焦炉煤气制合成气的脱硫及净化工艺技术

尉新源

摘 要：我国的锅炉设备大多以煤炭为主要能源，在其运行过程中通常会排出大量的二氧化硫。而二氧化硫是一种会对环境造成严重污染的具有刺激性气味的气体，其不仅会危害生命体的健康，还会造成酸雨，进一步对区域内的土地和水源造成污染。目前我国锅炉设备造成的大气污染已经影响到了人们的正常生活，对锅炉等设备排出的烟气进行脱硫处理已经刻不容缓。国家有关部门也加大了对企业烟气脱硫任务的监督和管理。

关键词：烟气;脱硫;锅炉;净化

0 引言

焦炉烟气是煤气在焦炉燃烧室燃烧后的产物，其经过蓄热室、小烟道汇集到机焦侧分烟道，最后经总烟道、焦炉烟囱外排至大气。因焦炉排放的烟气中含有一定量SO2、NOx，直接排放大气，对大气污染严重，随着人们对环境越来越多的重视，焦炉烟气脱硫脱硝技术和配套的安全技术均在大力发展。

1 存在问题

当前焦炉脱硫脱硝技术中，烟气流向是将焦炉烟道废气从引气口接入到脱硫脱硝旁路烟道中，经脱硫脱硝装置处理过的净烟气在脱硫脱硝主引风机的抽引下，通过新设管路进入烟囱达标排放。但在脱硫脱硝流程出现异常时，例如脱硫脱硝引风机故障，系统无吸力，烟囱总烟道执行机构必须具备快速打开的措施，否则焦炉煤气加热系统会因为无吸力来源，发生重大安全事故。当前业内主要措施是对烟囱总烟道出气口端手动翻板阀改造升级，具备自动开关功能。梅钢焦炉同国内大多数焦炉类似，均已多年运行，烟道废气中粉尘长期在翻板阀周围堵塞、聚集等情况加重，此种轴动形式的翻板阀开关功能状态较差，甚至无法及时打开;系统停电时，自动翻板阀无法启动等因素，均会影响烟道废气的正常排出，焦炉煤气加热系统面临极大安全风险，严重时有爆炸风险。梅钢焦炉烟气净化系统投用初期，也发生过脱硫脱硝引风机跳机故障，需操作人员快速赶到焦炉总烟道现场，人工开启焦炉烟囱总烟道执行机构。

2 脱硫必要性

前脱硫工艺、后脱硫工艺均可用于焦炉煤气含硫，而结合焦炉煤气拥有的下游用户相对多而分散、总硫含量低、气量大、以有机硫为主的特点，焦炉煤气脱硫的必要性可以概括为四个方面：第一，国家超低排放标准要求将末端SO2含量（質量浓度）控制在50mg/m3以下，只有脱硫后的焦炉煤气方可满足国家超低排放的要求;第二，脱硫后的焦炉煤气对输送管网的腐蚀将大幅降低，煤气输送安全性可由此提升;第三，集中脱硫管理方便、投资成本小，后端脱硫投资大、设备分散、管理困难等问题可由此解决;第四，在焦炉煤气前端集中脱硫后，后端尾气仅需开展脱硝治理，脱硝催化剂受到的SO2影响也能够顺利消除，企业可采用经济性更高的低温催化剂，后端尾气治理运行成本可由此大幅降低。总的来说，焦炉煤气脱硫在安全性、环境效益、经济效益三个方面均具备显著优势，脱硫的必要性可见一般。

3 烟气净化技术

3.1 半干式脱硫技术

半干式脱硫是一个复杂的过程，其中不仅涉及到了各种化学和物理反应还包含了气液固三相之间的相互转换。比如，烟气与脱硫剂之前由于温差会发生一个热量传递的物理过程;而脱硫剂在与烟气发生作用时会与其中的二氧化硫发生各种化学反应。半干式脱硫技术使用的脱硫剂大多为石灰浆，由于低硫煤燃烧后产生的粉煤灰呈高碱性，在水存在的条件下粉煤灰中主要物质SiO2和Al2O3溶解出来，与熟石灰发生水合反应，形成水合硅酸钙和水合铝酸钙等高水合物质，主要包括以下3个反应：石灰快速消化形成Ca（OH）2胶束;活性氧化铝与CaSO4和Ca（OH）2反应生成水合硅酸铝;活性二氧化硅与Ca（OH）2反应生成水合硅酸钙;水合产物具有黏结性、比表面积较大、持水性高的特点，能显著提高脱硫效率。半干式脱硫技术除了去除二氧化硫之外还可以去除许多其他具有酸性的气体，比如氯化氢、三氧化硫等，且其去除率可以高达95%。

3.2 活性炭吸附法

活性炭即可作为催化剂的载体，又可作还原剂直接参与反应。活性炭工艺主要包括吸附、解析和硫回收三部分。首先，在水蒸汽和氧气存在的条件下，烟气中的SO2发生反应生成稀硫酸溶胶，被活性炭吸附，在流化床中喷入NH3，烟气中的氮氧化物被活性炭催化还原生成N2，达到脱硝的目的，反应完的活性炭经加热或洗涤再生后可重复利用。而NOx的脱除是在加氨的条件下，经活性焦炭的催化作用生成水和氮气再排入大气，此外，活性炭吸附法还是一种可同时脱除烟气中多种杂质的技术，如SO2、NOx、汞、重金属、挥发性有机物等。

3.3 选择性氧化法

选择性氧化法是在催化剂的作用下用空气中的氧把硫化氢直接氧化为硫，近年来，选择性氧化技术取得了突破性进展，兰州石化工公司石油化工研究院化肥所开发出的选择性氧化法脱硫技术，硫的回收率达到了95%～99%。研究结果证明，该工艺流程简单，稳定性好，脱硫效率高。

3.4 SICS法催化氧化（有机催化法）脱硫脱硝工艺

该工艺先将焦炉烟气喷水降温至150℃下，经过强氧化剂（臭氧或双氧水）时，NO转化为易溶于水的高价氮氧化物生成亚硝酸（HNO）2。烟气中的SO2和NOx溶解在水里分别生成H2SO3和HNO2实现焦炉烟气的脱硫脱硝。脱硫脱硝的副产物硫酸铵和硝酸铵经干燥结晶，作为产品硫。工艺特点是：脱硫效率高，氨逃逸低，实现低温脱硝，烟气波动适应性强。缺点是烟气温度需降低到150℃以下。

3.5 石灰/膏法脱硫技术

石灰/膏法是目前被应用最多最广泛的一种脱硫技术，在我国主要被电力行业所使用的，一般采取的是湿式脱硫处理。常采取生石灰作为吸收剂主要成分、将生石灰与一定比例的水混合在一起放入吸收塔中。烟气进入吸收塔后与吸收剂充分混合，其中的二氧化硫会与碳酸钙发生化学反应，进而实现烟气脱硫的目的。并且脱硫后还可以得到副产物，即石膏。这种脱硫工艺安全稳定，脱硫效率可以达到95%以上。工业化处理应用范围更加广泛，烟气的处理量更大，能够适应较强大的负荷变化能力。而吸收剂使用石灰石，成本低廉，副产物的石膏可以替代天然石膏得到继续应用。这种方法具有耗费成本低、脱硫效率高、减少二次污染等特点。但同时，也有一些不可避免的缺点，如占用空间资源过多、会产生少量污水、以及后期生产的石膏利用率低等等。

3.6 化学吸收法

化学吸收法是利用H2S水溶液的弱酸性而采用碱性溶液来吸收硫化氢，由于强碱溶液吸收H2S后再生困难，因而常采用具有缓冲作用的强碱弱酸盐，如碳酸盐、硼酸盐、磷酸盐、酚盐、氨基酸盐等的溶液，这些溶液的pH大都在9～11之间。除此之外，还可以采用一些弱碱，如氨等的水溶液做吸收剂来吸收处理含H2S的废气。

4 结束语

当今我国的大气污染现象严重，其中最主要的就是二氧化硫污染。而作为一个燃煤大国，不管是工业生产还是集中供暖都离不开煤炭的燃烧。因此，积极地实施烟气脱硫已经是一件刻不容缓的事。现已有不少成熟的脱硫技术供人使用，但高新技术的开发与应用也不能停步，望国家的烟气脱硫技术日益高新，大气环境日益优良。

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