CN109370622B - 一种活性焦干法烟气净化系统及其工艺 - Google Patents

一种活性焦干法烟气净化系统及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种活性焦干法烟气净化系统，包括焦炉、余热锅炉、净化塔、再生塔、氨水汽化器，烟囱；焦炉包含地下烟道、相间配置的炭化室和燃烧室、上升管，上升管通过荒煤气集气管连通至荒煤气净化系统；地下烟道的焦炉烟气出口通过第一烟气管路与余热锅炉连接，焦炉烟气出口通过第二烟气管路与氨水汽化器进口连接，氨水汽化器出口设有第一氨气管路和第二氨气管路，第一烟气管路与第一氨气管路汇合后进入净化塔的进气室；氨水汽化器通过第二氨气管路与净化塔的过渡气室连接，再生塔的再生气出口通过再生气管路与焦炉连接，净化塔净化后的烟气进入烟囱排放。同时提供了其工艺，本发明工艺流程简单、操作简便，且能降低成本同时提高系统效能。

Description

一种活性焦干法烟气净化系统及其工艺
技术领域
本发明涉及化工及石油化工烟气净化技术领域，尤其涉及一种活性焦干法烟气净化系统及其工艺。
背景技术
焦化行业是仅次于火力发电的第二用煤大户，燃煤烟气中的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)是影响大气质量的主要污染物。2015年1月1日起，国家颁布的《炼焦化学工业污染物排放标准》开始正式实施，对焦炉烟气的SO2和NOx的排放提出了严格的要求。在当前开发的众多烟气脱硫脱硝技术当中，活性焦烟气净化技术在焦炉烟气净化中得到了比较广泛的应用。
焦炉烟气成分复杂，活性焦利用自身广谱的吸附脱除功能，对焦炉烟气中的SO2和NOx等污染物进行物理和化学吸附，从而达到烟气集成净化的目的。现有活性焦法焦炉烟气净化技术副产物处理技术主要有将再生气引入克劳斯炉、制酸系统或硫氨系统，需要增加除尘设备等再生气处理设备，从而增加装置的投资，给系统联动操作增加负担，系统运行稳定性降低，从而影响整个系统的效能。
因此，本领域技术人员迫切需要开发一种成本降低，工艺流程简单、操作简便、且能提高系统效能的活性焦干法烟气净化系统及其工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺流程简单、操作简便，且能降低成本同时提高系统效能的活性焦干法烟气净化系统及其工艺。
本发明提供的技术方案如下：
一种活性焦干法烟气净化系统，包括焦炉、余热锅炉、净化塔、再生塔、氨水汽化器，烟囱；所述焦炉自下而上包含地下烟道、相间配置的炭化室和燃烧室、位于炭化室顶部的上升管，所述上升管通过荒煤气集气管连通至荒煤气净化系统；所述净化塔包含进气室、过渡气室、出气室；所述进气室、过渡气室内置有用于净化烟气的活性焦；
所述地下烟道的焦炉烟气出口通过第一烟气管路与余热锅炉连接，所述焦炉烟气出口通过第二烟气管路与氨水汽化器进口连接，所述氨水汽化器出口设有第一氨气管路和第二氨气管路，所述第一烟气管路与所述第一氨气管路汇合后进入净化塔的进气室；所述氨水汽化器通过第二氨气管路与净化塔的过渡气室连接，所述再生塔的再生气出口通过再生气管路与焦炉连接，所述净化塔净化后的烟气自出气室通过管路进入烟囱排放。
优选的，所述再生气出口通过再生气管路与焦炉的上升管连接；或者；所述再生气出口通过再生气管路与焦炉炭化室的顶部连接。
进一步的，所述再生气管路采用电伴热系统进行铺设。
进一步的，所述再生气管路内的再生气温度不低于200℃。
进一步的，所述再生塔内的再生气进入焦炉的温度不低于250℃。
优选的，所述第一烟气管路上设有用于对经过余热锅炉的焦炉烟气做进一步降温的空冷器。
进一步的，所述空冷器中控制焦炉烟气温度降为120～135℃，保证净化塔内脱附反应所需的温度。
优选的，所述氨水汽化器外接有热空气和氨水系统；当焦炉烟气条件无法满足氨水汽化要求时，接入热空气对氨水进行汽化。
优选的，所述氨水汽化器出口设有温度表，控制氨水汽化器出口气体温度大于140℃。
进一步，控制氨水汽化器出口气体的温度为145℃。
本发明还提供了一种活性焦干法烟气净化工艺，包括如下的处理步骤：
S1、自焦炉中地下烟道的出口流出的烟气：一路通过第一烟气管路送至余热锅炉，作为热源回用；另一路通过第二烟气管路流动至氨水汽化器的进口对氨水进行汽化；氨水汽化后获得的氨气源一路通过第一氨气管道与经过余热锅炉及空冷器降温处理的烟气汇合而后进入净化塔的进气室；另一路从第二氨气管路直接进入净化塔的过渡气室；所述净化塔净化后的烟气自出气室通过管路进入烟囱排放；
S2、将净化塔中排出的活性焦经过再生塔再生后所产生富含SO2的再生气输送至焦炉上升管或者炭化室；
S3、使再生气中的SO2与焦炉中荒煤气的H2成分反应直接生成H2S，然后进入荒煤气净化系统处理后生成硫磺或者硫氨的高附加值产品。
优选的，步骤S2中，控制焦炉上升管或者炭化室炉顶的气体温度超过700℃，此时焦炉内的流通介质为荒煤气，荒煤气中含50％左右的氢气；
步骤S3中，控制混合后的荒煤气与再生气在气体温度超过500℃，并且控制混合的体积比H2:SO2>10。
优选的，步骤S1中，所述氨水汽化器出口设有温度表，控制氨水汽化器出口气体温度大于140℃；并且，通过监测氨水汽化器出口的温度表来调节第二烟气管路的流量。
本发明提供的活性焦干法烟气净化系统及其工艺，能够带来以下有益效果：
1)本发明系统设置简单，相应的工艺流程也得到简化，无需增设再生气除尘等处理设备和工序，降低了系统成本；通过直接将再生气引入焦炉与荒煤气反应生成H2S，再进入焦化厂现有净化系统进行后续处理，处理后生成硫磺或者硫氨等高附加值产品，操作简单，给系统联动操作降低负担，提高系统运行稳定性，从而提高整个系统的效能。
此外，利用本发明的工艺，对焦炉烟气中主要污染物SO2的去除效率达到了95％、NOx的去除效率达到了85％，同时粉尘含量小于15mg/Nm3，整个工艺脱硫脱氮的稳定性达到95％以上。
2)本发明所提供的用于焦化行业的活性焦干法烟气净化系统增设空冷器，使焦炉烟气能够更加符合活性焦脱附SO2和NOx的温度要求，系统运行更加稳定，脱除性能更高。
3)本发明所提供的用于焦化行业的活性焦干法烟气净化系统分别在第一烟气管路和过渡气室进行两路加氨，可以提高氨的利用率，减少氨逃逸。
4)本发明所提供的用于焦化行业活性焦干法烟气净化系统除了余热锅炉进行热量回收以外，还利用焦炉烟气对氨水进行汽化，能量利用率高。
附图说明
图1是本发明提供的一种活性焦干法烟气净化系统示意图；
附图标号说明：
1-焦炉；10-再生气管路；11-上升管；12-炭化室；13-燃烧室；14-地下烟道；15-荒煤气集气管；2-余热锅炉；3-空冷器；4-净化塔；41-进气室；42-过渡气室；43-出气室；5-再生塔；6-氨水汽化器；7-烟囱；81-第一烟气管路；82-第二烟气管路；91-第一氨气管路；92-第二氨气管路。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
实施例1
如图1所示，为一种活性焦干法烟气净化系统，包括焦炉1、余热锅炉2、净化塔4、再生塔5、氨水汽化器6，烟囱7；所述焦炉自下而上包含地下烟道14、若干相间配置的若干炭化室12和燃烧室13、位于炭化室12顶部的上升管11，所述上升管11通过荒煤气集气管15连通至焦化厂现有的荒煤气净化系统；所述净化塔4包含进气室41、过渡气室42、出气室43；所述进气室41、过渡气室42内置有用于净化烟气的活性焦；
所述地下烟道14的焦炉烟气出口一路通过第一烟气管路81与余热锅炉2连接，另一路通过第二烟气管路82与氨水汽化器6进口连接，所述氨水汽化器6出口设有第一氨气管路91和第二氨气管路92，所述第一烟气管路81与所述第一氨气管路91汇合后进入净化塔4的进气室41；所述氨水汽化器6通过第二氨气管路92与净化塔4的过渡气室42连接，所述再生塔5的再生气出口通过再生气管路10与焦炉1的上升管连接；所述净化塔4净化后的烟气自出气室43通过管路进入烟囱7排放。
本实施例中，直接将再生塔5的再生气引入到焦炉中与荒煤气中的H2发生反应，反应生成的H2S随荒煤气一同进入荒煤气净化系统进行后续处理工艺，相较现有技术而言，无需增设再生气除尘等处理设备，操作及工艺流程简单，设备成本同时得到降低。并且，系统中通过氨水汽化器提供氨气源，分别供给第一烟气管路81和过渡气室42进行加氨，增设的过渡气室实现了两路加氨，可以提高氨的利用率，减少氨逃逸；同时使得净化塔4内烟气的主要污染成分NOx与氨气发生催化还原反应，生成N2和H2O，加入的氨会与吸附的二氧化硫生成的硫酸发生反应生成硫酸铵等，也有助于提高活性焦的脱硫活性，同时也可以降低活性焦的消耗、在活性焦吸附饱和时在一定程度上提高脱硫效果。此外，该系统中除了余热锅炉进行热量回收以外，还利用焦炉烟气对氨水进行汽化，使整体的能量利用率高。
作为优选的技术方案，所述的再生气出口通过再生气管路10与焦炉1的上升管11连接，或者通过再生气管路与焦炉炭化室12的顶部连接。从而使活性焦加热解析后所产生的富含SO2的再生气与荒煤气中的H2充分反应，生成H2S直接送入焦化厂现有的荒煤气净化系统中进行后处理即可。
作为进一步优选的技术方案，所述再生气管路采用电伴热系统进行铺设，从而，可控制所述再生气管路内的再生气温度不低于200℃。为了促进再生气进入焦炉与其中的荒煤气反应充分、提高净化效率，所述再生塔内的再生气进入焦炉的温度不低于250℃。
实施例2
如图1所示，为一种活性焦干法烟气净化系统，包括焦炉1、余热锅炉2、净化塔4、再生塔5、氨水汽化器6，烟囱7；所述焦炉自下而上包含地下烟道14、若干相间配置的的炭化室12和燃烧室13、位于炭化室12顶部的上升管11，所述上升管11通过荒煤气集气管15连通至焦化厂现有的荒煤气净化系统；所述净化塔4包含进气室41、过渡气室42、出气室43；所述进气室41、过渡气室42内置有用于净化烟气的活性焦；
所述地下烟道14的焦炉烟气出口一路通过第一烟气管路81与余热锅炉2连接，另一路通过第二烟气管路82与氨水汽化器6进口连接，所述氨水汽化器6出口设有第一氨气管路91和第二氨气管路92，所述第一烟气管路81与所述第一氨气管路91汇合后进入净化塔4的进气室41；所述氨水汽化器6通过第二氨气管路92与净化塔4的过渡气室42连接，所述再生塔5的再生气出口通过再生气管路10与焦炉1的上升管连接；所述净化塔4净化后的烟气自出气室43通过管路进入烟囱7排放。
作为优选的技术方案，所述第一烟气管路81上设有用于对经过余热锅炉的焦炉烟气做进一步降温的空冷器3。比如，焦炉烟气经过所述余热锅炉2后温度为160℃左右再进入空冷器3进一步降温，温度降为120～135℃，保证净化塔4内脱附反应所需的温度，使净化塔4内烟气的主要污染成分SO2和NOx与氨气发生催化还原反应而充分脱附，有效净化烟气。
本实施例中在活性焦干法烟气净化系统中的第一烟气管路上增设空冷器3，使焦炉烟气能够更加符合活性焦脱附SO2和NOx的温度要求，系统运行更加稳定，脱除性能更高。
另外，所述氨气汽化器6外接有热空气和作为还原剂氨气来源的氨水系统；当焦炉烟气条件无法满足氨水汽化要求时，可接入热空气对氨水进行汽化。
此外，所述氨水汽化器6出口还设有温度表，控制氨水汽化器出口气体温度大于140℃；优选为145℃。并且，可以通过监测氨水汽化器6出口的温度表来调节第二烟气管路82的流量，当温度高于140℃时，可根据实际工况适当降低流量，保证氨气的催化还原处理效率；当低于该温度时，需要增加该管路的流量，提高氨水汽化器出口温度，防止催化反应不充分；具体的第二烟气管路82的流量可通过流量调节阀或者风机运行频率来调节控制。
实施例3
本实施例为一种活性焦干法烟气净化工艺，包括如下的处理步骤：
S1、自焦炉1中地下烟道14的出口流出的烟气：一路通过第一烟气管路81送至余热锅炉2，作为热源回用；另一路通过第二烟气管路82流动至氨水汽化器6的进口对氨水进行汽化；氨水汽化后获得的氨气一路通过第一氨气管道91与经过余热锅炉2及空冷器3降温处理的烟气汇合而后进入净化塔4的进气室41；另一路从第二氨气管路92直接进入净化塔4的过渡气室42；通过两路加氨，可提高氨的利用率，减少氨逃逸；所述净化塔4内经活性焦净化后的烟气自出气室43通过管路进入烟囱7排放；
S2、将净化塔4排出的活性焦经过再生塔5再生后所产生富含SO2的再生气输送至焦炉上升管11或者炭化室12；
S3、使再生气中的SO2与焦炉中荒煤气的H2成分反应直接生成H2S，然后进入焦化厂现有的荒煤气净化系统处理后生成硫磺或者硫氨等高附加值产品。
本实施例中，直接将再生塔5的再生气引入到焦炉中与荒煤气发生反应，反应生成H2S随荒煤气一同进入荒煤气净化系统进行后续处理工艺，操作及工艺流程简单。并且，系统中通过氨水汽化器提供氨气源，分别供给第一烟气管路81和过渡气室42进行加氨，提高氨的利用率；同时使得净化塔4内烟气的主要污染成分NOx与氨气发生催化还原反应，生成N2和H2O，加入的氨会与吸附二氧化硫后生成的硫酸发生反应生成硫酸铵等，也有助于提高活性焦的脱硫活性，同时也可以降低活性焦的消耗、在活性焦吸附饱和时在一定程度上提高脱硫效果。此外，该系统中除了余热锅炉2进行热量回收以外，还利用焦炉烟气对氨水进行汽化，使整体的能量利用率高。
实施例4
本实施例为一种活性焦干法烟气净化工艺，包括如下的处理步骤：
S1、自焦炉1中地下烟道14的出口流出的烟气：一路通过第一烟气管路81送至余热锅炉2，作为热源回用，该路烟气由上游焦炉生产工况调整其烟气量，比如可根据实际工况设为12-14万标方/h；另一路通过第二烟气管路82流动至氨水汽化器6的进口对氨水进行汽化，该路烟气量根据氨水汽化器6出口温度表控制，例如当需要温度表温度为145℃时，可调为5000标方/h；氨水汽化后获得的氨气一路通过第一氨气管道91与经过余热锅炉2后温度为160℃及空冷器3进一步降温处理到120～135℃的烟气汇合而后进入净化塔4的进气室41；另一路从第二氨气管路92直接进入净化塔4的过渡气室42；通过两路加氨，可提高氨的利用率，减少氨逃逸；所述净化塔4内经活性焦净化后的烟气自出气室43通过管路进入烟囱7排放；
S2、将净化塔4排出的活性焦与新补充的活性焦经过再生塔5再生后所产生富含SO2的再生气输送至焦炉上升管11或者炭化室12，其中，通过控制再生塔5加热温度和再生气管路电伴热系统使再生气温度超过200℃，也即使再生塔内的再生气进入焦炉的温度超过200℃；并且控制焦炉上升管11或者炭化室12炉顶的气体温度超过700℃，需要说明的是，一般焦炉正常生产时都会达到此温度，此时焦炉内的流通介质为荒煤气，荒煤气中含50vol％左右的氢气；
S3、通过调整再生气管路与焦炉上升管或者炭化室顶部连接的数量来控制混合后的荒煤气与再生气的气体温度超过500℃，并控制混合的体积比H2:SO2>10，使再生气中的SO2与焦炉中荒煤气的H2成分充分反应直接生成H2S，然后进入焦化厂现有的荒煤气净化系统处理后生成硫磺或者硫氨等高附加值产品。
本实施例中通过对再生气与荒煤气接触混合的气体温度进行控制，以及对二者的体积进行控制，使再生气中的SO2能够反应充分，去除率得到有效提高，同时使系统脱硫脱氮的稳定性得到提高。经试验，如若温度和配比低于该给出的范围，容易使SO2反应不充分，影响系统的运行效果。
实施例5
本实施例为一种活性焦干法烟气净化工艺，包括如下的处理步骤：
S1、将一定量的焦炉煤气或者高炉煤气送入焦炉燃烧室中进行燃烧使炭化室内的煤经高温干馏转化为焦炭；焦炉煤气或者高炉煤气燃烧产生的焦炉烟气自焦炉1中地下烟道14的出口流出，此时烟气量为14万Nm3/h，其中主要污染物的含量为SO2：230-300mg/Nm3，NOx：900-1100mg/Nm3，粉尘：＜30mg/Nm3；一部分烟气通过第一烟气管路81送至余热锅炉2，作为热源回用；另一部分烟气通过第二烟气管路82流动至氨水汽化器6的进口进行氨水汽化；经过氨水汽化所得的氨气：一路从第一氨气管路91与经过余热锅炉2后温度为160℃及空冷器3进一步降温处理到130℃的烟气汇合而后进入净化塔4的进气室41；另一路从第二氨气管路92直接进入净化塔4的过渡气室42；所述净化塔4内经活性焦净化后的烟气自出气室43通过管路进入烟囱7排放，所排放的烟气量为14万Nm3/h，其中主要污染物的含量为SO2：＜15mg/Nm3，NOx：＜150mg/Nm3，粉尘：＜15mg/Nm3；
S2、将净化塔4排出的活性焦经过再生塔5高温再生后所产生富含SO2的再生气输送至焦炉上升管11或者炭化室12，其中，控制再生塔内的再生气进入焦炉的温度为250℃；并且控制焦炉上升管11或者炭化室12炉顶的气体温度到达900℃，此时焦炉内的流通介质为荒煤气，荒煤气中含55vol％的氢气；
S3、控制混合后的荒煤气与再生气的气体温度为600℃，并且控制混合的体积比H2:SO2为20，从而再生气中的SO2与焦炉中荒煤气的H2成分充分反应直接生成H2S，此阶段中SO2反应率达到95％，然后余下的包含H2S的气体通过荒煤气集气管15进入焦化厂现有的荒煤气净化系统处理后生成硫磺或者硫氨等高附加值产品。
通过本实施例工艺，对焦炉烟气中主要污染物SO2的去除效率达到了95％、NOx的去除效率达到了85％，同时粉尘含量小于15mg/Nm3，整个工艺脱硫脱氮的稳定性达到95％以上。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种活性焦干法烟气净化系统，其特征在于：
包括焦炉、余热锅炉、净化塔、再生塔、氨水汽化器，烟囱；所述焦炉自下而上包含地下烟道、若干相间配置的炭化室和燃烧室、位于炭化室顶部的上升管，所述上升管通过荒煤气集气管连通至荒煤气净化系统；所述净化塔包含进气室、过渡气室、出气室；所述进气室、过渡气室内置有用于净化烟气的活性焦；
所述地下烟道的焦炉烟气出口通过第一烟气管路与余热锅炉连接，所述焦炉烟气出口通过第二烟气管路与氨水汽化器进口连接，所述氨水汽化器出口设有第一氨气管路和第二氨气管路，所述第一烟气管路与所述第一氨气管路汇合后进入净化塔的进气室；所述氨水汽化器通过第二氨气管路与净化塔的过渡气室连接，所述再生塔的再生气出口通过再生气管路与焦炉的上升管连接或与焦炉炭化室的顶部连接，所述净化塔净化后的烟气自出气室通过管路进入烟囱排放。
2.根据权利要求1所述的活性焦干法烟气净化系统，其特征在于：
所述再生气管路采用电伴热系统进行铺设。
3.根据权利要求2所述的活性焦干法烟气净化系统，其特征在于：
所述再生气管路内的再生气温度不低于200℃。
4.根据权利要求1所述的活性焦干法烟气净化系统，其特征在于：
所述第一烟气管路上设有用于对经过余热锅炉的焦炉烟气做进一步降温的空冷器；
所述空冷器中控制焦炉烟气温度降为120～135℃。
5.根据权利要求1所述的活性焦干法烟气净化系统，其特征在于：
所述氨水汽化器外接有热空气和氨水系统。
6.根据权利要求1所述的活性焦干法烟气净化系统，其特征在于：
所述氨水汽化器出口设有温度表，控制氨水汽化器出口气体温度超过140℃。
7.一种活性焦干法烟气净化工艺，其特征在于，包括如下的处理步骤：
S1、自焦炉中地下烟道的出口流出的烟气：一路通过第一烟气管路送至余热锅炉，作为热源回用；另一路通过第二烟气管路流动至氨水汽化器的进口对氨水进行汽化；氨水汽化后获得的氨气源一路通过第一氨气管道与经过余热锅炉及空冷器降温处理的烟气汇合而后进入净化塔的进气室；另一路从第二氨气管路直接进入净化塔的过渡气室；所述净化塔净化后的烟气自出气室通过管路进入烟囱排放；
S2、将净化塔排出的活性焦经过再生塔再生后所产生富含SO2的再生气输送至焦炉上升管或者炭化室；
S3、使再生气中的SO2与焦炉中荒煤气的H2成分反应直接生成H2S，然后进入荒煤气净化系统处理后生成硫磺或者硫氨的高附加值产品。
8.根据权利要求7所述的活性焦干法烟气净化工艺，其特征在于：
步骤S2中，控制焦炉上升管或者炭化室炉顶的气体温度超过700℃，此时焦炉内的流通介质为荒煤气，荒煤气中含体积分数为45-55％的氢气；
步骤S3中，控制混合后的荒煤气与再生气在气体温度超过500℃，并且控制混合的体积比H2:SO2>10。
9.根据权利要求7所述的活性焦干法烟气净化工艺，其特征在于：
步骤S1中，所述氨水汽化器出口设有温度表，控制氨水汽化器出口气体温度大于140℃；并且，通过监测氨水汽化器出口的温度表调节第二烟气管路的流量。
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