摘要：低碳目标的提出对于炼焦行业的发展和变革有着重要的影响。研究将以低温选择性催化还原法（Selective Catalytic Reducation，SCR）+石灰-石膏双碱法脱硫方法为例，通过脱硫和脱硝试验设置分析其排放效率。结果表明，SCR反应器的最佳反应温度为380℃。在满足硫排放标准的情况下，液气比设置区间为2.0~2.5 L/m3，钠离子浓度设置区间为0.55 mol/L。研究通过试验验证了炼焦行业烟气脱硫和脱硝技术具有良好的应用效果，可实现较高的脱硝和脱硫效率，为炼焦行业的低碳目标践行提供了建设性技术参考。

　　关键词：焦炉烟气；氮氧化物；二氧化硫；SCR

　　0引言

　　低碳目标现已成为国家和社会关注的热点话题，各行各业均将此作纳入生产和发展的考虑范围，以促进低碳目标尽早实现，为地球资源的可持续发展奠定基础。炼焦行业焦化厂属于重污染行业，其生产过程中产生的焦炉烟气对于环境污染影响极其恶劣，假如不采取相应的措施进行处理，将会对大气和生态环境造成不可逆的损失。脱硫和脱硝技术工艺是解决焦炉烟气安全排放的重要手段和关键环节。选择性催化还原法Selective Catalytic Reducation，SCR）作为一种低温环境下的脱硝工艺被广泛应用于焦炉厂，但受到300℃左右烟气处理温度的限制。因此，开发可行的低温SCR脱硝催化剂具有重要意义。对于烟气中二氧化硫排放浓度仍严重超标的焦炉厂企业，可通过燃烧后脱硫技术或末端烟气净化技术降低排放浓度。研究以低温SCR+湿法脱硫技术工艺为分析对象，设置脱硫脱硝试验，探讨该技术工艺的影响参数，进而为焦化厂焦炉烟气低碳排放目标的实现提供可靠路径。

　　1排放效率试验设计

　　1.1试验对象

　　研究以山西某焦化厂为案例，结合了半干法、湿法、干法等不同脱硝技术的优势和实际企业状况。焦化厂烟气脱硝脱硫技术为低温SCR+湿法脱硫技术工艺。低温SCR脱硝技术通过催化剂的作用使得烟气中的氮氧化物和氨气充分发生反应，产生无污染的水和氮气，具有投资低、连接管道少、占地面积少等优点。在脱硝技术实施前需进行余热回收，确保催化剂的活性，进而提升脱硝的效率。烟气量为14×104 m3/h烟气温度为350℃。仪表温度为正常温度，露点温度为零下55℃,没有灰尘，油量低于0.1 ppm，空气压力为0.6 MPa。工业风温度仍然为正常温度，干燥且没有灰尘，压力的取值区间为0.4~0.6 MPa。表1是指焦炉煤气和烟气数值。依据GB16171-2012炼焦化学工业污染物排放标准，焦炉烟气NOx质量浓度不超过150 mg/m3，SO2质量浓度不超过30 mg/m3，颗粒质量浓度需不超过15mg/m3。催化剂为板式催化剂，来自江西瀚明环保科技有限公司，品牌为瀚明。催化剂体积密度为0.54 g/cm3，催化剂空隙率为89%，催化剂比表面积为478 m2/m3。模块尺寸为1 295、948、1 878 mm，使用温度150~450℃,使用周期超过3年。实验设备主要包括催化转换炉、鼓泡塔、液相色谱仪器、温度计、pH计等。温度计和PH计的型号分别为WSS-481和Mettler Toledo FE20K Plus，两者的作用是实时监测废水的pH值和温度。

　　1.2脱硫和脱硝技术工艺排放效率的试验设计

　　为评估山西某焦化厂焦炉烟气脱硫和脱硝技术工艺的可行性，研究对脱硫和脱硝技术工艺实施效果进行分析。试验分为SCR法脱硝试验和湿法脱硫两个阶段。在SCR法脱硝试验中，氮氧化物的入口浓度为600 mg/m3，脱硝反应温度的取值区间为200~400℃,催化剂体积为4.25m3。催化剂采用板式催化剂，反应器中依据2+1层的方式进行布置，催化剂模具的长、宽、高尺寸分别为1 295、948、1 878 mm。试验模拟焦化厂烟气出口的烟气条件，包括压力、总硫、硫化氢、氨苯、焦油等参数，催化转换炉的加热可调节温度为200~400℃,数量为4台，连接方式为并联或串联的组合方式。实验室需将焦炉烟气流速与实际与焦炉烟气的流速保持相同，取值区间为3.0~3.2 m/s。反应后的二级出口或三级出口依据实际需求完成采样，通过液相色谱仪器检测物质的浓度。为了确保研究结果数据的真实性，每个温度点运行时间需超过4 h，每间隔半小时取样，最终结果为所有值的平均值。为确保试验结果的可信度，测试前需进行预处理，包括催化剂样品的制备和装填、实验装置的泄漏、新鲜催化剂样品的老化。催化剂单元的脱硝效率的计算为：反应器入口处NOx的浓度和反应器出口位置NOx的浓度与反应器入口处NOx的浓度比值。

　　实验需设置如下参数，脱硫剂为氢氧化钙和氢氧化钠双碱体系，烟气量为18 000 m3/h，二氧化硫的质量浓度为400 mg/m3。实验室需将焦炉烟气流速与实际与焦炉烟气的流速保持相同，取值区间为3.0~3.2 m/s。脱硫液的pH值对脱硫塔中的反应过程有明显影响，对传质性能有明显影响，pH值低会抑制脱硫液对二氧化硫的吸收，导致脱硫效率降低；pH值过高则会使整体液相传质阻力系数增大，对系统的整体反应性能不利。鼓泡塔的pH值需定期测量，以确保数值的准确性。数据采集系统获取数据为氧化风风量、增压风机电流、烟气冷却泵电流、鼓泡塔液位、废水排放量、石灰石供浆量及含固量。鼓泡塔浆液需获取pH值、碳酸钙、亚硫酸根离子、硫酸钙指标。通过脱水石膏分析以下指标，分别为1水或2水亚硫酸钙、亚碳酸钙、2水硫酸钙。实验期间，石灰石浆液的供浆采用自动模式，使得pH值稳定。石灰石给浆量操作需平稳，当pH达到稳定条件时需稳定5~10 min后开始试验。由于鼓泡塔浆液密度过高导致脱硫效率下降，操作人员应快速通过石膏排出泵排放至事故浆液箱存放。鼓泡塔焦炉烟气二氧化硫的脱硫效率的计算为：反应器入口处二氧化硫的浓度和反应器出口位置二氧化硫的浓度与反应器入口处二氧化硫的浓度比值。

　　2焦化厂烟气低温SCR+湿法脱硫技术工艺实施效果

　　2.1脱硝技术工艺排放效率

　　为评估山西某焦化厂焦炉烟气脱硫和脱硝技术工艺的可行性，研究通过试验对脱硫和脱硝技术工艺实施效果进行分析。图1-1是指SCR反应器中的温度和脱硝效率的变化规律。伴随着SCR反应器中温度的提升，脱硝效率先逐渐上升达到最大值，当反应温度达到380℃时，脱硝效率逐渐下降。当反应温度为380℃时，脱硝效率为最大值，数值为81.25%。而当反应温度再次增加到400℃时，脱硝效率急剧下降，数值为64.25%。图1-2是空塔流速与脱硝效率的变化曲线。随着引风机烟气流量的增加，脱硝效率逐渐降低。这主要是由于空塔速率增加导致催化剂与烟气的接触时间降低，同时反应时间大幅度降低，在一定程度上干扰了选择性催化剂还原反应的进行，进而降低了脱硝效率。当空塔速率较低的情况下，脱硝装置处理较少的烟气量会导致环境效应和经济效益无法匹配。结合炼焦行业焦化厂烟气脱硝标准，最佳空塔流速设置为5 000~6 000 m3/h。

　　2.2脱硫技术工艺排放效率

　　不同pH值脱硫液和脱硫效率的变化曲线。脱硫液的pH值对反应过程有着极大的影响。当pH值过高时，传质阻力系数将会增加；反之，混合溶液的传质阻力系数将会降低。低浓度碱的脱硫效率相对于高浓度碱更低。pH值对于低浓度碱的脱硫效率的影响更大，随着pH值的增加，脱硫效率明显提升。当碱的浓度为0.2 mol/L时，最高脱硫效率数值为94.56%。当碱的浓度为0.4 mol/L时，脱硫效率随着pH值的增加而增加，最高脱硫效率数值为95.14%。而当碱的浓度为0.3 mol/L时，脱硫效率在pH值取值为5~9时波动性较大，且变化趋势较为复杂。结合不同浓度碱性脱硫液的脱硫效率变化曲线，pH值的最佳值为8.5。图2-1和图2-2分别是不同液气比和钠离子浓度与脱硝效率的变化曲线。任何碱浓度情况下，脱硫效率和液气比均呈现正比例关系。随着液气比的增加，脱硫效率逐渐提升。当液气比从1.0 L/m3增加到2.5 L/m3时，数值从95%增加到97%，而随着液气比的进一步增加，脱硫效率仍然持续增加。这是由于脱硫系统压力下降的同时，系统的能耗也进一步增加。因此在满足硫排放标准的情况下，液气比设置区间为2.0~2.5 L/m3。任何碱浓度情况下，脱硫效率和钠离子浓度均呈现相似的变化规律。当钠离子的浓度从0.35 mol/L提升到0.40 mol/L时，脱硫效率显著提升，最大值达到89.35%。而当钠离子的浓度从0.40 mol/L提升到0.45 mol/L时，脱硫效率并未出现增加趋势。但当钠离子的浓度进一步增加，脱硫效率逐渐提升。这可能是由于钠离子浓度增加将会进一步提升吸收容量，并受到液相传质性能的控制。因此在满足硫排放标准的情况下，钠离子设置区间为0.55 mol/L。

　　3结论

　　为实现炼焦行业焦化厂焦炉烟气的低碳排放，研究以低温SCR+湿法脱硫技术工艺为例，将山西某焦化厂作为试验对象，对脱硝效率和脱硫效率进行了分析。伴随着SCR反应器中温度的提升，脱硝效率先逐渐上升达到最大值，随后脱硝效率逐渐下降。当反应温度为380℃时，脱硝效率为最大值，数值为81.25%。而当反应温度再次增加到400℃时，脱硝效率急剧下降，数值为64.25%。最佳空塔流速设置为5 000-6 000 m3/h。任何碱浓度情况下，脱硫效率和液气比均呈现正比例关系。任何碱浓度情况下，脱硫效率和钠离子浓度均呈现相似的变化规律。研究为山西焦化厂的节能减排工作提供了技术支撑，可以有效提升企业的环保水平和环境治理能力。

       参考文献：

　　[1]郑亮.焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术分析[J].山西化工，2023，43（11）：227-228.

　　[2]吴静，聂宜文，颜世广，等.焦化厂焦炉烟气净化工艺选择及工程实践[J].绿色矿冶，2023，39（5）：53-57.

　　[3]徐双全.焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝技术的应用研究[J].山西化工，2023，43（8）：219-221.

　　[4]王军.活性炭烟气逆流集成净化（CCMB）技术在安钢焦炉的应用[J].宽厚板，2023，29（4）：43-45.