一种焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对焦化行业焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法。
【背景技术】
[0002]由于技术及经济原因，目前国内焦化行业炼焦炉产生的焦炉烟气大多通过焦炉烟囱进行高空排放。焦炉烟气中所含的二氧化硫和氮氧化物未经净化处理，直接排放到大气中，对人体健康及大气环境造成了严重危害。
[0003]二氧化硫是具有刺激性臭味的无色透明气体。在大气中，二氧化硫会被氧化而形成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的重要前驱物质。二氧化硫与大气中的粉尘有协同作用，如伦敦烟雾事件、马斯河谷事件和多诺拉烟雾事件，都是这种协同作用造成的危害。
[0004]烟气中造成大气污染的氮氧化物主要是指一氧化氮和二氧化氮。一氧化氮是无色无味气体，二氧化氮是一种棕红色、高度活性的气态物质。氮氧化物主要损害人的呼吸道，二氧化氮还是酸雨的成因之一。在阳光的照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和臭氧之间发生一系列光化学反应而生成蓝色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)。光化学烟雾的刺激性和危害性比一次污染物强烈得多。
[0005]在焦化行业中，炼焦是指炼焦煤按生产工艺和产品要求配比后，装入隔绝空气的密闭炼焦炉内，经高、中、低温干馏转化为焦炭、焦炉煤气和化学产品的工艺过程。炼焦炉型包括:常规机焦炉、热回收焦炉、半焦碳化炉三种。炼焦炉的炉膛结构与燃煤发电锅炉的炉膛结构完全不同。由于炼焦炉的特殊炉膛结构，广泛应用于燃煤发电锅炉的低氮燃烧技术无法应用于焦炉烟气的脱硝处理。在焦化行业中，焦炉烟气与燃煤发电锅炉烟气相比具有显著不同的特点，比如烟气含硫浓度相对低、烟气含氮浓度相对高、烟气含尘浓度低且粉尘性质不同、烟气含水量高等等。其中最大的不同在于焦炉烟气系统出口温度与燃煤发电锅炉烟气系统出口温度不同，燃煤发电锅炉烟气系统出口温度正常工况一般在300°C-500°C之间，而焦炉烟气系统出口温度正常工况一般在160°C-210°C之间。广泛应用于燃煤发电锅炉烟气脱硝的SCR技术，脱硝效率较高，可以达到90 %。但是传统的SCR脱硝催化剂，其最佳的反应温度窗口在350°C-420°C之间，无法应用于焦炉烟气脱硝处理。现在虽然有了最新的中低温SCR脱硝工艺，可以在160 °C_300°C之间进行脱硝，但是技术不成熟而且效率不高。而且经过脱硫塔后的烟气温度一般在50°C-60°C，若采用中低温SCR脱硝技术，则需要配备一套GGH系统，将脱硫塔排出的烟气加热后才能达到脱硝的目的，整个装置投资提升，GGH占地面积大，且GGH容易堵塞、腐蚀，运行状态不稳定。因此，研发一种适合于焦炉烟气的高效率的低温脱硝技术势在必行。
[0006]目前大气污染治理普遍采取的脱硫技术有干法、半干法和湿法等几类。干法和半干法存在脱硫效率不高的缺点。传统湿法脱硫工艺脱硫效率高，技术成熟，在燃煤发电锅炉烟气治理中得到广泛应用，例如石灰石石膏法脱硫，氨法脱硫等等。在焦化行业中，由于焦炉烟气自身的特点，烟气量相对不大、烟气含硫浓度相对较低，如果再增加一套脱硫装置进行单独脱硫必将增加设备投资费用和运行费用。因此，研发一种适合于焦炉烟气的在同一净化装置内既能进行高效率低温脱硝同时又能高效率脱硫的系统和方法，具有非常广阔的工业应用前景。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法，本发明能使焦化行业炼焦炉所产生的烟气达到90%以上的脱硝效率、99%以上的脱硫效率，焦炉烟气氮氧化物和二氧化硫的排放浓度远低于《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)中特别排放限值的要求，本系统不需高温段，投资成本低，能量消耗低，无二次污染且能回收经济效益，使用便捷且维护方便，是目前焦化行业焦炉烟气治理最优的脱硫脱硝方法。
[0008]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法，其特征在于，系统包括吸收塔、烟气降温装置、脱硝氧化系统、烟道、固液分离器、液液分离器和焦炉烟气回收装置，所述吸收塔的顶部连接有直排烟囱，所述吸收塔的内部装填塔内件和有机催化剂，所述吸收塔的底部连接有化产车间氨水回收装置和氨水供给口，所述脱硝氧化系统包括臭氧发生器和臭氧气体分布器，所述臭氧发生器连接有氧气管道，所述烟道设有烟气降温装置和臭氧气体分布器。
[0009]进一步的，所述方法具体步骤如下:
[0010]步骤一:焦炉烟气通过烟道经烟气降温装置降温后，再经过气体分布器与臭氧反应，然后进入吸收塔；
[0011 ]步骤二:气态氧经减压至0.2MPa后进入臭氧发生器，臭氧发生器产生的臭氧混合气进入烟道内安装的气体分布器氧化烟气中的低价氮氧化物，烟道内的气体分布器使臭氧与烟气充分接触，烟气中低价态的氮氧化物被氧化成高价氮氧化物后，进入吸收塔；
[0012]步骤三:烟气在吸收塔内垂直向上移动，与吸收塔内喷淋层喷出的混合液中的水发生反应，生成H2SO3和NHO2，其中，S032—和NO2-被混合液中的有机催化剂捕捉，生成稳定的螯合物，在有氧环境下，螯合物中的S032—和NO〗—成分被氧化成稳定的S042—和N03—，并与焦化厂化产车间回收的氨水反应生成稳定的铵盐溶液，同时，有机催化剂从螯合物中分离并还原，脱除一.氧化硫；
[0013]步骤四:当盐液浓度达到40%时，取出吸收塔内混合液经固液分离器过滤少量的粉尘，含有机催化剂的滤液再进入液液分离器进行二次分离，液液分离后的有机催化剂回收至吸收塔循环使用，铵液送入焦化厂硫铵干燥系统制备化肥外售，净化后的烟气从塔顶直排烟囱达标排出。
[0014]进一步的，所述吸收塔的底部通过管道连接有氧化风机。
[0015]进一步的，所述固液分离器通过管道与吸收塔的底部相连接，固液分离器的另一端与液液分离器相连接。
[0016]进一步的，所述步骤一中的方法属于低温脱硝，其温度为20-130°C.
[0017]进一步的，所述臭氧的加入量与烟气中氮氧化物成正比，摩尔比为I: I。
[0018]进一步的，所述固液分离器采用集束式过滤器，所述液液分离器采用滗淅式分离器。
[0019]本发明的有益效果有以下几点:
[0020]1、低温脱硝:本系统实现了真正的低温脱硝，无需高温段，无需对原烟气发生系统作任何改动，臭氧和有机催化剂共同作用，在20-130°C的温度区间即实现了对烟气的低温脱硝。
[0021]2、脱除效果极强:在催化剂的作用下，即使使用高硫煤，本系统仍能将烟气出口平均污染物浓度控制在极低的排放值(如二氧化硫:10mg/Nm3，氮氧化物:30mg/Nm3)以下，
[0022]3、具有多效减排能力:在同一个脱硫系统中，可以同时具有脱硝(达90%以上)、脱硫(可达99 %以上)、二次除尘等污染物减排效果；
[0023]4、无二次污染:本系统无废水排放，水资源循环使用，副产品铵肥有稳定的市场渠道，彻底解决环保问题。
[0024]5、无逆反应:独特的反应基理，有机催化剂可有效阻止亚酸盐分解的逆反应发生，并且无氨法脱硫中间产物NH4SO3的产生，从而有效的避免了烟气拖尾、氨法脱硫氨逃逸和钙法脱硫石膏雨现象的产生。
[0025]6、固液分离后渣饼含水率可达到30%，滤液颗粒物含量小于15ppm;液液分离后铵盐溶液中有机催化剂含量小于0.6ppm，为化肥制备提供了有效的保证条件。
[0026]7、副产品铵肥品质高，能达到铵肥生产相关国家标准，可带来显著的副产品收益，大幅度降低系统运行成本。
【附图说明】
[0027]图1为本发明一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法的流程示意图；
[0028]图2为本发明实施例1对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统的流程示意图；
[0029]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0030]I为吸收塔，2为烟气降温装置，3为气体分布器，4为臭氧发生器，5为直排烟囱，6为氧化风机，7为固液分离器，8为液液分离器，9为烟道，10为焦化厂炼焦炉，11为焦炉烟气余热回收装置，12为风机，13为焦化厂烟囱。
【具体实施方式】
[0031]以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0032]焦化烟气主要污染物是氮氧化物，并含有少量的二氧化硫和粉尘，氮氧化物中，一氧化氮约占90%，其余为二氧化氮等，一氧化氮是较难处理的污染物质之一，当其被氧化为高价态的氮氧化物后能与水反应生成亚硝酸，其亚酸根离子极难被有机催化剂捕捉，通过在烟道里加入臭氧，可将一氧化氮氧化为高价态氮氧化物，并在吸收塔中进行脱除，同时少量二氧化硫直接溶于水后生成亚硫酸，并在吸收塔中一起被脱除，根据污染物浓度调整臭氧和氨水的加入量，对于已经配备湿法脱硫装置的焦化烟气治理系统，则可以对其进行适当改造，与本发明的方法配套，节约投资成本。臭氧发生器的氧化来源依托焦化厂现有空分装置，氨水使用焦化厂化产车间回收的氨水，根据烟气量和污染物浓度确定有机催化剂初装比例，并根据烟气中含氧量确定是否配置氧化风机，控制吸收塔内PH值，当吸收塔内铵盐溶液达到设定浓度后，将生产的铵盐溶液送入焦化厂现在硫铵干燥系统制备化肥外售，回收经济效益。
[0033]实施例
[0034]炼焦炉生产规模为65万吨/年，其产生焦化烟气量为8X104Nm3/h，烟气温度为165°(:，烟气中二氧化硫浓度为2501^/_3，氮氧化物浓度为80011^/_3，氧含量为3.7%，含水率为 20%。
[0035]如图2所示，一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统，本系统针对的焦化烟气来自于焦化厂炼焦炉10，本系统包括通过烟道9与焦炉烟气余热回收装置11和风机12相连的吸收塔I，所述烟道内设有烟气降温装置2和气体分布器3，通过管道与所述气体分布器相连的臭氧发生器4，臭氧发生器通过氧气管道与焦化厂空分装置相连，所述吸收塔内部装填塔内件和有机催化剂，所述吸收塔的顶部连接有直排烟囱5，所述吸收塔底部通过氨水管道与焦化厂化产车间氨水回收装置相连，通过空气管道与所述吸收塔的底部相连的氧化风机6，通过浆液管道与所述吸收塔的底部相连的固液分离器7，通过浆液管道与所述固液分离器连接的液液分离器8，所述液液分离器通过管道与焦化厂硫铵干燥系统相连。
[0036]所述吸收塔I内装填有初装比例(体积)为25%的有机催化剂，吸收塔内PH值控制在5.8，塔内液气比采用5L/Nm3。
[0037]使用时，焦炉烟气通过烟道9经烟气降温装置2降温至130°C后，再经过气体分布器3与臭氧反应，然后进入吸收塔I，焦化厂现有空分装置提供的气态氧经减压至0.2MPa后进入臭氧发生器4，臭氧发生器4产生的臭氧混合气进入烟道9内安装的气体分布器3氧化烟气中的低价氮氧化物，臭氧的加入量与烟气中氮氧化物的摩尔比采用1:1。烟道9内的气体分布器3使臭氧与烟气充分接触，烟气中低价态的氮氧化物被氧化成高价氮氧化物后，进入吸收塔I，烟气在吸收塔内垂直向上移动，与吸收塔I内喷淋层喷出的混合液中的水发生反应，生成H2SO3和NHO2，其中，S032—和NO2-被混合液中的有机催化剂捕捉，生成稳定的螯合物，在有氧环境下，螯合物中的S032—和NO2-成分被氧化成稳定的S042—和N03—，并与焦化厂化产车间回收的氨水反应生成稳定的铵盐溶液，同时，有机催化剂从螯合物中分离并还原。当盐液浓度达到40%时，取出吸收塔I内混合液经固液分离器7过滤少量的粉尘，含有机催化剂的滤液再进入液液分离器8进行二次分离，液液分离后的有机催化剂回收至吸收塔循环使用，铵液送入焦化厂硫铵干燥系统制备化肥外售。净化后的烟气从塔顶直排烟囱达标排出。烟气中氧含量低于4%，因此本系统设置了氧化风机6。事故和维修状态下，焦化烟气切换至焦化厂烟囱13直接排放。
[0038]本系统出口净烟气检测到烟气温度为55°C，其中二氧化硫浓度为5mg/Mm3，氮氧化物浓度为45mg/m3，已远远低于《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)中特别排放限值的规定。《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)中“表6大气污染物特别排放限值”中规定:二氧化硫达标浓度为30mg/Mm3，氮氧化物达标浓度为150mg/m3。
[0039]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法，其特征在于，系统包括吸收塔、烟气降温装置、脱硝氧化系统、烟道、固液分离器、液液分离器和焦炉烟气回收装置，所述吸收塔的顶部连接有直排烟囱，所述吸收塔的内部装填塔内件和有机催化剂，所述吸收塔的底部连接有化产车间氨水回收装置和氨水供给口，所述脱硝氧化系统包括臭氧发生器和臭氧气体分布器，所述臭氧发生器连接有氧气管道，所述烟道设有烟气降温装置和臭氧气体分布器。2.根据权利要求1所述的一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下: 步骤一:焦炉烟气通过烟道经烟气降温装置降温后，再经过气体分布器与臭氧反应，然后进入吸收塔； 步骤二:气态氧经减压至0.2MPa后进入臭氧发生器，臭氧发生器产生的臭氧混合气进入烟道内安装的气体分布器氧化烟气中的低价氮氧化物，烟道内的气体分布器使臭氧与烟气充分接触，烟气中低价态的氮氧化物被氧化成高价氮氧化物后，进入吸收塔； 步骤三:烟气在吸收塔内垂直向上移动，与吸收塔内喷淋层喷出的混合液中的水发生反应，生成H2SO3和HNO2，其中，S032—和NO2-被混合液中的有机催化剂捕捉，生成稳定的螯合物，在有氧环境下，螯合物中的S032—和NO〗—成分被氧化成稳定的SO42IPNO3-，并与焦化厂化产车间回收的氨水反应生成稳定的铵盐溶液，同时，有机催化剂从螯合物中分离并还原，脱除二氧化硫;步骤四:当盐液浓度达到40%时，取出吸收塔内混合液经固液分离器过滤少量的粉尘，含有机催化剂的滤液再进入液液分离器进行二次分离，液液分离后的有机催化剂回收至吸收塔循环使用，铵液送入焦化厂硫铵干燥系统制备化肥外售，净化后的烟气从塔顶直排烟囱达标排出。3.根据权利要求1所述的一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法，其特征在于，所述吸收塔的底部通过管道连接有氧化风机。4.根据权利要求1所述的一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法，其特征在于，所述固液分离器通过管道与吸收塔的底部相连接，固液分离器的另一端与液液分离器相连接。5.根据权利要求2所述的一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法，其特征在于，所述步骤一中的方法属于低温脱硝，其温度为20-130°C。6.根据权利要求2所述的一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法，其特征在于，所述臭氧的加入量与烟气中氮氧化物成正比，摩尔比为1:1。7.根据权利要求2所述的一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法，其特征在于，所述固液分离器采用集束式过滤器，所述液液分离器采用滗淅式分离器。
【专利摘要】本发明涉及一种对焦炉烟气低温脱硝协同脱硫的系统及方法。该系统及方法应用独特的有机催化剂，能够在20?130℃的温度区间对焦化行业焦炉烟气实现高效率低温脱硝，同时还能高效脱除二氧化硫。本系统针对的焦炉烟气来自于焦化厂炼焦炉，本发明能使焦炉烟气达到90％以上的脱硝效率、99％以上的脱硫效率。本系统不需高温段，投资成本低，能量消耗低，无二次污染且能回收经济效益，使用便捷且维护方便，是目前焦化行业焦炉烟气治理最优的脱硫脱硝方法。
【IPC分类】B01D53/86, B01D53/60
【公开号】CN105709595
【申请号】CN201610053237
【发明人】从明耀
【申请人】北京长信太和节能科技有限公司