李玉然：焦化行业烟气超低排放控制技术

各位领导、专家，上午好!今天我就焦化行业烟气超低排放控制技术跟各位做一个汇报。

中国科学院过程工程研究所副研究员 李玉然

这是对我国的一个焦炉产能的分布做的统计，在2016年底的时候，我国焦炉产能大概是6.8亿吨。我国的焦炭产量大概是4.5亿吨，焦炭的产量主要是分布在山西、河北、山东、陕西、内蒙，可以看到前五个省份的分布占到了全国50%以上，另外主要是分布在环京津冀区域，所以也是属于全国控制的重点区域。另外，焦炭产量的分布包括钢铁、联合企业和独立焦化企业。独立焦化企业大约占到三分之二，但是钢铁联合企业在质量和污染强度这一方面明显优于独立焦化企业的。所以国家现在在压减产能方面，也是优先去淘汰独立焦化企业落后的产能。

落后的产能是6.8亿吨，所以产能利用是很不足的，基本上也就利用了60%、70%这样一个量，另外对于焦炉的产能分布，比较先进的焦炉基本上现在是6米到7米多，还有5米到6米的焦炉，像4.3米的焦炉其实在国内很多的省份是属于淘汰的行列，包括像河北省宝钢集团，有些城市就4.3米的焦炉基本上都是要淘汰的。另外虽然是4.3米焦炉是要淘汰的范围，但是4.3米焦炉的产能在目前还是接近于50%，所以说这一部分也是目前控制的重点，就是它在4.3米，一个是它的炉龄比较长，另外在泄露、污染物排放的方面也比较高一些，所以说也是目前的一个治理的难点。

下面看焦炉烟气的排放特征，烟气温度基本在180到230中间，也是中低温的范围。另外它的特点跟电厂和烧结机完全不同的就是属于低硫高氮的烟气，也就是说氮氧化物基本上是在500以上，就是联合跟焦化之间的基本上是在500、600左右，但是对于独立的焦化厂，因为烧焦炉煤气，基本上要在上千这样的级别，另外还有二氧化硫基本上100、200，还有硫化氢另外还有氰化氢这样子一些污染物。它的特点就是低硫高氮，多污染物共存这样的特点。对于钢铁行业，目前已经提出了超低排放，习总书记、克强总理都提出超低排放，像生态环境部提出钢铁行业的超低排放改造。焦化行业是不是也要用“十三五”这样的标准，目前还没有定论。但是对于最近生态环境部征求意见稿来看，超低排放基本上按照10%、30%和150%，这是跟火电还有烧结不不太一样的地方，我们可以看到国外对于氮氧化物的排放基本上要求500，因为他们基本上是采用低热值的煤气，采用低氮燃烧就可以了。但是对于国内是150的标准，像部分的省市，河北省的唐山市现在要求是按照100，虽然国家是150，他们基本上是按照100这样一个标准去进行要求的。

这个是焦化行业的污染物的排放总量，我们可以看到氮氧化物大约是60万吨，二氧化硫是17万吨，基本上是三到四倍的关系，这也能明显看出是低硫高氮的特点。另外还包括污染物的浓度，也是低硫高氮，硫化氢和氰化氢的排放也比较多，低硫高氮多污染物共存，技术需求就是需要一个高效脱硝的技术，另外是多污染物的协同控制，目前技术路线基本上是两条主要的技术路线，一个是脱硫和SCR串联这种方式，另外一种是活性炭法多污染物控制。低硫高氮另外环保部门鼓励用活性炭法，还增加了苯并芘的排放要求，就是用清洁生产的标准去提出的，就是说每吨的焦炭是排放多少克的苯并芘。

下面我重点介绍一下活性炭法污染物排放控制。钠法FGD加低温SCR。刚才像同兴集团也有做一些介绍，主要是用钠法脱硫然后降低硫的浓度之后减少对SCR的抗硫的作用，然后进行脱除。一开始的标准在满足35个国家的标准。然后是活性炭法，这是科学院在唐钢做的平台，二氧化硫和硫化氢可以到20以下，氮氧化物是在150以下。活性炭法是在电厂包括烧结厂有很多的应用，应用于电厂主要是为了在脱硫脱硝的同时，资源化利用的同时去脱除重金属汞，对于烧结厂主要是在脱硫脱硝的同时脱出我二恶英，这样一个应用的初衷。

另外是回收硫的资源。还有一个特点是没有二次污染，就是没有废水和废渣，活性炭的粉可以进行二次的利用。只是去吸附脱硫脱硝的效率是70%，像太钢在应用的脱硫是没有任何问题，基本上在80%、90%以上，如果是喷入氨进行SCR脱硝，目前的效率基本上是在60%、70%，也就是对于烧结机200到300这样一个氮氧化物的排放浓度有个60%、70%的浓度基本上可以达到100以下，到50以下还需要采取一些更先进的一些措施和运行参数。

我们研发团队也是依托国家的研究课题，从基础研究到小试、中试、示范也做了一些研究。从基础的实验室的研究，多少方每小时这个量到小时的100标方每小时，到中试是1000方到几十万方，做了这样的研究。基础研究把过程分解为吸附过程和循环吸附热再生这样的耦合做了研究。包括吸附过程中体现的是多污染物的协同控制，热再生包括炭的消耗。

我做个简单的介绍，现在都提到二氧化硫和氮氧化物的协同，到底是协同还是竞争，我们做了一些深入的研究，也就是说二氧化硫对氮氧化物的吸附是有抑制作用的，即便是已经吸附了氮氧化物的活性炭，如果再通入二氧化硫的话，它还是会使氮氧化物有一个托付，但是说氮氧化物对二氧化硫是有一个促进作用的，因为二者在二氧化硫和氮氧化物有合适的比例区间，也就是到1到3左右比例区间，二者协同的作用会比较明显一些，如果在这个区域之外，协同的作用并不是是十分的明显。另外，在喷入氨的时候，硝酸盐含量非常少，另外是硫酸盐的比例基本上是以硫酸盐为主，就是硫酸氢氨的形式。另外，在400多度再生的时候，720K以上还是有一部分硫酸盐不能被解析，这是受它的托付曲线决定的，所以在工程应用中也涉及到这个硫酸盐如何有效再生这样一个问题。

对于热再生过程主要是炭消耗的问题，我们知道硫酸在解析的过程中会消耗活性炭中的炭，就是每再生1摩尔的二氧化硫会消耗0.5摩尔的碳，这个炭会生成一氧化碳，也会生成二氧化碳，他来源于二氧化硫的解析也可能来源于这个水煤气的反应，或者是活性炭本身的托付，目前我们做的大量的这些实验就发现每解析1摩尔的二氧化硫大约消耗1到2摩尔的碳这样一个关系。另外二氧化硫的比例大约占到三分之二，还有一部分是一氧化碳，这也可能跟解析器再利用过程中考虑二氧化碳和一氧化碳的含量。

这是根据反应特征产生的结果，就是说它的协同过程就是氮氧化物的析出被抑制，包括硫酸的沉积，包括炭的消耗，也就是二氧化硫的浓度比较低的话，会极大的促进脱硝反应，如果降低二氧化硫浓度再进行脱硝的话，可以很大程度的去提高脱硝效率，比较适合高浓度的氮氧化物。所以这一方面一个是体现在反应期的结构设计，先进性脱硫，再进行脱硝，再包括工艺参数的优化，如何去强化脱硝过程。

这是我们做的小试的平台，100标方每小时的平台，在这过程中获得了大量吸附解析的参数，这个浓度会比较高，对脱硫效率基本上95%以上，脱硫效率基本上70%左右。另外，对于5000方每小时的中试平台，这一部分也是按照不同的实验结果，包括一段式、两段式进行了实验，因为初始浓度基本上800毫克每标米左右，所以在80%左右效率的时候是没有问题的。目前就是实现100以下这样一个特点。另外，这里面也是体现一个研究温度和压力的分布，是不是合理摄取工艺参数。

整个工艺特点就是两段式的吸附塔，这样减少氨气消耗和提高脱硝效率。主要是降低炭的消耗和再生温度这块进行一个优化。

这是申请的专利和授权。

这是一些工程应用，这是在唐钢美锦二期新建的焦炉进行烟气净化的示范工程，包括成钢的一些焦炉。

谢谢各位领导专家!

(根据速记整理，未经本人审核)