1、 毕 业 设 计学生姓名： 学 号： 学 院： 化学与制药工程学院 专 业： 化学工程与工艺 题 目： 焦炉烟气脱硝工艺设计 指导教师： 评阅教师： 20XX 年 X 月毕 业 设 计 中 文 摘 要氮氧化物(NO X)是主要的大气污染物之一，直接或间接与大气环境问题相关，如光化学烟雾、酸雨、平流层臭氧损耗和全球气候变暖。此外，氮沉降量的增加会导致地表水的富营养化和陆地、湿地、地下水系的酸化和毒化，从而对陆地和水生态系统造成破坏，最终对人体健康和生态环境安全产生不利影响。焦炉烟气排放氮氧化物是主要来源之一。对氮氧化物（NO X）进行有效治理是关系到国计民生的大事。本设计针对旭阳焦化厂 10 万
2、/h 的烟气量的具体条件，对烟气脱销进行具体的工艺设计和优化。本设计根据该厂实际条件，选取了合适的 SCR 脱销工艺，用液氨做还原剂，采用蜂窝式催化剂，完成了物料衡算，热量衡算，进行了相关设备和管路的设计，最终设计了一套技术上可行，经济上合理的工艺方案。使烟气中氮氧化物排放量达到国家排放标准。关键词：氮氧化物（NO X） ，脱硝技术，SCR ，催化剂毕 业 设 计 外 文 摘 要Title Coke oven Flue gas Denitrification Process DesignAbstractNitrogen oxides (NOX) is one of the main air p
3、ollutants, directly or indirectly related to the atmospheric environmental issues, such as photochemical smog, acid deposition, stratospheric ozone depletion and global climate change.In addition, increasing the amount of nitrogen deposition can cause eutrophication of surface water and land, wetlan
4、ds, groundwater acidification and poison, causing damage to the terrestrial and aquatic ecosystems, and ultimately adversely affect the safety of human health and the environment.Coke oven flue gas emissions of nitrogen oxides is one of the major sources of pollution.Nitrogen oxides (NOX) effective
5、governance is related to peoples livelihood event.The design for the specific conditions Risun plants, flue gas out of stock specific process design and optimization.The plant is designed according to the actual conditions, select the appropriate stock SCR technology, with liquid ammonia reductant,
6、using honeycomb catalyst to complete the material balance, heat balance, for the relevant equipment and piping design, final design a set of technically feasible and economically reasonable technology solutions.So that the flue gas nitrogen oxide emissions meet the national emission standards.Key Wo
7、rds： nitrogen oxides (NOX), flue gas denitrification, SCR , catalyst本 科 毕 业 设 计 第 页 共 页目 录1 绪论 .11.1 设计背景及意义 .11.2 设计任务 .11.3 国内外烟气脱销技术应用及发展 .31.3.1 选择性催化还原法（SCR） .31.3.2 选择性非催化还原法（SNCR ） .31.3.3 液体吸收法 .31.3.4 微生物法 .41.3.5 活性炭吸附法 .41.3.6 电子束法 .42 工艺流程设计 .52.1 工艺路线的选择 .52.2 工艺流程的设计 .62.2.1 选择性催化还原法的工
8、艺原理 .62.2.2 脱销还原剂的选择 .72.2.3 催化剂的选择 .92.2.4 反应流程的确定 .102.2.5 工艺流程说明 .113 物料衡算与能量衡算 .113.1 物料衡算 .113.1.1 已知条件 .113.1.2 数据计算 .123.1.3 物料衡算表 .153.2 热量衡算 .163.2.1 已知条件 .163.2.2 数据计算 .16本 科 毕 业 设 计 第 页 共 页3.2.3 热量衡算表 .184 设备的工艺设计与选型 .194.1 反应器的设计 .194.1.1 主要设计参数 .194.2 液氨储罐 .214.2.1 设备结构及选型 .214.3 液氨蒸发器
9、.234.4 缓冲罐 .234.4.1 圆筒的计算 .244.4.2 封头 .244.4.3 高度 .244.5 喷氨格栅的设计 .255 管道计算 .265.1 材料的选取 .265.2 确定管径 .265.3 选择管壁的厚度 .265.4 确定管道的连接方式 .275.5 管道布置 .27设计结果 .28致 谢 .29参 考 文 献 .30附 图 .32本 科 毕 业 设 计 第 1 页 共 37 页1 绪论1.1 设计背景及意义氮氧化物(NO X)是造成大气污染的主要污染源之一。它的危害是多方面的，目前，全世界的三个大气环境问题（温室效应、酸性降雨、臭氧层破坏）都与NOX 有关，氮氧化物
10、还可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病，呼吸系统有问题的人，会较易受二氧化氮影响。对儿童来说，氮氧化物可能会造成肺部发育受损。此外，氮氧化物还会形成光化学烟雾，光化学烟雾具有特殊气味,刺激眼睛，伤害植物，并能使大气能见度降低，足见 NOX 的危害性。近些年来，近年来，随着国民经济的快速发展，我国能源消费量逐年增加，氮氧化物排放量不断增长。据统计，我国氮氧化物排放总量巳经由 2005 年的1910 万吨 1上升至 2008 年的 2000 万吨 2，排放量位列世界首位；2011 年我国氣氧化物棑放总量继续上升至 2404.3 万吨 3，远远超出环境承载能力。从而，环境污染越来越严重，尤
11、其是京津冀地区，环境污染和雾霾天气尤为严重。火力发电厂、炼铁厂、化工厂等有燃料燃烧的固定发生源和汽车等移动发生源以及工业流程中产生的中间产物，排放 NOX 的量占到人为排放总量的90%以上。我国是 NOX 排放量大国，排放量仅次于美国。随着环保意识的提高，我国相应出台了一些政策法规。2011 年 9 月印发“十二五”节能减排综合性工作方案 4，提出到 2015 年全国氮氧化物总量控制在 2046.2 万吨，较 2010 年的 2273.61 万吨下降 10%。2012 年 12 月 5 日，环保部公布重点区域大气污染防治“十二五”规划 。该规划包括京津冀、长三角、珠三角等 13 个重点区域,涉
12、及全国 52%的煤炭消耗、51%的氮氧化物排放量。规划 5提出，加快燃煤机组低氮燃烧技术改造及脱销设施建设。因此，研究与治理 NOX 污染已经成为国际环保领域的主要方向，如果不能有效控制 NOX 的排放，其将对我国的大气环境造成严重的污染，对我们人类的健康造成很大的危害。1.2 设计任务本设计针对旭阳焦化焦炉排放烟气中氮氧化物含量超标这一情况，对焦炉烟气进行脱销工艺设计，使其排放达到国家标准。本 科 毕 业 设 计 第 2 页 共 37 页已知条件为：1年生产天数 330 天；2原料气及主要工艺条件1）排放烟气中 NOX 含量： 700mg/m3；2）烟气排放量：100000m 3/h；3）烟
13、气温度：290；4）烟气压力：101KPa；5）烟气组成：（单位：体积%）组分： H2O CO2 O2 N2 NOX组成： 20.19 6.68 3.65 69.44 0.04 1006）使排放烟气中 NOX 含量 150mg/m3(即脱硝率大于 79%)。设计内容与要求：1）查阅相关文献，收集基础数据2）工艺路线选择3）物料及热量衡算4）设备计算、设备选型、工艺设备一览表5）物料流程图6）管道及仪表流程图7）设备平面布置图1.3 国内外烟气脱销技术应用及发展目前，国内外脱除烟气中氮氧化物的主要方法有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR )、液体吸收法、微生物法、活性炭吸附
14、法、电子束法等。以下对几种脱销技术作简单介绍。1.3.1 选择性催化还原法（SCR）选择性催化还原烟气脱硝技术，是指在催化剂和氧气存在的条件下，还原剂（如氨、CO 或碳氢化合物等）有选择的将烟气中的氮氧化物还原成 N2 和H2O 来减少 NOX 排放的技术。通过使用恰当的催化剂，上述反应可以在 280-420范围内进行。在 NH3/NOX 摩尔比等于 1 的时候，转化率可达到 80%-90%。 SCR 法是脱销效率最高、最为成熟的脱销技术。对于环境要求日益严格本 科 毕 业 设 计 第 3 页 共 37 页的地区，有相当好的应用前景 6。1.3.2 选择性非催化还原法（SNCR ）选择性非催化
15、还原（SNCR ）脱硝技术，是把炉膛作为反应器，直接向炉膛内喷入 NH3 或氨基还原剂，还原剂与烟气中的 NOX 反应，将其还原为 N2 和H2O。该方法不需要催化剂，反应温度较高，当 NH3/NOX 摩尔比为 2-2.3 的时候，脱硝效率为 30%50%，而且还原剂消耗量较大 7。1.3.3 液体吸收法 8液体吸收法烟气脱销，又称为湿法烟气脱硝，主要包括水吸收法、酸性吸收法、酸中和吸收法、氧化吸收法、液相还原吸收法等。技术要点如下表所示。液体吸收脱销方法消耗大量吸收剂，吸收产物会造成二次污染。我国化工行业废气处理常采用这些方法，对 NOX 化物中以 NO 为主的燃煤烟气不实用。表1 液体吸收
16、法1.3.4 微生物法 8微生物法的原理是：适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下，以 NOX 为氮源，将其还原成无害的 N2 和 H2O，而脱氮菌本身得到繁殖，与一般的有机废气处理烟气脱硝方法 工艺特点水吸收法用水作吸收剂对 NOX 进行吸收，吸收率低，仅可用于气量较小，净化要求不高的场合，不能净化以含 NO 为主的 NOX酸性吸收法用稀硝酸等作为吸收剂对 NOX 进行物理吸收和化学吸收，可以吸收 NOX，消耗动力较大酸中和吸收法用 NaOH、Na 2SO3、Ca(OH) 2、NH 4OH 等碱性溶液作吸收剂对 NOX 进行化学吸收，对含有 NO 较多的 NOX 废气净化效率低氧化吸收法对含 NO
17、 较多的废气，用浓HNO3、O 3、NaClO、KMnO 4 等作催化剂，将 NO 氧化为 NO2，然后再用碱液吸收，使净化效率提高。液相还原吸收法将 NOX 吸收到溶液中，与（ NH4)2SO3、NH 4HSO3、Na 2SO3 等还原剂反应，NO X 被还原为N2，其净化效果比碱溶液吸收好。本 科 毕 业 设 计 第 4 页 共 37 页不同，用生物法直接处理烟气中的 NOX，存在明显的缺点。主要原因是：由于烟气量很大且烟气中的 NOX 主要以 NO 的形式存在 ,而 NO 又基本不溶于水，无法进入到液相介质中，难以被微生物转化；另外，微生物的表面吸附能力较差，使得 NO 的实际净化率很低
18、。因此，直接用生物法处理烟气中 NOX 很难有实际应用前景。采用生物法吸收处理 NOX 是近年来研究的热点之一。但这种方法目前还不成熟，要用于工业实践还需做大量的研究工作。1.3.5 活性炭吸附法 8活性炭具有发达的微孔结构和较大的比表面积，吸附能力高于分子筛和硅胶，对烟气中的 NOX 和 SO2 具有较强的吸附能力。因此，活性炭可以同时脱硝脱硫。活性炭法吸附，SO 2 的脱除反应优于 NOX 的脱除反应，在含有高浓度SO2 的烟气中，活性炭进行的是 SO2 的脱除反应；在 SO2 浓度较低的烟气中，NOX 脱除占主导地位，脱出率较高。活性炭工艺在长期连续喝稳定运行下，可达到 98%以上的 S
19、O2 脱除率和 80%以上的 NOX 脱除率。1.3.6 电子束法 8电子束法（EBA）是一种脱硫脱硝新工艺，经过 20 多年的研究开发，已从小试、中试和工业示范化逐渐走向工业化。工艺过程为，燃煤锅炉烟气经除尘后，进入冷却塔，在冷却塔中由喷雾水冷却到 65-70，在烟气进入反应器之前，注入接近化学计量式的氨气，然后进入反应器，受高能电子束照射，烟气中的N2、O 2 和水蒸气等发生辐射反应，生成大量的离子、自由基、原子、电子和各种激发态的原子、分子等活性物质，它们将烟气中的 NOX 和 SO2 氧化为 NO2和 SO3，进而与水蒸气反应生成雾状的硝酸和硫酸，这些酸再与事先注入反应器的氨反应生成硝
20、酸铵和硫酸铵。最后用静电除尘器吸收溶胶形式的硝酸铵和硫酸铵，净化后的烟气经烟囱排放。副产物可做化肥销售。该工艺主要特点是：（1）干法处理过程，不产生废水废渣；（2）能同时脱硫脱硝，并可达到 90%以上的脱硫率和 80%以上的脱硝率；（3）不足之处在于建设费用高，电子加速器不易运行和维护，副产物硝酸铵和硫酸铵混合物作化肥使用的市场不够好。本 科 毕 业 设 计 第 5 页 共 37 页2 工艺流程设计2.1 工艺路线的选择选择工艺路线也就是选择脱硝方法。通过对不同脱硝方法的全面比较分析，从中选择出技术先进、经济合理的工艺路线，以保证项目投产后能达到高产、低耗、优质和安全运转。在选择何种脱硝工艺时
21、，我重点考虑了一下几个方面的内容 9：（1）NOx 排放浓度和排放量必须满足国家和当地政府环保要求;（2）脱硝工艺要适用于工程已确定的煤种条件,并考虑燃煤来源的变化可能性;（3）脱硝工艺要做到技术成熟、设备运行可靠,并有较多成功的运行业绩;（4）根据工程的实际情况尽量减少脱硝装置的建设投资;（5）脱硝装置应布置合理（6）脱硝剂要有稳定可靠的来源;（7）脱硝工艺脱硝剂、水和能源等消耗少,尽量减少运行费用;（8）检修和维护费用小。以下对几种主要烟气脱销工艺进行比较：表2 主要烟气脱硝工艺的比较 8脱硝工艺 适用性及特点 优缺点 脱硝率 投资SCR适合排气量大，连续排气源二次污染小，净化效率高，技术成熟，容易操控，设备投资高，关键技术难度大80%90% 较高SNCR适合排气量大，连续排气源不用催化剂，设备和运行费用低，NH3 用量大，二次污染，难以保证反应温度和停留时间30%60% 较低液体吸收法处理烟气量很小的情况可取工艺设备简单，投资少，收效显著，有些方法能回收 NOX；效率低，副产物不易处理，目前常用方法不适宜处理燃煤烟气效率低 较低微生物法 适用范围较大 工艺设备简单，能耗及处理费用 80% 低
