焦炉烟道气低温脱硝技术发展现状及对策分析
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(3)SO2 含量差别大 不同的焦化厂,焦炉烟气中 SO2 含量差别很大 (50 ̄800 mg/m3)。相对于钢铁企业内部的焦化厂来 说,独立焦化厂焦炉烟气中的 SO2 浓度值普遍更高。 有些独立焦化厂的焦炉煤气未经严格脱硫处理就直 接燃烧,烟气中 SO2 浓度甚至达到 4000 mg/m3。若采 用传统 SCR 法(选择性催化还原法)脱硝,由于烟气 中 SO2 的存在,会导致硫铵的产生,粘附于催化剂和 换热器表面,造成堵塞和腐蚀等问题,严重影响催化 效果。因此,深度脱硫是实现焦炉烟道气低温高效脱 硝的前提。
其中独立焦化厂约 440 家,其余为钢铁企业内部焦
化厂 [1]。独立焦化厂一般以自产的焦炉煤气作为燃 料。钢铁厂由于煤气种类多,煤气用户多,对煤气的 品质要求不同,因此,钢铁厂内部的焦化厂大部分采 用低热值混合煤气,少量仅采用焦炉煤气。燃料的不 同,直接导致了燃烧后烟气中污染物成分的不同,落 实到处理方式上,亦应区别对待。 2.2 焦炉烟道气特性
(1)NOx 含量差别大 燃料不同,导致焦炉烟道气中 NOx 浓度差别很 大。对于采用低热值混合煤气的焦化厂来说,NOx 浓 度约200 ̄500 mg/m3,对于非重点控制地区,可以不 进行烟气脱硝。对于仅采用焦炉煤气作为燃料的焦 化 厂 来 说 , 烟 道 气 中 的 NOx 浓 度 约 500 ̄1800 mg/m3,必须采取脱硝措施。 (2)烟气温度较低且差别大 与 350 ̄400 ℃的电厂脱硝烟气相比,焦炉烟道 气的温度一般在 220 ̄250 ℃之间。此外,受焦炉炉 型、燃料类型、操作制度和操作水平等因素的影响,
冶金动力
2016 年第 3 期
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总 第 193 期
不同焦化厂的焦炉烟道气温度差别也较大,有些焦 温度甚至低至 180 ℃,高至 300 ℃。在这样的烟气 温度条件下,如果直接采用电厂烟气脱硝的催化剂 进行脱硝,不仅效率低,难以满足国家排放标准要 求,同时催化剂的寿命也很短,运行成本很高。
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燃气
焦炉烟道气低温脱硝技术发展现状及对策分析
陈继辉
(重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司,重庆 401122)
【摘 要】 焦炉烟道气脱硝是目前焦化企业面临的环保重点和难点。在对焦化企业工艺特点以及焦炉烟道
Analysis of the Development Status of Low Temperature De-NOx Technology for Coke Oven Flue Gas and Countermeasures for Problems
CHEN Jihui
(Chongqing Saidi Metallurgical Equipment Integration Engineering Technology Research Center, Chongqing 401122, China)
Richter 等[8]开发的 MnOx/NaY 分子筛催化剂在 SCR 法喷氨脱除 NO 的实验中,200 ℃左右的温度条件 下可以实现 80% ̄100%的转化率。此外,他们还开展 了以 NH4 型 ZSM-5、Y 型沸石和发光沸石为催化剂 的 NO 低温催化转化研究,均取得了不错的效果。 Singoredjo 等[9]以 MnOx/Al2O3 为 SCR 催化剂,在空速 22000 ̄116000 m3/h、温度 100 ̄200 ℃的条件下得 到了该催化剂具有高选择性和催化活性的实验结 果。Xie 等[10]研究发现,铜氧化物具有较好的低温催 化特性。其中,以 CuO/Al2O3 为催化剂,喷氨可达到 90%以上的脱硝率,但 SO2 对铜氧化物的脱硝催化 作用影响显著。Wang 等[11]开发的 CuO/ 活性炭催化 剂,125 ̄250 ℃时的脱硝率也可达 90%。Qi 等[12]采 用无载体 MnOx-CeO2 催化剂开展喷氨还原 NO 实 验,结果发现,在氧气过量、空速 42000 m3/h 和温度 150 ℃的条件下,Mn/(Mn+Ce)比为 0.4 时催化剂活 性最高,NO 的转化率可达到 95%。他们认为,Ce 组 分的增加不仅增大了催化剂的比表面积,而且增大 了催化剂表面的氧流动性,使得低温催化活性和抗 硫性能均发生显著改善。Moreno 等人[13]对负载 4%  ̄16%CoO 的中孔 SiO2 催化剂开展了 SCR 脱硝实 验,结果表明,在过量氧条件下,200 ℃时的 NO 转 化率最高可达 88%。 3.2 低温脱硝技术应用现状
气特性进行总结分析的基础上,阐述了国内外焦炉烟道气低温脱硝技术的研究和发展现状,探讨了目前存在问
题的处理对策,并对未来的发展进行了展望。
【关键词】 焦炉;烟气;低温脱硝
【中图分类号】 X511
【文献标识码】 B
【文章编号】 1006-6764(2016)0Leabharlann Baidu-0013-03
DOI:10.13589/j.cnki.yjdl.2016.03.005
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化剂中毒,反应后的催化剂还要定期加热再生,运行 成本很高。因此,笔者认为,这还不能称之为严格意 义上的低温脱硝技术。
(2)国内应用情况 我国是世界焦炭生产第一大国,2014 年焦炭产 量约占世界总产量的 70%。然而截至目前,仍没有 完全稳定运行的焦炉烟道气脱硝工艺。 由中冶焦耐、安徽同兴环保、北京方信立华、韩 国纳米科技股份四家公司合作开发的焦炉烟气脱硫 脱硝工艺在达丰焦化厂中试实验的基础上 (25000 ̄40000 m3/h,烟气温度 180 ̄280 ℃;半干法 脱硫效率 80%~98%;中温脱硝效率:210 ̄230 ℃时 脱硝效率 >65%、240 ℃以上时脱硝效率 >85%;低 温脱硝效率:180 ℃以上时脱硝效率 >90%),目前 正实施于宝钢湛江的焦炉烟气净化项目上,计划 2015 年 10 月底投产。据了解,该脱硝技术与日本的 焦化脱硝技术类似,也是采用先脱硫、再中温脱硝的 方式,脱硝后的催化剂也要加热再生。 中科院兰州化物所开发的低温 SCR 催化剂在 兖州某焦化厂进行的试验结果显示:在 158 ̄165 ℃ 时,入口 NOx 浓度不超过 1200 mg/m3 且 SO2 浓度不 超过 150 mg/m3 时,脱硝率可达 85%。 由合工大、合肥晨晰环保和湖北思搏盈环保共 同研发的“焦炉煤气焚烧尾气中低温 SCR 脱硝研究 及应用技术”中的催化剂放弃了传统的钒钛系列,以 棒石黏土矿物为载体、MnO2 等为活性组分。该工艺 在河北某焦化企业进行了中试,检测结果显示脱硝 效果较好。 山西帅科化工设计有限公司在美国利特尔福德 先生关于多污染物处理专利技术的基础上,开发了 一种焦化烟气综合处理工艺,其主要特点是在氧化 剂发生装置改进基础上的脱硝效率的提升和运行成 本的降低。此外,陕西国电热工研究所开发的低温稀 土 SCR 催化剂,能够实现低于 200 ℃的脱硝,但具 体情况不详。
3 低温脱硝技术研究及应用现状
3.1 低温脱硝技术研究现状 低温脱硝技术最关键的问题是研发出低温条件
下高活性且抗 SO2、抗 H2O 的催化剂。其中以 V、Ti、 活性炭等为基本载体催化剂,以 Mn、Cu、Ce、Co 等元 素或其氧化物为添加剂,是研究重点。
在 V2O5 广泛应用于中温 SCR 脱硝后,大量的 低温催化的研究首先集中在以钒为基础的相关催化 剂开发方面。Koebel 等[2]研究发现,对于 3%V2O5-8% WO3/TiO2 催化剂,低温下 NH3 更易与 NO2 反应。 Kang 等[3]研究了先采用 Pt/A12O3 催化剂将 NO 氧化 为 NO2,然后采用在 Cu/Al2O3 催化剂上喷氨,150 ℃ 时的脱硝率可达 90%。Lee 等[4]通过采用 VOx/TiO2 催 化剂,也实现了和 Kang 等[3]同样的实验结果。究其原 因,可能是不同价态的 V 共存提高了催化剂的氧化 还原性能,从而促进了 NO 向 NO2 的氧化,但具体催 化机理尚无定论。Huang 等[5]以 V2O5/ 活性炭为催化 剂,以 NH3 为还原剂,在 150~250 ℃时脱硝率可达 92%,且抗 SO2 中毒能力强;黄张根等[6]进行了类似 实验,结果发现,150 ℃时 SO2 就引起了 20%的钒催 化剂失活。水也会引起催化活性的降低,而且低温时 影响程度更大(125 ℃时降低 45%)。
development.
【Keywords】 coke oven; flue gas; lower temperature de-NOx
1 引言
2012 年 6 月 27 日,环保部及国家质监总局共 同 发 布 的 《炼 焦 化 学 工 业 污 染 物 排 放 标 准》 (GB16171-2012),明确要求了目前所有焦化企业烟 道气中 NOx (氮氧化物) 的排放浓度必须低于 500 mg/m3,特别限值地区应低于 150 mg/m3,甚至有些不 属于重点控制区域的政府部门,也要求本区域内焦 化企业按照特别限值地区的指标执行。
严峻的环保压力迫使焦化企业不得不面对 NOx 的排放控制问题。本文在对焦化企业工艺特点以及 焦炉烟道气特性进行总结分析的基础上,阐述了国 内外焦炉烟道气脱硝技术的研究和发展现状,探讨 了目前所存在问题的处理对策,并对未来的发展进 行了展望。
2 焦化工艺特点及其烟道气特性
2.1 焦化工艺特点 在我国,焦炭作为炼铁原料的焦化厂约 520 家,
其次,Mn 基、Cu 基和 Ce 基催化剂因为有较强 的氧化还原能力和较大的单位面积活性而被广泛关 注。Valdes-Solis 等[7]研究发现,负载到碳陶瓷整体料 上的锰氧化物催化剂具有较高的活性,即使在温度 150 ℃ 的 条 件 下 ,NOx 整 体 脱 除 率 最 高 仍 可 达 到 70% 左 右 。 但 该 类 型 催 化 剂 容 易 因 硫 酸 盐 失 活 。
(1)国外应用情况 荷兰壳牌公司 20 世纪 90 年代开发的低温脱硝 系统主要包括 V/Ti 催化剂和低压降反应器。该系统 要求反应温度大于 120 ℃,空速 2500 ̄40000 m3/h, 脱硝效率一般维持在 65% ̄97%。该技术已经应用于 荷兰、美国、德国、比利时、丹麦、印度、中国等国家。 其中,我国涉及的企业包括柳州化工股份、宁波万华 聚氨酯有限公司、湖北华强化工等。不过,该技术主 要处理对象都是以燃气在加热器、窑炉、燃气发动机 和燃气轮机中燃烧产生的烟气,烟气量一般较小(小 于 50000 m3/h)。 奥地利 Ceram 公司开发的钒钛体系低温催化剂 (钒含量为 0% ̄3%),其活性温度较壳牌公司的高, 最低应用温度时 150 ℃(德国乌帕塔尔项目)。该催 化剂应用领域和处理烟气量与壳牌公司类似。 日本的低温脱硝技术很早便涉及到焦炉烟气处 理方面。其基本原理还是 SCR 法,先后在 Kawasaki 钢铁千叶焦化厂、Amagasaki 钢铁冲绳焦化厂和横滨 Tsurumi 煤气厂采用,脱硝效率可达 90%。该催化剂 的使用温度较高,为 220 ̄250 ℃,而且为了抵抗催
【Abstract】 The de-NOx of coke oven flue gas is a major difficulty of environmental pro- tection for coking enterprises at present. Based on summarizing and analysis of the technologi-
cal features of coking plants and characteristics of coke oven flue gas, the paper describes the
current research and development status of low temperature de-NOx technology for coke oven flue gas, discusses on countermeasures to existing problems and gives an expectation of future
其中独立焦化厂约 440 家,其余为钢铁企业内部焦
化厂 [1]。独立焦化厂一般以自产的焦炉煤气作为燃 料。钢铁厂由于煤气种类多,煤气用户多,对煤气的 品质要求不同,因此,钢铁厂内部的焦化厂大部分采 用低热值混合煤气,少量仅采用焦炉煤气。燃料的不 同,直接导致了燃烧后烟气中污染物成分的不同,落 实到处理方式上,亦应区别对待。 2.2 焦炉烟道气特性
(1)NOx 含量差别大 燃料不同,导致焦炉烟道气中 NOx 浓度差别很 大。对于采用低热值混合煤气的焦化厂来说,NOx 浓 度约200 ̄500 mg/m3,对于非重点控制地区,可以不 进行烟气脱硝。对于仅采用焦炉煤气作为燃料的焦 化 厂 来 说 , 烟 道 气 中 的 NOx 浓 度 约 500 ̄1800 mg/m3,必须采取脱硝措施。 (2)烟气温度较低且差别大 与 350 ̄400 ℃的电厂脱硝烟气相比,焦炉烟道 气的温度一般在 220 ̄250 ℃之间。此外,受焦炉炉 型、燃料类型、操作制度和操作水平等因素的影响,
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不同焦化厂的焦炉烟道气温度差别也较大,有些焦 温度甚至低至 180 ℃,高至 300 ℃。在这样的烟气 温度条件下,如果直接采用电厂烟气脱硝的催化剂 进行脱硝,不仅效率低,难以满足国家排放标准要 求,同时催化剂的寿命也很短,运行成本很高。
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焦炉烟道气低温脱硝技术发展现状及对策分析
陈继辉
(重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司,重庆 401122)
【摘 要】 焦炉烟道气脱硝是目前焦化企业面临的环保重点和难点。在对焦化企业工艺特点以及焦炉烟道
Analysis of the Development Status of Low Temperature De-NOx Technology for Coke Oven Flue Gas and Countermeasures for Problems
CHEN Jihui
(Chongqing Saidi Metallurgical Equipment Integration Engineering Technology Research Center, Chongqing 401122, China)
Richter 等[8]开发的 MnOx/NaY 分子筛催化剂在 SCR 法喷氨脱除 NO 的实验中,200 ℃左右的温度条件 下可以实现 80% ̄100%的转化率。此外,他们还开展 了以 NH4 型 ZSM-5、Y 型沸石和发光沸石为催化剂 的 NO 低温催化转化研究,均取得了不错的效果。 Singoredjo 等[9]以 MnOx/Al2O3 为 SCR 催化剂,在空速 22000 ̄116000 m3/h、温度 100 ̄200 ℃的条件下得 到了该催化剂具有高选择性和催化活性的实验结 果。Xie 等[10]研究发现,铜氧化物具有较好的低温催 化特性。其中,以 CuO/Al2O3 为催化剂,喷氨可达到 90%以上的脱硝率,但 SO2 对铜氧化物的脱硝催化 作用影响显著。Wang 等[11]开发的 CuO/ 活性炭催化 剂,125 ̄250 ℃时的脱硝率也可达 90%。Qi 等[12]采 用无载体 MnOx-CeO2 催化剂开展喷氨还原 NO 实 验,结果发现,在氧气过量、空速 42000 m3/h 和温度 150 ℃的条件下,Mn/(Mn+Ce)比为 0.4 时催化剂活 性最高,NO 的转化率可达到 95%。他们认为,Ce 组 分的增加不仅增大了催化剂的比表面积,而且增大 了催化剂表面的氧流动性,使得低温催化活性和抗 硫性能均发生显著改善。Moreno 等人[13]对负载 4%  ̄16%CoO 的中孔 SiO2 催化剂开展了 SCR 脱硝实 验,结果表明,在过量氧条件下,200 ℃时的 NO 转 化率最高可达 88%。 3.2 低温脱硝技术应用现状
气特性进行总结分析的基础上,阐述了国内外焦炉烟道气低温脱硝技术的研究和发展现状,探讨了目前存在问
题的处理对策,并对未来的发展进行了展望。
【关键词】 焦炉;烟气;低温脱硝
【中图分类号】 X511
【文献标识码】 B
【文章编号】 1006-6764(2016)0Leabharlann Baidu-0013-03
DOI:10.13589/j.cnki.yjdl.2016.03.005
2016 年第 3 期
冶金动力
总 第 193 期
METALLURGICAL POWER
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化剂中毒,反应后的催化剂还要定期加热再生,运行 成本很高。因此,笔者认为,这还不能称之为严格意 义上的低温脱硝技术。
(2)国内应用情况 我国是世界焦炭生产第一大国,2014 年焦炭产 量约占世界总产量的 70%。然而截至目前,仍没有 完全稳定运行的焦炉烟道气脱硝工艺。 由中冶焦耐、安徽同兴环保、北京方信立华、韩 国纳米科技股份四家公司合作开发的焦炉烟气脱硫 脱硝工艺在达丰焦化厂中试实验的基础上 (25000 ̄40000 m3/h,烟气温度 180 ̄280 ℃;半干法 脱硫效率 80%~98%;中温脱硝效率:210 ̄230 ℃时 脱硝效率 >65%、240 ℃以上时脱硝效率 >85%;低 温脱硝效率:180 ℃以上时脱硝效率 >90%),目前 正实施于宝钢湛江的焦炉烟气净化项目上,计划 2015 年 10 月底投产。据了解,该脱硝技术与日本的 焦化脱硝技术类似,也是采用先脱硫、再中温脱硝的 方式,脱硝后的催化剂也要加热再生。 中科院兰州化物所开发的低温 SCR 催化剂在 兖州某焦化厂进行的试验结果显示:在 158 ̄165 ℃ 时,入口 NOx 浓度不超过 1200 mg/m3 且 SO2 浓度不 超过 150 mg/m3 时,脱硝率可达 85%。 由合工大、合肥晨晰环保和湖北思搏盈环保共 同研发的“焦炉煤气焚烧尾气中低温 SCR 脱硝研究 及应用技术”中的催化剂放弃了传统的钒钛系列,以 棒石黏土矿物为载体、MnO2 等为活性组分。该工艺 在河北某焦化企业进行了中试,检测结果显示脱硝 效果较好。 山西帅科化工设计有限公司在美国利特尔福德 先生关于多污染物处理专利技术的基础上,开发了 一种焦化烟气综合处理工艺,其主要特点是在氧化 剂发生装置改进基础上的脱硝效率的提升和运行成 本的降低。此外,陕西国电热工研究所开发的低温稀 土 SCR 催化剂,能够实现低于 200 ℃的脱硝,但具 体情况不详。
3 低温脱硝技术研究及应用现状
3.1 低温脱硝技术研究现状 低温脱硝技术最关键的问题是研发出低温条件
下高活性且抗 SO2、抗 H2O 的催化剂。其中以 V、Ti、 活性炭等为基本载体催化剂,以 Mn、Cu、Ce、Co 等元 素或其氧化物为添加剂,是研究重点。
在 V2O5 广泛应用于中温 SCR 脱硝后,大量的 低温催化的研究首先集中在以钒为基础的相关催化 剂开发方面。Koebel 等[2]研究发现,对于 3%V2O5-8% WO3/TiO2 催化剂,低温下 NH3 更易与 NO2 反应。 Kang 等[3]研究了先采用 Pt/A12O3 催化剂将 NO 氧化 为 NO2,然后采用在 Cu/Al2O3 催化剂上喷氨,150 ℃ 时的脱硝率可达 90%。Lee 等[4]通过采用 VOx/TiO2 催 化剂,也实现了和 Kang 等[3]同样的实验结果。究其原 因,可能是不同价态的 V 共存提高了催化剂的氧化 还原性能,从而促进了 NO 向 NO2 的氧化,但具体催 化机理尚无定论。Huang 等[5]以 V2O5/ 活性炭为催化 剂,以 NH3 为还原剂,在 150~250 ℃时脱硝率可达 92%,且抗 SO2 中毒能力强;黄张根等[6]进行了类似 实验,结果发现,150 ℃时 SO2 就引起了 20%的钒催 化剂失活。水也会引起催化活性的降低,而且低温时 影响程度更大(125 ℃时降低 45%)。
development.
【Keywords】 coke oven; flue gas; lower temperature de-NOx
1 引言
2012 年 6 月 27 日,环保部及国家质监总局共 同 发 布 的 《炼 焦 化 学 工 业 污 染 物 排 放 标 准》 (GB16171-2012),明确要求了目前所有焦化企业烟 道气中 NOx (氮氧化物) 的排放浓度必须低于 500 mg/m3,特别限值地区应低于 150 mg/m3,甚至有些不 属于重点控制区域的政府部门,也要求本区域内焦 化企业按照特别限值地区的指标执行。
严峻的环保压力迫使焦化企业不得不面对 NOx 的排放控制问题。本文在对焦化企业工艺特点以及 焦炉烟道气特性进行总结分析的基础上,阐述了国 内外焦炉烟道气脱硝技术的研究和发展现状,探讨 了目前所存在问题的处理对策,并对未来的发展进 行了展望。
2 焦化工艺特点及其烟道气特性
2.1 焦化工艺特点 在我国,焦炭作为炼铁原料的焦化厂约 520 家,
其次,Mn 基、Cu 基和 Ce 基催化剂因为有较强 的氧化还原能力和较大的单位面积活性而被广泛关 注。Valdes-Solis 等[7]研究发现,负载到碳陶瓷整体料 上的锰氧化物催化剂具有较高的活性,即使在温度 150 ℃ 的 条 件 下 ,NOx 整 体 脱 除 率 最 高 仍 可 达 到 70% 左 右 。 但 该 类 型 催 化 剂 容 易 因 硫 酸 盐 失 活 。
(1)国外应用情况 荷兰壳牌公司 20 世纪 90 年代开发的低温脱硝 系统主要包括 V/Ti 催化剂和低压降反应器。该系统 要求反应温度大于 120 ℃,空速 2500 ̄40000 m3/h, 脱硝效率一般维持在 65% ̄97%。该技术已经应用于 荷兰、美国、德国、比利时、丹麦、印度、中国等国家。 其中,我国涉及的企业包括柳州化工股份、宁波万华 聚氨酯有限公司、湖北华强化工等。不过,该技术主 要处理对象都是以燃气在加热器、窑炉、燃气发动机 和燃气轮机中燃烧产生的烟气,烟气量一般较小(小 于 50000 m3/h)。 奥地利 Ceram 公司开发的钒钛体系低温催化剂 (钒含量为 0% ̄3%),其活性温度较壳牌公司的高, 最低应用温度时 150 ℃(德国乌帕塔尔项目)。该催 化剂应用领域和处理烟气量与壳牌公司类似。 日本的低温脱硝技术很早便涉及到焦炉烟气处 理方面。其基本原理还是 SCR 法,先后在 Kawasaki 钢铁千叶焦化厂、Amagasaki 钢铁冲绳焦化厂和横滨 Tsurumi 煤气厂采用,脱硝效率可达 90%。该催化剂 的使用温度较高,为 220 ̄250 ℃,而且为了抵抗催
【Abstract】 The de-NOx of coke oven flue gas is a major difficulty of environmental pro- tection for coking enterprises at present. Based on summarizing and analysis of the technologi-
cal features of coking plants and characteristics of coke oven flue gas, the paper describes the
current research and development status of low temperature de-NOx technology for coke oven flue gas, discusses on countermeasures to existing problems and gives an expectation of future