简述煤焦油深加工工业中废气脱硫脱硝一体化工艺进展

  • 2019-01-25
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煤焦油深加工是指用热法提取煤焦油中的高附加值组分,其组分作为化工原料广泛用于医药、农药、材料、染料等生产和制备,其工业废气中的硫氮氧化物,主要出现在配套的导热油炉和管式加热炉等热炉加热环节。

  摘要:煤焦油深加工是指用热法提取煤焦油中的高附加值组分,其组分作为化工原料广泛用于医药、农药、材料、染料等生产和制备,其工业废气中的硫氮氧化物,主要出现在配套的导热油炉和管式加热炉等热炉加热环节。本文简单介绍了各地出台的硫氮氧化物废气排放标准,分析了目前脱硫和脱硝技术的优势和不足,以及说明了脱硫脱硝一体化组合情况。

  随着我国经济的高速发展,能源消耗的逐年增加,大气中硫氮氧化物的排放量也迅速增长,引发的环境问题对人体健康和环境生态构成巨大威胁,国内工业集中的地区纷纷制定标准进行管控,企业端对先进的废气脱硫脱硝技术需求也愈加强烈。

  地方出台的废气排放标准中河北最为宽松

  随着城市化进程的加快,人们对居住环境、生活环境的要求越来越高,国内部分地区由于重工业的集中布局,对当地环保提出了严峻的考验。其中,在废气污染物处理方面,仅采用1997年1月1日实施的《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996),已满足不了局部地区的需求,北京、上海、天津、河南等地陆续出台了《工业炉窑大气污染物综合排放标准》,对废气中SO2和氮氧化物的排放提出了更高的要求。主要省市适合煤焦油深加工工业的气体排放标准见表1,排放限值最低的地区为北京市,SO2和氮氧化物限值分别为20、150 mg/m³;最高为河北省,分别为 400和400 mg/m³。

  表1 各地煤焦油加工行业炉窑SO2和氮氧化物排放标准

  

  (数据来源:金智创新研究中心整理)

  湿法和新型炭基催化脱硫工艺的脱硫效率更高

  烟气脱硫技术比较成熟,主要技术有湿法脱硫、半干法脱硫及干法脱硫技术。其中,较为主流的工艺主要有:以碳酸钠为吸收剂的半干法脱硫、氨法等湿法脱硫、NaHCO3、活性炭和新型炭基催化干法脱硫。

  干法脱硫中的新型催化法是唯一需要用到催化剂的烟气脱硫法,该方法已被广泛应用于硫酸行业和冶炼行业,目前在煤焦油深加工行业也开始有了一些应用,脱硫效果可达95%以上。

  表2 常见烟气脱硫技术特性

  

  (数据来源:金智创新研究中心整理)

  SCR脱硝是炉窑烟气脱硝的主流技术

  烟气脱硝法分为选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)和吸附法等干法和尿素法等湿法,其中选择性催化还原法(SCR)反应温度适中(中温300~400℃、低温180~300 ℃)、脱硝效率高、投资较小,大多数国家如美国、日本、欧洲各国等均采用其作为炉窑烟气脱硝的首选技术,日益成为当今脱硝技术的主流,目前已广泛的应用于煤焦油深加工的废气脱硝工艺中。

  表3 常见烟气脱硫技术特性及催化剂  

  

  (数据来源:金智创新研究中心整理)

  四类一体化工艺满足不同企业的需要

  烟气脱硫脱硝一体化工艺是在一个完整的系统内实现同时脱硫和脱硝的技术,相较分步工艺具有装置少、投资低、废料少等优势。实际应用中,需依据企业自身炉窑烟道的特点,在考虑脱硫脱硝一体的净化效果、自身工艺的温度的特点、经济性的基础上,组合形成适用的脱硫脱硝技术。目前,国内已有应用的烟气脱硫脱硝一体化技术主要有以下几种。

  (1)中温SCR脱硝和湿法脱硫的组合,技术成熟度高、运营成本高,但脱硫脱硝效果相对偏低。该工艺是目前应用较多的技术之一,技术成熟,用户操作风险较低;其先脱硝后脱硫,需要在中温SCR脱硝工艺前加热烟气,而湿法脱硫温度较低,需要在脱硫之前进行余热回收,因此能耗高,造成综合运行成本高。

  (2)低温SCR脱硝和半干法脱硫的组合,按脱硫脱硝顺序分为两类,先脱硝工艺存在催化剂中毒问题、先脱硫工艺更为先进。这两类脱硝工艺均采用低温SCR工艺,能耗低,但前者易受SO2影响,造成催化剂中毒,后者工艺稳定性强,更为先进。

  (3)湿法脱硫脱硝的组合,热量利用率不高,综合性能偏低。由于湿法脱硫脱硝工艺的温度为50~70℃,在反应前需要降温处理,并在脱硫脱硝完成后还需再升温备热以满足烟囱排放需求,所以能耗较高,即使进行余热回收,热量损耗也较大,利用率不高;且该类组合均有副产物,有白烟污染的风险。

  (4)干法脱硫脱硝的组合,对烟气热量的利用率高,综合运行成本低。该工艺以活性炭(焦)技术为代表,烟气经过余热回收,温度在180~200℃之间进行脱硫脱硝,之后温度也满足烟囱排放的需要。该技术能耗低,因此综合运行成本低,但活性炭的一次性投入较高、且脱硝的效率有限,不一定能满足废气排放标准较高的地区使用。

  结语

  煤焦油深加工工业废气中的硫氮氧化物,主要出现在配套的导热油炉和管式加热炉等热炉加热环节,排放量需要满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996),及各地出台的《工业炉窑大气污染物综合排放标准》。目前的脱硫技术中,湿法脱硫和新型碳基催化法(干法脱硫)的脱硫效率高,其中后者需要脱硫催化剂;脱硝技术中,中低温SCR脱硝工艺需要脱硝催化剂,且反应温度适中,适用于煤焦油深加工工业应用。国内应用的4类脱硫脱硝一体化工艺中,干法脱硫脱硝、半干法脱硫和低温SCR脱硝的组合工艺,从能效、去除效率和经济型的角度看,是目前较为先进的两种组合。


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