CN106334444A - 一种焦炉烟气低温连续脱硝工艺及其反应器 - Google Patents

一种焦炉烟气低温连续脱硝工艺及其反应器 Download PDF

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王蕾
胡洧冰
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Abstract

本发明公开了一种焦炉烟气低温连续脱硝工艺及其反应器，该反应器分为2～9个相对独立的区域，各区域之间设有绝热设施，各区域内设有脱硝催化剂、整流格栅、吹灰器、压差变送器及焦炉烟气进气管路等。当反应器某区域由于烟气中的SO2与NH3反应生成的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质大量沉积在催化剂表面导致催化剂活性降低时，关闭该区域烟气进气阀门，并向该区域内通入热气源，促使硫酸氢铵、硫酸铵等物质受热分解，脱硝催化剂再生，而不影响其余区域内脱硝装置的运行。本发明操作简单，安全可靠，占地面积小，运行成本低。

Description

一种焦炉烟气低温连续脱硝工艺及其反应器
技术领域
本发明属于大气污染控制技术领域，特别涉及一种焦炉烟气低温连续脱硝工艺及其反应器。
背景技术
焦炉烟气为焦炉煤气燃烧后产生的废气，主要有SO2、NOx及烟尘等，污染物呈有组织高架点源连续性排放，是污染最为严重的行业之一。随着国家对大气污染治理的日益重视，焦炉烟气污染物(尤其氮氧化物)的治理已迫在眉睫。
焦炉烟气的温度通常较低，在200℃-300℃之间。目前成熟的电力行业选择性催化还原(SCR)脱硝技术适用烟气温度在300℃-420℃之间，因此，焦炉烟气脱硝不适用常规的中高温SCR脱硝技术，而通常采用低温脱硝催化剂脱硝技术，或是通过加热烟气至中高温SCR催化剂作用温度进行氮氧化物的脱除。由于焦炉烟气气量较大，加热烟气需要消耗大量的燃料，导致运行费用较高，难以满足焦化企业需求；采用低温脱硝催化剂对焦炉烟气进行氮氧化物的脱除，其脱除效率可满足要求，但是催化剂在低温条件下与含硫的焦炉烟气易生成硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质，堵塞催化剂孔道，降低脱硝效率(研究表明，排气温度低于270℃时，氨气容易与三氧化硫反应生成硫酸氢铵、硫酸铵等物质；排气温度高于300℃时，硫酸氢铵、硫酸铵等物质很容易分解生成NH3、SO3及H2O等)。故亟待发明一种运行费用低、催化剂易再生的适用于焦炉烟气低温脱硝的工艺及相应的反应器。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种焦炉烟气专用的低温连续SCR脱硝工艺及其反应器，采用该反应器系统在有效脱除烟气中氮氧化物的同时，能够更好地解决脱硝催化剂再生问题，保证再生时连续脱硝，降低运行成本。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种焦炉烟气低温连续脱硝工艺，所述脱硝工艺为SCR脱硝工艺，该工艺采用具有2～9个相互独立区域的反应器，当某个区域中的脱硝催化剂被粘性物质附着、孔道堵塞后开启清理程序，包括关闭该区域上端的焦炉烟气进气管路阀门，打开该区域上端布置的热气源管路阀门，热气进入该区域分解粘性物质，复活脱硝催化剂，清理程序结束，然后关闭所述热气源管路阀门，打开所述焦炉烟气进气管路阀门，继续进行脱硝；与此同时，其他未堵塞区域正常运行，实现连续脱硝。
根据本发明的焦炉烟气低温连续脱硝工艺的一些具体实施例，所述粘性物质包括硫酸氢铵或/和硫酸铵。
在本发明的一些实施例中，采用具有4～6个相互独立区域的反应器。
作为一种优选的技术方案，反应器的各个独立区域的进出口设有压差变送器来监测堵塞情况，当所述压差变送器的压差超出设定值时开启所述清理程序。正常运行状态下，压差小于反应器进出口压差设定值，脱硝装置运行时，由于不断生成硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质沉积于脱硝催化剂表面，会造成催化剂孔道堵塞，压差增加，由此可间接反映出由于硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质沉积于脱硝催化剂表面对脱硝催化剂造成的堵塞程度。所述清理程序的开启可以是手动开启，也可以是自动化的开启。
作为一种优选的技术方案，反应器的各个独立区域出口设有NH3浓度检测器来监测清理程序的进度，当NH3浓度检测器恢复到该区域被堵塞前的值时，清理完全，继续进行脱硝。正常使用状态下，焦炉烟气与氨喷嘴喷射进入烟道的氨气混合均匀后，从烟道进入SCR反应器内各区域，氮氧化物与NH3经脱硝催化剂作用生成N2及H2O，NH3浓度较低，当开启清理程序时，热气源进入反应器该区域后，加热催化剂，促使堵塞催化剂的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质受热逐渐分解生成NH3、SO2、H2O等，自反应器出口排出反应器，反应器出口NH3浓度增加，当检测到反应器出口NH3浓度趋于正常值时，说明黏性物质清理基本完全。
本发明还提供一种用于焦炉烟气低温连续脱硝工艺的反应器，该反应器与现有技术的SCR反应器相比，分为相互独立的2～9个区域，各区域之间设有绝热设施，以使某个区域被热源气加热时，其他区别不受影响；各区域内部设置相同，区域上端设有焦炉烟气进气管路及阀门和热气源管路及阀门，区域内设有低温脱硝催化剂、整流格栅、吹灰器和温度传感器。
焦炉烟气进入反应器入口的温度为200℃-300℃，烟气中NO2浓度不高于1800mg/m3，脱硝催化剂采用低温抗硫脱硝催化剂，适用烟气温度200℃-350℃、适用空速3000h-1-8000h-1。各反应区域内脱硝催化剂根据需要设置2-4层。
所述相互独立的2～9个区域可采用任何可行的布局方式。作为优选，相互独立的2～9个区域可以采用2×1、3×1、2×2、2×3、2×4或3×3的布局方式设置。
作为优选的技术方案，各区域的进出口设有压差变送器，用于检测所在区域的堵塞情况，各区域的出口设有NH3浓度检测器，用于监测清理程序的进度。
作为优选的技术方案，焦炉烟气进气管路和热气源管路的阀门是自动控制阀门。
所述热气源来自厂内天然气、焦炉煤气、高炉煤气中的一种或几种的燃烧气体，进入反应器时其温度为300℃-500℃。
根据本发明的一些实施例，用本发明的反应器进行焦炉烟气低温连续脱硝，包括以下步骤：
1、正常使用状态下，焦炉烟气与氨喷嘴喷射进入烟道的氨气混合均匀后，从烟道进入SCR反应器内各区域，氮氧化物与NH3经脱硝催化剂作用生成N2及H2O，从反应器出口排出。此状态下，各区域内焦炉烟气入口阀门打开，热气源入口阀门关闭，无热气源进入反应器；
2、当反应器任意一个区域的压差变送器检测到反应器进出口压差大于反应器进出口压差设计值时，说明NH3与烟气中的SO2(或已氧化为SO3)反应生成的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质堵塞催化剂严重，此时：a)关闭该区域焦炉烟气入口阀门，可开启清理程序；b)打开热气源入口阀门，热气源进入反应器内该区域，加热促使硫酸氢铵、硫酸铵等物质分解；c)焦炉烟气进入反应器其余未堵塞区域进行氮氧化物的脱除；
3、热气源进入反应器被堵塞区域后，通过热气流加热催化剂，促使堵塞催化剂的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质受热逐渐分解生成NH3、SO2、H2O等，自反应器出口排出反应器，反应器出口NH3浓度增加，当检测到反应器出口NH3浓度趋于正常值时，将热气源入口阀门关闭，打开焦炉烟气入口阀门，使烟气均匀进入反应器所有区域；
4、若该区域反应器进出口压差变送器示值正常时，说明催化剂再生成功，可恢复正常使用状态；否则，重复2-4步。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、对于长时间运行导致活性降低的脱硝催化剂，可通过简单方便的原位再生使其活性得到恢复；
2、脱硝催化剂再生过程中，不需拆卸各种设备，不需通入大量热源加热烟气，仅需少量热气源即可满足催化剂再生要求，降低了运行成本；
3、不需设置备用脱硝反应器，降低投资成本及占地面积；
4、再生过程中，除再生区域外，其余各反应区可正常运行，保证脱硝反应器长期连续运转；
5、脱硝催化剂由于硫酸氢铵、硫酸铵中毒时，可对其进行原位再生，无需拆卸脱硝催化剂，无需停止设备运转；
6、脱硝催化剂再生过程中，无含硫烟气干扰，再生效果好。
附图说明
图1是本发明的结构及流程示意图；
图2是本发明实施例1与2所述反应器的分区示意图，共4个区域，采用2×2布局设置；
图3是本发明实施例3所述反应器的分区示意图，共6个区域，采用2×3布局设置；
图中标号：1.氨气入口 2.压差变送器 3.焦炉烟气进气管道及控制阀门 4.热气源入口 5.整流格栅 6.脱硝催化剂 7.SCR反应器 8.反应器支座 9.吹灰器 10.温度传感器 11.NH3浓度检测器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参见附图1和2，一种焦炉烟气低温连续脱硝反应器为SCR脱硝反应器，分为A、B、C及D四个独立的区域，各区域之间设有绝热设施，各区域内分别设有独立的压差变送器(2)、焦炉烟气进气管道阀门(3)、热源气阀门(4)、整流格栅(5)，脱硝催化剂(6)、吹灰器(9)、温度传感器(10)、NH3浓度检测器(11)。SCR脱硝反应器(7)置于反应器支架(8)上。
其中，脱硝催化剂为低温抗硫脱硝催化剂，为V2O5-WO3/TiO2系列催化剂，设置3层；压差变送器(2)用于监测脱硝反应器进出口的压差，可间接反映出由于硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质沉积于脱硝催化剂表面对脱硝催化剂造成的堵塞程度。
焦炉烟气进入反应器入口温度为300℃，烟气中NO2浓度为800mg/m3，脱硝催化剂采用V2O5-WO3/TiO2系低温抗硫脱硝催化剂，适用温度200℃-350℃、适用空速3000h-1-8000h-1。
各反应区域内脱硝催化剂设置3层，可保证任意三个反应区域处于工作状态下即可满足脱硝要求。
反应器各区域上端设有焦炉烟气进气管路及可自动控制的阀门，并设有均匀布置的热气源入口及管道、阀门，热气源来自厂内焦炉煤气的燃烧气体，进入反应器时的热气源温度为380℃。
1、正常使用状态下，焦炉烟气与氨气入口(1)喷射进入烟道的氨气混合均匀后，从烟道进入SCR反应器，氮氧化物与NH3经脱硝催化剂作用生成N2及H2O从反应器出口排出；此状态下，各区域内焦炉烟气入口阀门打开，热气源入口阀门关闭，无热气源进入反应器；
2、当反应器长期运转后，A区域的压差变送器检测到反应器进出口压差大于反应器进出口压差设计值时，说明生成的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质堵塞催化剂严重，此时：a)关闭A区域焦炉烟气入口阀门；b)打开A区域热气源入口阀门，热气源进入反应器内A区域，加热促使硫酸氢铵、硫酸铵等物质分解；c)焦炉烟气进入反应器B、C、D三个区域进行氮氧化物的脱除；
3、热气源进入反应器该区域后，通过热气流加热催化剂，促使堵塞催化剂的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质分解生成NH3、SO2、H2O等，反应器出口NH3浓度增加，当连续通入热气源6小时后，检测到反应器出口NH3浓度趋于正常值时，将热气源入口阀门关闭，打开焦炉烟气入口阀门，使烟气均匀进入反应器四个区域，检测到A区反应器进出口压差变送器示值正常，恢复正常使用状态。
实施例2
参见附图1和2，一种焦炉烟气低温连续脱硝反应器为SCR脱硝反应器，分为A、B、C及D四个独立的区域，各区域之间设有绝热设施，各区域内分别设有独立的压差变送器(2)、焦炉烟气进气管道阀门(3)、热源气阀门(4)、整流格栅(5)，脱硝催化剂(6)、吹灰器(9)、温度传感器(10)、NH3浓度检测器(11)。脱硝反应器(7)置于反应器支架(8)上。
其中，脱硝催化剂为低温抗硫脱硝催化剂，为V2O5-WO3/TiO2系列催化剂，设置3层；压差变送器(2)用于监测脱硝反应器进出口的压差，可间接反映出由于硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质沉积于脱硝催化剂表面对脱硝催化剂造成的堵塞程度。
焦炉烟气进入反应器入口温度为280℃，烟气中NO2浓度为1100mg/m3，脱硝催化剂采用V2O5-WO3/TiO2系低温抗硫脱硝催化剂，适用温度200℃-350℃、适用空速3000h-1-8000h-1。
各反应区域内脱硝催化剂设置3层，可保证任意三个反应区域处于工作状态下即可满足脱硝要求。
反应器各区域上端设有焦炉烟气进气管路及可自动控制的阀门(3)，并设有均匀布置的热气源入口及管道、阀门(4)，热气源来自厂内焦炉煤气的燃烧气体，进入反应器时的热气源温度为350℃。
1、正常使用状态下，焦炉烟气与氨气入口(1)喷射进入烟道的氨气混合均匀后，从烟道进入SCR反应器，氮氧化物与NH3经脱硝催化剂作用生成N2及H2O从反应器出口排出；此状态下，各区域内焦炉烟气入口阀门打开，热气源入口阀门关闭，无热气源进入反应器；
2、当反应器长期运转后，C区域的压差变送器检测到反应器进出口压差大于反应器进出口压差设计值时，说明生成的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质堵塞催化剂严重，此时：a)关闭C区域焦炉烟气入口阀门；b)打开C区域热气源入口阀门，热气源进入反应器内C区域，加热促使硫酸氢铵、硫酸铵等物质分解；c)焦炉烟气进入反应器A、B、D三个区域进行氮氧化物的脱除；
3、热气源进入反应器该区域后，通过热气流加热催化剂，促使堵塞催化剂的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质分解生成NH3、SO2、H2O等，反应器出口NH3浓度增加，当连续通入热气源4.5小时后，检测到反应器出口NH3浓度趋于正常值时，将热气源入口阀门关闭，打开焦炉烟气入口阀门，使烟气均匀进入反应器四个区域，检测到C区反应器进出口压差变送器示值仍偏高；
4、a)关闭C区域焦炉烟气入口阀门；b)打开C区域热气源入口阀门，热气源进入反应器内C区域，加热促使硫酸氢铵、硫酸铵等物质分解；c)焦炉烟气进入反应器A、B、D三个区域进行氮氧化物的脱除。当再次通入热气源后，反应器出口NH3浓度逐渐增加，持续2小时后，检测到反应器出口NH3浓度趋于正常值时，将热气源入口阀门关闭，打开焦炉烟气入口阀门，使烟气均匀进入反应器四个区域，检测到C区反应器进出口压差变送器示值正常，恢复正常使用状态。
实施例3
参见附图1和3，一种焦炉烟气低温连续脱硝反应器为SCR脱硝反应器，分为A、B、C、D、E及F六个区域，各区域相互独立，各区域之间设有绝热设施，各区域内分别设有独立的压差变送器(2)、焦炉烟气进气管道阀门(3)、热源气阀门(4)、整流格栅(5)，脱硝催化剂(6)、吹灰器(9)、温度传感器(10)、NH3浓度检测器(11)。脱硝反应器(7)置于反应器支架(8)上。
其中，脱硝催化剂为低温抗硫脱硝催化剂，为V2O5-WO3/TiO2系列催化剂，设置3层；压差变送器(2)用于监测脱硝反应器进出口的压差，可间接反映出由于硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质沉积于脱硝催化剂表面对脱硝催化剂造成的堵塞程度。
焦炉烟气进入反应器入口温度为290℃，烟气中NO2浓度为1100mg/m3，脱硝催化剂采用V2O5-WO3/TiO2系低温抗硫脱硝催化剂，适用温度200℃-350℃、适用空速3000h-1-8000h-1。
各反应区域内脱硝催化剂设置3层，可保证任意五个反应区域处于工作状态下即可满足脱硝要求。
反应器各区域上端设有焦炉烟气进气管路及可自动控制的阀门(3)，并设有均匀布置的热气源入口及管道、阀门(4)，热气源来自厂内焦炉煤气的燃烧气体，进入反应器时的热气源温度为380℃。
1、正常使用状态下，焦炉烟气与氨气入口(1)喷射进入烟道的氨气混合均匀后，从烟道进入SCR反应器，氮氧化物与NH3经脱硝催化剂作用生成N2及H2O从反应器出口排出；此状态下，各区域内焦炉烟气入口阀门打开，热气源入口阀门关闭，无热气源进入反应器；
2、当反应器长期运转后，A区域的压差变送器检测到反应器进出口压差大于反应器进出口压差设计值时，说明生成的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质堵塞催化剂严重，此时：a)关闭A区域焦炉烟气入口阀门；b)打开A区域热气源入口阀门，热气源进入反应器内A区域，加热促使硫酸氢铵、硫酸铵等物质分解；c)焦炉烟气进入反应器B、C、D、E、F五个区域进行氮氧化物的脱除；
3、热气源进入反应器该区域后，通过热气流加热催化剂，促使堵塞催化剂的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质分解生成NH3、SO2、H2O等，反应器出口NH3浓度增加，当连续通入热气源6小时后，检测到反应器出口NH3浓度趋于正常值时，将热气源入口阀门关闭，打开焦炉烟气入口阀门，使烟气均匀进入反应器六个区域，检测到A区反应器进出口压差变送器示值正常，恢复正常使用状态。

Claims (10)

1.一种焦炉烟气低温连续脱硝工艺，所述脱硝工艺为SCR脱硝工艺，其特征在于，该工艺采用具有2～9个相互独立区域的反应器，当某个区域中的脱硝催化剂被粘性物质附着、孔道堵塞后开启清理程序，包括关闭该区域上端的焦炉烟气进气管路阀门，打开该区域上端布置的热气源管路阀门，热气进入该区域分解粘性物质，复活脱硝催化剂，清理程序结束，然后关闭所述热气源管路阀门，打开所述焦炉烟气进气管路阀门，继续进行脱硝；与此同时，其他未堵塞区域正常运行，实现连续脱硝。
2.根据权利要求1所述的焦炉烟气低温连续脱硝工艺，其特征在于，所述粘性物质包括硫酸氢铵或/和硫酸铵。
3.根据权利要求1所述的焦炉烟气低温连续脱硝工艺，其特征在于，该工艺采用具有4～6个相互独立区域的反应器。
4.根据权利要求1所述的焦炉烟气低温连续脱硝工艺，其特征在于，反应器的各个独立区域的进出口设有压差变送器来监测堵塞情况，当所述压差变送器的压差超出设定值时开启所述清理程序。
5.根据权利要求1所述的焦炉烟气低温连续脱硝工艺，其特征在于，反应器的各个独立区域出口设有NH3浓度检测器来监测清理程序的进度，当NH3浓度检测器恢复到该区域被堵塞前的值时，清理完全，继续进行脱硝。
6.一种用于权利要求1～5任意一项所述的焦炉烟气低温连续脱硝工艺的反应器，其特征在于，该反应器分为相互独立的2～9个区域，各区域之间设有绝热设施，各区域内部设置相同，区域上端设有焦炉烟气进气管路及阀门和热气源管路及阀门，区域内设有低温脱硝催化剂、整流格栅、吹灰器和温度传感器。
7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，相互独立的2～9个区域可以采用2×1、3×1、2×2、2×3、2×4或3×3的布局方式设置。
8.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，各区域的进出口设有压差变送器，用于检测所在区域的堵塞情况，各区域的出口设有NH3浓度检测器，用于监测清理程序的进度。
9.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，焦炉烟气进气管路和热气源管路的阀门是自动控制阀门。
10.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，热气源来自厂内天然气、焦炉煤气、高炉煤气中的一种或几种的燃烧气体，进入反应器时其温度为300℃-500℃。
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