CN105597501B - 一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法 - Google Patents

一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及炭黑生产过程尾气处理技术，并提供了一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法，其处理步骤包括炭黑尾气脱水；干燥废气脱水；将脱水尾气送入尾气燃烧器和助燃空气混合燃烧得尾气燃烧气；尾气燃烧气送到锅炉炉膛和第一部分脱水废气在炉膛高温区混合，再依次通过锅炉水冷壁管、过热器与第二部分脱水废气混合后进入脱硝反应器进行脱硝处理；将脱硝处理后的废气与第三部分脱水废气混合后进入脱硫塔进行脱硫处理。本发明可采用现有的脱水、脱硝、脱硫设备，不需要投资新建设备，将炭黑生产干燥过程的含有氮氧化物和硫氧化物的干燥废气和锅炉运行过程中的脱硝、脱硫相结合，综合治理，废气达标排放，不造成二次污染。

Description

一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法
技术领域
本发明涉及一种炭黑生产过程中尾气处理技术，尤其是一种炭黑生产过程中尾气的脱水净化处理。
背景技术
炭黑生产是以煤焦油或天然气为燃料和空气燃烧产生高温高速气流轴向通过燃烧室后部的喉管，在喉管位置径向喷入原料油，原料油在反应炉内高温裂解而成炭黑。炭黑通过袋滤器分离后，收集下来的炭黑通过风机送至造粒机造粒，造粒机将粉状炭黑造粒成型。由袋滤器排出的炭黑尾气经尾气加压风机加压后，一部分进入尾气燃烧炉燃烧作为干燥机热源，大部分送至尾气锅炉作为燃料产生蒸汽，蒸汽带动蒸汽汽轮机工作发电，产生的电能给炭黑装置供电。
干燥废气是指炭黑尾气经尾气燃烧锅炉燃烧，燃烧温度在1050℃左右，产生的烟气给干燥机提供热量干燥炭黑，并经袋滤器收集炭黑后排出，温度在200℃左右、含水量约为50％、含有氮氧化物和硫氧化物的气体。这部分气体一直和产品接触，不能采用SCNR方法脱硝，因排气温度低，也不能采用SCR方法，目前有厂家采用改变燃烧方式降低氮氧化物的生成，使氮氧化物的排放减少50％，但这部分废气也很难达到达标排放标准。
尾气燃烧锅炉产生的废气是指作为锅炉燃料的炭黑尾气在锅炉炉膛燃烧后，经锅炉壁、过热器、省煤器、空预器等进行热交换后排出的含水量约为35％、含有微量纳米炭黑粉尘的废气。这部分废气整个过程都是热交换过程，其脱硝采用SNCR法、SCR法、改变燃烧方式降低氮氧化物的生成法中的一种、或两种组合，但效果都不理想。
因两种废气中都含有大量的水蒸气，在脱硫过程中产生大量的冷凝水析出，这些水和脱硫过程中的脱硫剂相混合，化学成分复杂，对环境造成二次污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法，对炭黑生产过程中产生的废气进行脱硫、脱硝处理，使废气达标排放，对环境不造成二次污染。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法，炭黑生产过程中废气包括作为锅炉燃料的炭黑尾气和作为炭黑干燥热源的干燥废气，所述的废气在尾气燃烧锅炉燃烧过程中依次经脱硝反应器、脱硫塔进行脱硝、脱硫处理，所述尾气燃烧锅炉包括尾气燃烧器、锅炉炉膛、锅炉水冷壁管、过热器、省煤器、空预器，包括以下步骤：
(a)炭黑尾气脱水：对炭黑尾气进行脱水、预热处理；得到含水量≤10％、温度为130-170℃的脱水尾气；
(b)干燥废气脱水：对干燥废气进行脱水、预热处理；得到含水量≤10％、温度为130-170℃的脱水废气；所得的脱水废气分为第一部分、第二部分、第三部分三个部分；
(c)将步骤(a)所得的脱水尾气送入尾气燃烧器和助燃空气混合燃烧得尾气燃烧气；
(d)将步骤(c)的尾气燃烧气送到锅炉炉膛和步骤(b)所得的第一部分脱水废气在锅炉炉膛高温区混合，再依次通过锅炉水冷壁管、过热器与第二部分脱水废气混合后进入脱硝反应器进行脱硝处理；
(e)将步骤(d)脱硝处理后的废气经省煤器、空预器后与第三部分脱水废气混合后进入脱硫塔进行脱硫处理。
进一步的，所述的第一部分脱水废气与送入尾气燃烧器的脱水尾气的体积比为1﹕1.3-1.7；调节锅炉炉膛高温区温度为1000-1150℃。
进一步的，步骤(d)中第二部分脱水废气由脱硝反应器前部引入，调节脱硝反应器中温度为310-390℃。
进一步的，步骤(e)中脱硫塔进口温度≤200℃。
进一步的，炭黑尾气脱水和干燥废气脱水的废水经处理后作为脱硫塔脱硫浆液或炭黑造粒过程中的造粒水使用。
本发明的有益效果是：本发明的技术方案对炭黑尾气和干燥废气进行脱水后再分别进行脱硝、脱硫处理，脱硝、脱硫效率达90％以上，废气达标排放；本发明的技术方案可采用现有的脱水、脱硝、脱硫设备，不需要投资新建设备，因除去气体中的水分，需脱硝、脱硫的气量减少，因此整个处理过程投资费用减少；将炭黑生产干燥过程的含有氮氧化物和硫氧化物的干燥废气和锅炉运行过程中的脱硝、脱硫相结合，综合治理，废气达标排放，不造成二次污染。
附图说明
图1是炭黑尾气、干燥废气脱水示意图；
图2是本发明技术方案的工艺流程结构示意图；
图中标记为：1-尾气燃烧锅炉、11-尾气燃烧器、12-锅炉炉膛、13-锅炉水冷壁管、14-过热器、15-省煤器、16-空预器、2-脱硝反应器、3-脱硫塔、4-浆液泵、5浆液槽、6-废气排放口、7-脱水废气、71-第一部分脱水废气、72-第二部分脱水废气、73-第三部分脱水废气、8-脱水尾气、91-热管换热器、92-喷淋塔、93-喷淋泵、94-水槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法，炭黑生产过程中废气包括作为锅炉燃料的炭黑尾气和作为炭黑干燥热源的干燥废气，所述的废气在尾气燃烧锅炉1燃烧过程中依次经脱硝反应器2、脱硫塔3进行脱硝、脱硫处理，所述尾气燃烧锅炉1包括尾气燃烧器11、锅炉炉膛12、锅炉水冷壁管13、过热器14、省16煤器、空预器16，包括以下步骤：
(a)炭黑尾气脱水：对炭黑尾气进行脱水、预热处理；得到含水量≤10％、温度为130-170℃的脱水尾气7；
炭黑尾气脱水后，含水量降低，热值由2260-2653KJ/Nm3，提高到3809-4253KJ/Nm3；脱水后，含水量降低，为后续废气处理时催化剂的选择更加广泛，热值提高，为综合处理提供了空间；
(b)干燥废气脱水：对干燥废气进行脱水、预热处理；得到含水量≤10％、温度为130-170℃的脱水废气；所得的脱水废气分为第一部分71、第二部分72、第三部分73三个部分；
由于干燥废气含水量达50％以上，为了达到综合脱硝的效果，需要进行脱水处理；
(c)将步骤(a)所得的脱水尾气送入尾气燃烧器11和助燃空气混合燃烧得尾气燃烧气；
(d)将步骤(c)的尾气燃烧气送到锅炉炉膛12和步骤(b)所得的第一部分脱水废气71在锅炉炉膛12高温区混合，再依次通过锅炉水冷壁管13、过热器14与第二部分脱水废气72混合后进入脱硝反应器2进行脱硝处理；
脱水废气具有低氧低温的特点，第一部分脱水废气直接喷进锅炉炉膛高温区，降低高温区温度，从而减少氮氧化物的生成，脱硝效率达90％以上。；
(e)将步骤(d)脱硝处理后的废气经省煤器15、空预器后16与第三部分脱水废气73混合后进入脱硫塔3进行脱硫处理；脱硫效率达90％以上。
进一步的，所述的第一部分脱水废气71与送入尾气燃烧器的脱水尾气8的体积比为1﹕1.3-1.7；调节锅炉炉膛12高温区温度为1000-1150℃；在第一部分脱水废气71与送入尾气燃烧器的脱水尾气8的体积比为1﹕1.3-1.7时，可保证锅炉炉膛的整体温度、烟气量和燃烧不脱水尾气相当水平；既保证了锅炉的蒸发量，又保证了后续干燥废气脱硝效果；炉膛高温区温度为1000-1150℃时，可降低在燃烧过程中氮氧化物的生成，为后续脱硝创造有利条件。
进一步的，步骤(d)中第二部分脱水废气由脱硝反应器2前部引入，调节脱硝反应器2中温度为310-390℃；超温对催化剂寿命有影响，调节废气进入催化层的温度，使温度在催化剂最适宜的范围内，催化剂可选用最常用的钒钛催化剂。
进一步的，步骤(e)中脱硫塔3进口温度≤200℃；第三部分脱水废气由空预器出口到脱硫塔3进口之间加入，既可调节脱硫塔3温度，又给干燥废气处理系统调整空间；因脱硫塔3采用了环氧树脂玻璃鳞片做防腐处理，因此进口温度不能超过200℃。
进一步的，炭黑尾气脱水和干燥废气脱水的废水经处理后作为脱硫塔脱硫浆液或炭黑造粒过程中的造粒水使用；炭黑尾气脱水时析出的水为0.3kg/Nm3，20000吨/年的硬质炭黑生产线的析出水量约为5.3吨/小时；干燥废气脱水时析出的水量约为0.72kg/Nm3，20000吨/年的硬质炭黑生产线的析出水量约为8吨/小时；合计约为13.3吨/小时，这些水经过处理后作为脱硫浆液使用，也可返回到生产线作为造粒水使用；废水综合利用，既节约了资源，又减少环境污染。
如图2所示，以尾气燃烧锅炉1作为炭黑尾气及干燥废气的燃烧处理装置，尾气燃烧锅炉包括尾气燃烧器11、锅炉炉膛12、锅炉水冷壁管13、过热器14、省煤器15、空预器16，所述的废气在尾气燃烧锅炉1燃烧过程中依次经脱硝反应器2、脱硫塔3进行脱硝、脱硫处理后排放。
如图1所示的，来自炭黑生产区的炭黑尾气，温度为190-210℃，经热管换热器91降温至120-140℃，进入喷淋塔92脱水后含水量≤10％，再回到热管换热器91进行预热到130-170℃，去尾气燃烧锅炉1作为燃料燃烧；
来自炭黑生产区干燥机的干燥废气，温度为190-210℃，经热管换热器91降温至120-140℃，进入喷淋塔92脱水后含水量≤10％，再回到热管换热器91进行预热到130-170℃，去锅炉尾气燃烧锅炉1、脱硝、脱硫系统综合治理。
如图2所示，脱水尾气8进入尾气燃烧器11和助燃空气混合燃烧后，所得的尾气燃烧气进入锅炉炉膛12，锅炉炉膛12高温区温度达1150-1350℃，第一部分脱水废气71喷进锅炉炉膛12高温区与尾气燃烧气混合，使高温区温度为1000-1150℃，所述的送入锅炉炉膛的第一部分脱水废气71与送入锅炉的脱水尾气8的体积比为1﹕1.3-1.7；混合废气依次通过锅炉水冷壁管13、过热器14与第二部分脱水废气72混合后进入脱硝反应器2进行脱硝处理；脱硝处理后的混合废气经省煤器15、空预器16后与第三部分脱水废气73混合后温度≤200℃，进入脱硫塔3进行脱硫处理后，混合废气中氮氧化物的含量小于100mg/Nm3，硫氧化物含量小于160mg/Nm3，由废气排放口6排放。
实施例1：
某厂有二条30000吨/年硬质生产线，总的炭黑尾气量为2x32000Nm3/h，水蒸汽含量40％，送锅炉炭黑尾气为48000Nm3/h，经脱水后温度为130-170℃，送入锅炉尾气燃烧器的脱水尾气量为29750Nm3/h。干燥废气约2x18000Nm3/h，水蒸气含量50％，氮氧化物含量800mg/Nm3，硫氧化物含量1600mg/Nm3。经脱水后温度为130-170℃，脱水废气量为18970Nm3/h，进入锅炉炉膛的第一部分脱水废气量为17500Nm3/h，锅炉炉膛高温区温度为1000-1150℃。进入脱硝反应器的第二部分脱水废气量为1470Nm3/h，第二部分脱水废气由脱硝反应器的脱硝喷氨装置前部引入，调节脱硝反应器中温度为310-390℃。经废气排放口排出的废气中氮氧化物为80mg/Nm3,硫氧化物为160mg/Nm3。脱硝反应器脱硝效率90％,脱硫效率90％。
实施例2：
某厂有一条30000吨/年硬质生产线，有一条30000吨/年软质生产线。尾气量为48000Nm3/h，水蒸汽含量40％，送锅炉尾气为32000Nm3/h，经脱水后送入锅炉尾气燃烧器的脱水尾气量为20176Nm3/h。于燥废气约2x18000Nm3/h，水蒸气含量50％，氮氧化物含量800mg/Nm3，硫氧化物含量1600mg/Nm3。经脱水后脱水废气量为18720Nm3/h，进入锅炉炉膛的第一部分脱水废气量为15520Nm3/h，进入脱硝反应器的第二部分脱水废气量为1600Nm3/h。进入脱硫塔的第三部分脱水废气量为1600Nm3/h，调节脱硫塔进口温度≤200℃。经废气排放口排出的废气中氮氧化物为75mg/Nm3,硫氧化物为120mg/Nm3。脱硝反应器脱硝效率91％,脱硫效率92.5％。
炭黑尾气脱水和干燥废气脱水的废水经处理后作为脱硫塔脱硫浆液或造粒水使用。

Claims (5)

1.一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法，炭黑生产过程中废气包括作为锅炉燃料的炭黑尾气和作为炭黑干燥热源的干燥废气，所述的废气在尾气燃烧锅炉燃烧过程中依次经脱硝反应器、脱硫塔进行脱硝、脱硫处理，所述尾气燃烧锅炉包括尾气燃烧器、锅炉炉膛、锅炉水冷壁管、过热器、省煤器、空预器，其特征在于，包括以下步骤：
(a)炭黑尾气脱水：对炭黑尾气进行脱水、预热处理；得到含水量≤10％、温度为130-170℃的脱水尾气；
(b)干燥废气脱水：对干燥废气进行脱水、预热处理；得到含水量≤10％、温度为130-170℃的脱水废气；所得的脱水废气分为第一部分、第二部分、第三部分三个部分；
(c)将步骤(a)所得的脱水尾气送入尾气燃烧器和助燃空气混合燃烧得尾气燃烧气；
(d)将步骤(c)的尾气燃烧气送到锅炉炉膛和步骤(b)所得的第一部分脱水废气在锅炉炉膛高温区混合，再依次通过锅炉水冷壁管、过热器与第二部分脱水废气混合后进入脱硝反应器进行脱硝处理；
(e)将步骤(d)脱硝处理后的废气经省煤器、空预器后与第三部分脱水废气混合后进入脱硫塔进行脱硫处理。
2.根据权利要求1所述的一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法，其特征在于，所述的第一部分脱水废气与送入尾气燃烧器的脱水尾气的体积比为1﹕1.3-1.7；调节锅炉炉膛高温区温度为1000-1150℃。
3.根据权利要求1所述的一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法，其特征在于，步骤(d)中第二部分脱水废气由脱硝反应器前部引入，调节脱硝反应器中温度为310-390℃。
4.根据权利要求1所述的一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法，其特征在于，步骤(e)中脱硫塔进口温度≤200℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种炭黑生产过程中废气脱硫、脱硝的方法，其特征在于，炭黑尾气脱水和干燥废气脱水的废水经处理后作为脱硫塔脱硫浆液或炭黑造粒过程中的造粒水使用。
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