气中的热能,也不会浮现颗粒物扩大的危急,还能满意烟囱热备的条件。但活性焦技巧一次性投资较高,脱硫时再生所需能耗也较高,脱硝的服从有限,有些条件高的项目不肯定能达标(比如本项目)。其余脱硫形成的高浓度SO2 气体也须要有适应的渠道处置。预估活性焦技巧归纳投资本钱吨焦> 35 元,运转本钱吨焦12 元~15 元。

  通过上述邦内烟气脱硫、脱硝技巧以及焦炉烟气脱硫脱硝一体化技巧的比较领会可能看出,焦炉烟气处置的难点正在于脱硝,脱硝的难点正在温度和硫扰乱,以是脱硝之前需确保先脱硫以及脱硝温度。同时,因为焦炉原烟囱务必永远处于热备状况,变成烟囱吸力,以确保焦炉燃烧编制气氛、废气的贯通,所认为确保焦炉坐褥太平,焦炉烟气始末脱硫、脱硝之后务必回到焦炉原烟囱,再排放至大气,使焦炉烟囱永远处于热备状况。因而,焦化企业正在采用焦炉烟气脱硫脱硝技巧计划时,要按照企业焦炉烟道废气本身特征,既要思考只身脱硫、脱硝、脱硫脱硝一体的烟气净化功效,还需统筹工艺自身存正在的温度、反响扰乱等永远运转的太平性,最终还需兼顾分歧计划的经济运转本钱。同时,要器重本原管束,通过技巧权谋或工艺优化从本原下降二氧化硫及氮氧化物的排放,云云会有用地下降脱硫脱硝工艺运转本钱。

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