CN108704474A - 焦炉烟气及克劳斯尾气组合处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焦炉烟气及克劳斯尾气组合处理工艺，属于焦化行业的节能环保领域。包括来自焦炉水平烟道的焦炉烟气经余热回收后送入焦炉烟气脱硫脱硝装置中，焦炉烟气中的NOx催化还原成氮气后外排；焦炉烟气中的SO2经吸附、解析后得富含SO2气体与来自硫化氢解析塔中的富含H2S气体一起送入克劳斯炉反应生成含硫蒸汽的克劳斯尾气，含硫蒸汽的克劳斯尾气进入硫冷凝器分离出液态硫磺及降温后克劳斯尾气，一部分降温后克劳斯尾气进入克劳斯炉经加热后进入硫化氢解析塔中作为解吸H2S的气提气源和热源，一部分降温后克劳斯尾气进入尾气燃烧装置并经余热回收后送入焦炉烟气脱硫脱硝装置。该工艺彻底消除传统焦炉烟气治理中脱硫副产物的二次污染。

Description

焦炉烟气及克劳斯尾气组合处理工艺
技术领域
本发明涉及焦炉烟气脱硫及硫资源回收，属于焦化行业的节能环保领域，具体地涉及一种焦炉烟气及克劳斯尾气组合处理工艺。
背景技术
据统计，近两年全国每年SO2和NOx排放总量均在1800多万吨，煤炭焦化是工业用煤领域主要污染源之一，焦炉烟气是焦化企业中最主要的废气污染源，约60％的SO2及90％NOx来源于此。
焦炉烟道废气(简称焦炉烟气)为焦炉煤气燃烧后的产物，其主要成分有CO2、H2O、N2、SO2、NOx等，其中，SO2、NOx为对环境造成影响的污染物。由于焦炉废气呈有组织高架点源连续性排放，故焦化企业目前为污染严重的行业。
2012年6月环境保护部发布了焦化工业大气污染物排放新标准，规定从2015年起焦炉烟囱燃烧尾气中SO2浓度＜50mg/m3，NOx浓度＜500mg/m3，粉尘浓度＜30mg/m3。
限于焦炉生产工艺条件、炉体窜漏等多方面因素的制约，焦化企业必须使用烟气脱硫脱硝装置才能保证废气排放达标。
烟气脱硫脱硝虽然在电力等行业属于成熟技术，但是在常规焦化行业，不仅工艺优化、投资和运行成本方面存在各种问题，而且存在二次废弃物处理难题，尤其是在焦化厂安全运行方面(焦炉应急切换和烟筒吸力安全保障)还没有很好的解决办法。
同时脱硫脱硝一体化的技术工艺总体上分为两类：一是将现有的单独脱硫和脱硝的技术进行组合；二是基于氧化还原机理，利用氧化剂将SO2和NO分别氧化为SO3和NO2后再进行吸收。常见的同时脱硫脱硝技术主要有以下几种：
活性炭吸附同时脱硫脱硝一体化技术是一种成熟的工艺技术，能同时脱除SO2、NOx、重金属等多种污染物，特别适合高SO2浓度的烟气治理。但活性炭吸附的烟气温度宜为120～160℃，而焦炉烟道气温度通常都在170～230℃范围内，因此，焦化烟气的温度条件并不合适。
湿法石灰石/石灰-石膏法(WFGD)和选择性催化还原(SCR)均是成熟的脱硫和脱硝工艺技术。因此，将这两种工艺组合，形成WFGD+SCR同时脱硫脱硝一体化技术，是一种常见的方法，在我国已经有许多工程应用。但是这些处理方法均存在脱硫副产物无法资源化利用的难题。
SCR+活性焦法将将升温后焦炉烟道气送入脱硝反应器进行脱硝；将脱硝完成后的烟气进入活性焦解析塔，进行塔内脱硫活性焦的解析再生。活性焦具有良好的孔道结构和高比表面积，能够与烟气中的SO2发生物理吸附和化学吸附。烟气中没有水存在的时候，SO2被吸附在活性焦的微孔结构中发生物理吸附；烟气中存在水的情况下，活性焦会吸附SO2并且反应产生硫酸、亚硫酸发生化学吸附。
高效氧化吸收脱硫脱硝法将O3、H2O2作为NO的氧化剂，氨水为吸收剂。烟气中部分NO被O3氧化，剩余的NO进入二级氧化***被H2O2氧化。氧化产物随烟气进入吸收塔中与SO2一起被氨水吸收。由于烟气温度达到100℃时，O3将完全分解，这严重影响了NO的氧化效率，并导致NO净化效率的不稳定性。另一方面，产生O3的发生装置很难大型化，也是限制这种技术的一个关键因素之一。
通过对目前已投运的几套SDA+SCR焦炉烟气脱硫脱硝装置运行状况跟踪分析发现，存在的主要问题是***堵塞、硫污染物导致二次污染。所以如何将电力等行业成熟脱硫脱硝技术成功移植到焦化行业，或开发新的焦炉烟气脱硫脱硝技术是焦化厂共同面临的难题，也成为严重制约环保新标准落实的关键因素。
另一方面，大多数焦化厂在对焦炉煤气进行脱硫时，脱除下来的H2S要么生产硫酸，要么生产硫磺。无论生产哪种副产物，生产过程中均有废气产生，该废气一般并入到荒煤气管网中，既造成管网的腐蚀，还影响煤气的品质。
综上，现有的焦炉烟气治理工艺中存在如下技术问题：
(1)现有焦炉煤气脱硫制硫磺后的克劳斯尾气一般采取洗涤降温后并入荒煤气管网中，在后续煤气脱硫时尾气带入SO2的进入吸收液中，既增加了脱硫废液的盐分，还造成硫资源的流失，同时还增加了煤气脱硫剂的消耗；
(2)现有焦炉烟气活性炭脱硫脱硝工艺一般要配套建设制硫酸***，投资大，还需配套建设制酸过程产生的酸废水治理***。制酸后的尾气混入活性炭脱硫脱硝塔前的焦炉烟气中，对塔前区域烟气管道造成一定的腐蚀；
(3)现有的焦炉烟气SDA+SCR脱硫脱硝工艺，脱硫副产物为固态废弃物，无法进行资源化利用，对环境造成二次污染；
(4)现有的焦炉烟气SDA+SCR脱硫脱硝工艺，脱硫过程为半干法，***堵塞频繁，运行稳定性差；
(5)现有焦炉烟气炭基催化脱硫组合SCR脱硝工艺，虽然脱硫副产物为低浓度的稀硫酸，硫污染物进行了资源化回收利用，但其利用价值低(该稀硫酸由于浓度在10％左右，不能直接作为焦化硫铵工序的硫酸原料，需进一步浓缩或与浓硫酸混配才能使用)。同时该工艺在脱硝时，烟气升温能耗高，导致脱硫脱硝投资大、运行成本高；
(6)现有焦炉煤气脱硫制硫磺后的克劳斯尾气量约为煤气量的10％，该部分尾气并入荒煤气管网后，增大了焦炉煤气净化***的运行负荷，降低了焦炉煤气的热值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了可实现焦炉烟气中硫污染物资源化利用，彻底消除传统焦炉烟气治理中脱硫副产物二次污染的焦炉烟气及克劳斯尾气组合处理工艺。
为实现上述目的，本发明公开了一种焦炉烟气及克劳斯尾气组合处理工艺，包括来自焦炉水平烟道的含有SO2和NOx的焦炉烟气经余热回收后送入焦炉烟气脱硫脱硝装置中，焦炉烟气中的NOx催化还原成氮气后送入烟囱外排；焦炉烟气中的SO2经吸附、解析后得富含SO2气体与来自硫化氢处理装置的硫化氢解析塔中的富含H2S气体一起送入克劳斯炉的燃烧段中反应生成含硫蒸汽的克劳斯尾气，所述含硫蒸汽的克劳斯尾气进入硫冷凝器分离出液态硫磺及降温后克劳斯尾气，一部分降温后克劳斯尾气进入克劳斯炉的尾气冷却段经加热后进入硫化氢解析塔中作为解吸H2S的气提气源和热源，一部分降温后克劳斯尾气进入尾气燃烧装置中与补充的空气或从焦炉水平烟道引入的助燃烟气混合后燃烧，经余热回收后又送入脱硫脱硝装置。
进一步地，在硫冷凝器中完成降温后克劳斯尾气经电捕焦油器用于除去克劳斯尾气中焦油、硫磺及残炭。
再进一步地，所述焦炉烟气脱硫脱硝装置采用活性炭吸附脱硫催化脱硝工艺。
更进一步地，还向克劳斯炉的燃烧段补充用于提高反应热量的煤气与空气，燃烧段的反应温度为1300℃。
更进一步地，所述克劳斯炉还包括汽化冷却段，向汽化冷却段补充冷却软水。
本发明工艺的有益效果主要体现在如下几方面：
(1)本发明设计的工艺避免了现有的焦化克劳斯尾气并入焦炉煤气的荒煤气管网引起的焦炉煤气品质下降及管网的腐蚀；
(2)本发明设计的工艺节省了原有的焦炉烟气活性炭吸附催化胶硫脱硝工艺需建制酸***的投资及运行成本，消除了原制酸***的酸废水污染；
(3)本发明设计的工艺将部分克劳斯尾气作为焦炉煤气脱硫后富液解吸气提的气源，有效回收利用了该部分克劳斯尾气的余热，与原***采用蒸汽作为解吸气源相比，降低了焦化废水产生量，提高了H2S的回收率(尾气中含有SO2和CO2，这两种气体在水中的pH值远低于H2S溶于水中的pH值，在气提时，这两种气体溶于水后降低了H2S在水中的溶解度，提高了解吸效果)；
(4)本发明设计的工艺采用将克劳斯尾气与焦炉烟气混合一起处理，节省了原克劳斯尾气的处理成本，处理后的硫污染物进入克劳斯炉作为克劳斯反应所需的SO2，提高了硫污染物的回收率和高值化利用率。
附图说明
图1为本发明焦炉烟气及克劳斯尾气组合处理的工艺流程图；
其中，图1中的各部件标号如下：
焦炉100(其中：焦炉烟气出口110)；
焦炉烟气脱硫脱硝装置200(其中：吸附反应塔210(其中：第一烟气进口211、第一烟气出口212、反应塔出料口213、反应塔进料口214、)、二氧化硫解析塔220(其中：二氧化硫气体出口221、解析塔进料口222、解析塔出料口223))、第一余热锅炉200a；
硫化氢处理装置300(其中：硫化氢解析塔310(其中：硫化氢气体出口311、第一尾气进口312)、硫化氢吸收塔320)；
克劳斯炉400(其中：燃烧段410、汽化冷却段420、尾气冷却段430(其中：循环克劳斯尾气进口440、循环克劳斯尾气出口450))；
硫冷凝器500、电捕焦油器500a；
尾气燃烧装置600；
焦炉水平烟道700(其中：焦炉燃烧室出口段水平烟道700a、烟囱入口段水平烟道700b、调节阀700c)、烟囱700d。
具体实施方式
本发明采用以某焦化厂2×6米焦炉为例，原焦炉烟气量约250000Nm3/h，各燃烧室出来的焦炉烟气分别进入机、焦两侧的分烟道汇合后进入焦炉的水平烟道。焦炉煤气量约50000Nm3/h，克劳斯尾量约5000Nm3/h。含有5～7g/Nm3的H2S组分的荒煤气经过吸收塔，通过脱硫贫液(K2CO3溶液或氨水溶液)洗涤净化，其所含的95％以上的H2S组分被吸收下来，吸收了H2S的富液进入再生塔，在过热蒸汽的加热和气提作用下，将H2S组分解吸出来进入克劳斯炉内。
如图1所示，本发明公开了一种焦炉烟气及克劳斯尾气组合处理工艺，包括控制焦炉水平烟道700上的调节阀700c，由焦炉100的焦炉烟气出口110排出的含有SO2和NOx的焦炉烟气进入焦炉水平烟道700的焦炉燃烧室出口段水平烟道700a，所述含有SO2和NOx的焦炉烟气经第一余热锅炉200a余热回收后送入焦炉烟气脱硫脱硝装置200中，本发明的焦炉烟气脱硫脱硝装置200采用活性炭吸附脱硫催化脱硝工艺，具体地，所述焦炉烟气脱硫脱硝装置200包括用于吸附二氧化硫、氮氧化物及催化反应氮氧化物的吸附反应塔210、二氧化硫解析塔220，所述吸附反应塔210上设有第一烟气出口212、反应塔出料口213和反应塔进料口214，所述第一烟气出口212连接烟囱入口段水平烟道700b的进气口用于排出尾气，所述解析塔220上设有解析塔进料口222和解析塔出料口223，所述反应塔出料口213连接解析塔进料口222，所述解析塔出料口223连接反应塔进料口214，并且优选的，在所述吸附反应塔210内盛有活性炭及催化剂，所述脱硫脱硝装置200中的具体反应过程为：焦炉烟气中的二氧化硫、氮氧化物被活性炭吸附下来，氮氧化物在催化剂、一定温度下与向吸附反应塔内通入的氨气反应得到氮气，该氮气及其他尾气沿第一烟气出口212排出，而吸附二氧化硫饱和的活性炭沿反应塔出料口213、解析塔进料口222被运送至二氧化硫解析塔220中完成解析，解吸附后的活性炭又沿解析塔出料口223、反应塔进料口214被运送至吸附反应塔210中完成循环利用，而在二氧化硫解析塔220中富集得到的二氧化硫气体沿二氧化硫解析塔220上设置的二氧化硫气体出口221进入到克劳斯炉400中。
再次结合图1可知，所述硫化氢处理装置300包括硫化氢解析塔310和硫化氢吸收塔320，其中，硫化氢吸收塔320内盛装有吸收硫化氢的吸收液(K2CO3溶液或氨水溶液)，吸收硫化氢后的饱和液沿硫化氢解析塔310和硫化氢吸收塔320之间的进出料口流入到硫化氢解析塔310中，在一定的温度及其它气体的作用下又重新析出硫化氢。在所述硫化氢解析塔310上设有硫化氢气体出口311及第一尾气进口312，所述硫化氢气体出口311、二氧化硫气体出口221均连接克劳斯炉400的燃烧段410，所述克劳斯炉400还包括汽化冷却段420和尾气冷却段430，向尾气冷却段430补充煤气与空气，向汽化冷却段420补充冷却软水；进入克劳斯炉400中的硫化氢气体、富含二氧化硫气体及沿克劳斯炉400的进气口补充的煤气与空气在1300℃的温度及催化剂的作用下进行克劳斯反应得到高温含硫蒸汽的克劳斯尾气，如图1所示，在尾气冷却段430上还设有循环克劳斯尾气进口440和循环克劳斯尾气出口450，所述克劳斯炉400的尾气冷却段430连接硫冷凝器500的进气口；其中，含硫蒸汽的克劳斯尾气中的高温硫磺蒸汽在硫冷凝器500中冷却为液态硫并沿硫冷凝器500下部设置的出液口流出，本实施例优选在所述硫冷凝器500的出气口设有电捕焦油器500a，所述电捕焦油器为静电除尘器，用于除去克劳斯尾气中焦油、硫磺及残炭等微尘，所述电捕焦油器500a的出气口连接两条气体管路，一条气体管路连接尾气燃烧装置600的进气口，使得部分经静电除尘器除掉焦油、硫磺及残炭等微尘后的克劳斯尾气进入尾气燃烧装置600中，与从尾气燃烧装置600的进气口补充进的空气及焦炉水平烟道700引入的助燃烟气混合后进一步燃烧，转化克劳斯尾气中的硫化氢气体为二氧化硫后并经余热回收后再送往脱硫脱硝装置200中。另一条气体管路连接尾气冷却段430的循环克劳斯尾气进口440，所述循环克劳斯尾气出口450连接硫化氢处理装置300的第一尾气进口312，使得一部分克劳斯尾气在尾气冷却段430中进行气体之间换热升温后进入硫化氢解析塔310中为硫化氢气体的解吸提供气提气源和补充热源。
通过以上方案的实施，焦炉烟气中SO2降到50mg/Nm3、NOx降到100mg/Nm3，烟气中SO2回收利用率达到95％，与原活性炭法相比，节省焦炉烟气脱硫脱硝投资30％以上，年节省脱硫脱硝及克劳斯尾气处理运行成本2000万元以上。
综上，本发明的工艺既避免现有的焦化克劳斯尾气并入焦炉煤气的荒煤气管网引起的焦炉煤气品质下降及管网的腐蚀，又实现了焦炉烟气中硫污染物资源化利用。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种焦炉烟气及克劳斯尾气组合处理工艺，其特征在于：包括来自焦炉水平烟道(700)的含有SO2和NOx的焦炉烟气经余热回收后送入焦炉烟气脱硫脱硝装置(200)中，焦炉烟气中的NOx催化还原成氮气后送入烟囱(700d)外排；焦炉烟气中的SO2经吸附、解析后得富含SO2气体与来自硫化氢解析塔(310)中的富含H2S气体一起送入克劳斯炉(400)的燃烧段(410)中反应生成含硫蒸汽的克劳斯尾气，所述含硫蒸汽的克劳斯尾气进入硫冷凝器(500)分离出液态硫磺及降温后克劳斯尾气，一部分降温后克劳斯尾气进入克劳斯炉(400)的尾气冷却段(430)经加热后进入硫化氢解析塔(310)中作为解吸H2S的气提气源和热源，一部分降温后克劳斯尾气进入尾气燃烧装置(600)中与补充的空气或从焦炉水平烟道(700)引入的助燃烟气混合后燃烧，经余热回收后送入焦炉烟气脱硫脱硝装置(200)。
2.根据权利要求1所述焦炉烟气电迁移脱硫制硫磺工艺，其特征在于：在硫冷凝器(500)中完成降温后克劳斯尾气经电捕焦油器(500a)用于除去克劳斯尾气中焦油、硫磺及残炭。
3.根据权利要求1所述焦炉烟气电迁移脱硫制硫磺工艺，其特征在于：所述焦炉烟气脱硫脱硝装置(200)采用活性炭吸附脱硫催化脱硝工艺。
4.根据权利要求1或2或3所述焦炉烟气电迁移脱硫制硫磺工艺，其特征在于：还向克劳斯炉(400)的燃烧段(410)补充用于提高反应热量的煤气与空气，燃烧段(410)的反应温度为1300℃。
5.根据权利要求1或2或3所述焦炉烟气电迁移脱硫制硫磺工艺，其特征在于：所述克劳斯炉(400)还包括汽化冷却段(430)，向汽化冷却段(430)补充冷却软水。
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