CN112121591A - 一种低温烟气活性炭与催化滤管复合净化工艺及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低温烟气净化工艺及其应用，所述工艺包括以下步骤：使用改性活性炭颗粒对所述低温烟气进行干法脱硫处理，得到脱硫烟气；在催化过滤装置中对得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气。所述工艺处理后的烟气含硫量、含氮量以及含尘量可达到超低排放标准，将廉价改性活性炭与催化过滤装置完美整合，降低了低温烟气的处理成本，实现了廉价活性炭的可持续利用。

Description

一种低温烟气活性炭与催化滤管复合净化工艺及其应用
技术领域
本发明属于烟气处理技术领域，涉及一种低温烟气净化工艺及其应用。
背景技术
针对中低温烟气净化过程，现有普遍工艺是采用碳酸氢钠干法脱硫、布袋除尘、中低温脱硝工艺进行烟气的净化，该工艺过程采用纯干法工艺，不产生白烟、不存在温降，同时具备脱硫、除尘、脱硝功能，在焦化、烧结等行业具有广阔的应用。但是该工艺使用碳酸氢钠为干法脱硫剂，脱硫成本高、且产生脱硫固废硫酸钠；布袋除尘器除尘效率不高，难以做到超低排放标准；中低温SCR脱硝催化剂价格高，且寿命仅为2-3年，频繁更换产生固废产生量大；使得该且该工艺在应用过程中具有局限性。或是采用碳酸氢钠作为烟气干法脱硫剂、陶瓷纤维催化滤管脱硝除尘的烟气一体化净化工艺，但该工艺过程中同样产生硫酸钠的二次固废，且钢铁焦化烟气中含有大量的水汽及粘性物质，导致硫酸钠及粉尘容易再陶瓷纤维催化滤管表面黏附，对于刚性陶瓷纤维催化管，清灰效果差，阻力增加、性能衰减快。而烧结烟气大多采用成型活性炭移动床脱硫脱硝处理，产生大量的磨损活性炭细颗粒；活性炭工业、兰炭工业及煤热解干馏工业也产生了大量具有一定表面积的炭细颗粒，这些活性炭细颗粒难以资源化利用，通常只能作为燃料进行燃烧，造成了资源的浪费。针对中低温钢铁焦化烟气的干法净化中存在的典型问题，本发明提出一种廉价活性炭细颗粒的干法脱硫与催化滤管脱硝除尘的耦合、及含硫活性炭颗粒的无害化能源利用工艺。以解决钢铁焦化领域烟气净化过程存在的固废产生量大、净化效率不高、寿命周期短的缺陷。
采用活性炭颗粒进行烟气净化具有相应的研究报道，如CN 110575741 A专利提到用流化床吸附脱硫之后，辅助臭氧氧化脱硝以及后续的湿法喷淋吸收进行烟气净化；CN210495771 U提到采用循环流化床活性炭粉脱硫脱硝系统，该系统包括了活性炭吸附、解析、振动筛及粉料仓、布袋除尘器等。CN 110075662 A提到采用一种吸附剂在循环流化床中进行石化催化裂化再生烟气的脱硫脱硝过程。CN 110772983 A提到采用多腔室移动床活性炭的低温脱硫脱硝工艺，CN 103894040 A提到烟气脱硫脱硝的活性焦移动床模块化装置等。但是上述均基于单一的活性炭脱硫脱硝工艺。考虑到活性炭对脱硫、脱硝反应机理的差异，脱硫活性较高，而脱硝活性较差，难以达到烟气超低排放要求。且上述提到的活性炭烟气净化工艺考虑到对SO2吸附容量问题及活性炭着火点的问题，通常在温度较低的条件下使用，提高活性炭的硫容量。例如应用于低温烧结烟气净化的成型活性炭的移动床脱硫脱硝工艺，该工艺在100-150℃进行，匹配热再生工艺，实现烟气中SO2的脱除与资源化回收。特别是，上述的工艺中通常选用价格相对比较贵的活性炭作为原料，并没有考虑钢铁焦化联合工艺中出现的污染物协同处理问题。针对陶瓷催化滤管的脱硝除尘专利如CN210584498 U以及CN107876043 A均强调陶瓷催化滤管，并未强调干法脱硫的匹配。而实际应用均采用碳酸氢钠或是高活性消石灰作为干法脱硫剂。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种低温烟气净化工艺及其应用，所述工艺处理后的烟气中硫、氮、尘含量均明显下降达到超低排放标准，将廉价活性炭与催化过滤装置完美整合，降低了低温烟气的处理成本，实现了固废的资源化与硫的集中处理，确保了烟气净化工艺的长寿命运行。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种低温烟气净化工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)使用活性炭颗粒对所述低温烟气进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(2)在催化过滤装置中对步骤(1)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气。
作为本发明优选的技术方案，所述步骤(1)所述低温烟气的温度为160～280℃，如170℃，180℃，190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃或270℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述活性炭颗粒包括煤质活性炭颗粒、椰壳活性炭颗粒、兰炭工业炭颗粒、活性炭工业炭颗粒、煤热解工业炭颗粒以及移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：煤质活性炭颗粒和椰壳活性炭颗粒的组合、椰壳活性炭颗粒和兰炭工业炭颗粒的组合、兰炭工业炭颗粒和活性炭工业炭颗粒的组合或活性炭工业炭颗粒和煤热解工业炭颗粒的组合等。
优选地，步骤(1)所述活性炭颗粒的粒径为0.1～5mm，如0.2mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm或4.5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述活性炭颗粒为移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒，粒径为0.2～2mm，如0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm或1.9mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述脱硫处理在流化床中进行。
作为本发明优选的技术方案，所述流化床包括流化输送床、流化鼓泡床以及带内构件的多层流化床中的任意一种，优选为流化输送床或流化鼓泡床。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述脱硫处理后的活性炭颗粒作为钢铁冶炼工业、火力发电工业或水泥工业的燃料直接使用或是单独热再生后循环利用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述催化过滤装置包括陶瓷纤维催化滤管、脱硝布袋以及陶瓷膜过滤器中的任意一种，优选为陶瓷纤维催化滤管。
本发明中，低温烟气脱硫所使用的流化床反应器与脱硝除尘装置的耦合方式可以是直接连接、或是通过旋风连接或是在流化床放大段中直接安装脱硝除尘装置。耦合方式优先选择旋风初步除尘后进入脱硝除尘装置。
本发明目的之二在于提供上述低温烟气净化工艺的应用，所述工艺应用于钢铁冶炼领域、焦化领域、活性炭工业领域、兰炭工业领域以及煤热解工业领域，但并不仅限于上述领域。
作为本发明优选的技术方案，所述工艺应用于钢铁冶炼领域的具体步骤包括：
(a)将钢铁冶炼产生的烟气进行活性炭移动床脱硫脱硝处理，得到移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒；
(b)使用步骤(a)得到的移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒对低温烟气进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(c)在催化过滤装置中对步骤(b)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(d)将步骤(b)脱硫处理后的活性炭颗粒以及步骤(c)除尘得到的细粉作为钢铁冶炼的燃料进行热再生循环利用。
具体的，本发明将对钢铁烧结烟气活性焦脱硫脱硝过程、焦化中低温烟气净化过程进行整合，形成全新的基于活性炭、过滤除尘脱硝装置的钢铁焦化烟气净化工艺。该工艺优先选择烧结烟气脱硫脱硝过程中产生的磨损活性焦细颗粒，在流化床反应器中进行焦化烟气的干法脱硫后，夹带活性炭粉尘的烟气经过旋风分离之后，与氨气混合，进入脱硝除尘一体化反应器中，进行烟气的脱硝除尘，从而实现烟气的净化。而经过烟气脱硫且硫氧化物吸附饱和后的颗粒活性炭，进行热脱附再生或是在钢铁、电力行业作为燃料燃烧后，含硫烟气再进行集中处理，以实现低含硫、小规模烟气的低成本洁净化处理过程。
作为本发明优选的技术方案，所述工艺应用于焦化领域、活性炭工业领域、兰炭工业领域以及煤热解工业领域的具体步骤包括：
(A)使用活性炭工业、兰炭工业或煤热解工业产生的炭颗粒对低温烟气进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(B)在催化过滤装置中对步骤(A)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(C)将步骤(A)脱硫处理后的炭颗粒以及步骤(B)除尘得到的细粉作为火力发电工业或水泥工业的燃料进行热再生循环利用。
具体的，本发明以活性炭工业、兰炭工业以及煤热解干馏工业中产生的廉价活性炭、半焦颗粒直接作为流化床脱硫吸附剂，匹配尘硝一体化装置进行焦化及低硫含氮烟气的干法脱硫脱硝除尘处理，脱硫之后的炭细颗粒直接作为燃料提供给活力发电、水泥工业使用，燃烧烟气集中处理后达标排放。实现脱硫固废及吸附硫的集中处理与资源化。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种低温烟气净化工艺及其应用，所述工艺通过处理后的烟气含硫量、含氮量以及含尘量均明显下降，可达到烟气的超低排放标准，将廉价活性炭与催化过滤装置完美整合，降低了低温烟气的处理成本，实现了廉价活性炭的梯级资源化利用。
附图说明
图1是本发明提供的低温烟气净化工艺的流程示意图；
图2是本发明提供的低温烟气净化工艺应用于钢铁冶炼领域的流程示意图；
图3是本发明提供的低温烟气净化工艺应用于焦化烟气净化领域、活性炭工业领域、兰炭工业领域以及煤热解工业领域的流程示意图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种低温烟气净化工艺，所述工艺包括以下步骤：
本实施例中脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒的来源具体为烧结烟气活性焦脱硫脱硝过程经过再生塔后的细颗粒。
(a)将钢铁冶炼产生的烟气进行活性炭移动床脱硫脱硝处理，得到移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒；
(b)使用步骤(a)得到的移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒对180℃的低温烟气在流化输送床反应器中进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(c)在陶瓷纤维催化滤管中对步骤(b)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(d)将步骤(b)脱硫处理后的活性炭颗粒以及步骤(c)除尘得到的细粉作为钢铁冶炼的燃料进行热再生循环利用。
本实施例中低温烟气在所述流化输送床反应器中的流速为1m/s，所述流化输送床反应器出口的烟气温度为180℃，脱硫烟气在陶瓷纤维催化滤管中流速为1m/min
实施例2
本实施例提供一种低温烟气净化工艺，所述工艺包括以下步骤：
本实施例中脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒的来源为吸附塔磨损的炭颗粒经过450℃热处理后得到的细颗粒；
(a)将钢铁冶炼产生的烟气进行活性炭移动床脱硫脱硝处理，得到移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒；
(b)使用步骤(a)得到的移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒对280℃的低温烟气在流化鼓泡床反应器中进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(c)在陶瓷纤维催化滤管中对步骤(b)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(d)将步骤(b)脱硫处理后的活性炭颗粒以及步骤(c)除尘得到的细粉作为钢铁冶炼的燃料直接使用。
本实施例中低温烟气在所述流化鼓泡床反应器中的流速为0.2m/s，所述流化鼓泡床反应器出口的烟气温度为280℃，脱硫烟气在陶瓷纤维催化滤管中流速为1.2m/min。
实施例3
本实施例提供一种低温烟气净化工艺，所述工艺包括以下步骤：
本实施例中脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒的来源具体为烧结烟气移动床脱硫脱硝过程再生塔产生的细颗粒；
(a)将钢铁冶炼产生的烟气进行活性炭移动床脱硫脱硝处理，得到移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒；
(b)使用步骤(a)得到的移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒对200℃的低温烟气在流化输送床反应器中进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(c)在陶瓷纤维催化滤管中对步骤(b)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(d)将步骤(b)脱硫处理后的活性炭颗粒以及步骤(c)除尘得到的细颗粒在450℃进行热再生循环利用。
本实施例中低温烟气在所述流化输送床反应器中的流速为2m/s，所述流化输送床反应器出口的烟气温度为200℃，脱硫烟气在陶瓷纤维催化滤管中流速为0.8m/min。
实施例4
本实施例提供一种低温烟气净化工艺，所述工艺包括以下步骤：
本实施例活性炭工业的炭颗粒的具体来源为成型活性炭制备工业中所产生的细颗粒，粒径在2-3mm；
(A)使用活性炭工业的炭颗粒对200℃低温烟气在流化输送床反应器中进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(B)在陶瓷纤维催化滤管中对步骤(A)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(C)将步骤(A)脱硫处理后的炭颗粒以及步骤(B)除尘得到的细粉作为火力发电工业或水泥工业的燃料直接使用。
本实施例中低温烟气在所述流化输送床反应器中的流速为1.5m/s，所述流化输送床反应器出口的烟气温度为200℃，脱硫烟气在陶瓷纤维催化滤管中流速为1.5m/min。
实施例5
本实施例提供一种低温烟气净化工艺，所述工艺包括以下步骤：
本实施例兰炭工业的炭颗粒的具体来源为兰炭工业所产生的细颗粒，粒径在1-2mm(表面积150m2/g)；
(A)使用兰炭工业的炭颗粒对200℃低温烟气在流化输送床反应器中进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(B)在陶瓷纤维催化滤管中对步骤(A)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(C)将步骤(A)脱硫处理后的炭颗粒以及步骤(B)除尘得到的细粉作为火力发电工业或水泥工业的燃料进行热再生循环利用。
本实施例中低温烟气在所述流化输送床反应器中的流速为1.5m/s，所述流化输送床反应器出口的烟气温度为200℃，脱硫烟气在陶瓷纤维催化滤管中流速为0.8m/min。
实施例6
本实施例提供一种低温烟气净化工艺，所述工艺包括以下步骤：
本实施例煤热解工业的炭颗粒的具体来源为低品质褐煤颗粒裂解所产生的细颗粒(表面积100m2/g)；
(A)使用煤热解工业的炭颗粒对200℃低温烟气在流化输送床反应器中进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(B)在陶瓷纤维催化滤管中对步骤(A)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(C)将步骤(A)脱硫处理后的炭颗粒以及步骤(B)除尘得到的细粉作为火力发电工业或水泥工业的燃料利用。
本实施例中低温烟气在所述流化输送床反应器中的流速为2m/s，所述流化输送床反应器出口的烟气温度为200℃，脱硫烟气在陶瓷纤维催化滤管中流速为0.9m/min。
对比例
对实施例1-6均设置对比例，即将实施例1-6中的脱硫剂替换为碳酸氢钠，其余条件均与实施例1-6各自的条件相同。
对实施例1-6以及对比例中处理后的低温烟气的含硫量、含氮量以及含尘量进行测定，且结果如表1所示。
其中，含硫量、含氮量以及含尘量的测定方法为采用烟气分析仪进行在线监测。
本发明实施例1-6以及对比例中处理的低温烟气的原始含硫量、含氮量以及含尘量分别为300mg/Nm3，800mg/Nm3以及100mg/Nm3
表1
Figure BDA0002601305410000101
Figure BDA0002601305410000111
从表1的测试结果可以看出，本发明实施例采用的廉价活性炭颗粒干法脱硫结合陶瓷纤维催化滤管的低温烟气净化工艺，与采用碳酸氢钠干法脱硫相比，净化后的烟气的含硫量、含氮量以及含尘量均更低。不仅如此，与碳酸氢钠干法脱硫相比，实施例中各工艺的固废排放更少，且可以节约成本50％以上。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种低温烟气净化工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：
(1)使用活性炭颗粒对所述低温烟气进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(2)在催化过滤装置中对步骤(1)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)所述低温烟气的温度为180～280℃。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，步骤(1)所述活性炭颗粒包括煤质活性炭颗粒、椰壳活性炭颗粒、兰炭工业炭颗粒、活性炭工业炭颗粒、煤热解工业炭颗粒、移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒以及上述炭颗粒改性材料中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述活性炭颗粒的粒径为0.1～5mm；
优选地，步骤(1)所述活性炭颗粒为移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒，特别是与无机赤泥固废混合改性的样品，粒径为0.2～2mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的工艺，其特征在于，步骤(1)所述脱硫处理在流化床中进行。
5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述流化床包括流化输送床、流化鼓泡床以及带内构件的多层流化床中的任意一种，优选为流化输送床或流化鼓泡床。
6.根据权利要求1-5任一项所述的工艺，其特征在于，步骤(1)所述脱硫处理后的活性炭颗粒作为钢铁冶炼工业、火力发电工业或水泥工业的燃料或是进行热再生后循环使用。
7.根据权利要求1-6任一项所述的工艺，其特征在于，步骤(2)所述催化过滤装置包括陶瓷纤维催化滤管、脱硝布袋以及陶瓷膜过滤器中的任意一种，优选为陶瓷纤维催化滤管。
8.一种权利要求1-7任一项所述的低温烟气净化工艺的应用，其特征在于，所述工艺应用于钢铁冶炼领域、焦化烟气净化领域、活性炭工业领域、兰炭工业领域以及煤热解工业领域。
9.根据去哪里要求8所述的应用，其特征在于，所述工艺应用于钢铁冶炼领域的具体步骤包括：
(a)将钢铁冶炼产生的烟气进行活性炭移动床脱硫脱硝处理，得到移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒；
(b)使用步骤(a)得到的移动床脱硫脱硝后磨损的活性炭颗粒对低温烟气进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(c)在催化过滤装置中对步骤(b)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(d)将步骤(b)脱硫处理后的活性炭颗粒以及步骤(c)除尘得到的细粉作为钢铁冶炼的燃料，吸附硫释放后实现硫的资源化。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述工艺应用于活性炭工业领域、兰炭工业领域以及煤热解工业领域的具体步骤包括：
(A)使用活性炭工业、兰炭工业或煤热解工业产生的炭颗粒对低温烟气进行脱硫处理，得到脱硫烟气；
(B)在催化过滤装置中对步骤(A)得到的脱硫烟气进行脱硝除尘一体化处理，得到洁净烟气；
(C)将步骤(A)脱硫处理后的炭颗粒以及步骤(B)除尘得到的细粉作为火力发电工业或水泥工业的燃料直接使用，吸附硫燃烧释放后集中脱除。
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