煤化工硫回收裝置尾氣處理現(xiàn)狀及改造工藝分析

馮鵬波

（陜西延長(zhǎng)石油榆林煤化有限公司，陜西 榆林 719000）

煤化工硫回收裝置尾氣處理，是提高煤化工硫回收裝置尾氣處理質(zhì)量的關(guān)鍵。尤其是社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及煤化企業(yè)改革背景下，環(huán)保成為發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)。煤化企業(yè)如果想要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須有效改善企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境污染問(wèn)題。

1 煤化工硫回收工藝介紹

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速增加，煤化工對(duì)硫回收裝置規(guī)模的加大以及深度的不斷加深，同時(shí)環(huán)保的要求不斷嚴(yán)格，國(guó)家統(tǒng)一制定標(biāo)準(zhǔn)要求尾氣排放量越來(lái)越低、濃度也越來(lái)越低。隨著煤化廠裝置設(shè)備不斷向大型化、自動(dòng)化發(fā)展，因此對(duì)于尾氣處理裝置成了必須具備的工藝流程?？藙谒沽蚧厥展に囀菓?yīng)用最廣泛的工藝技術(shù)之一，在實(shí)際應(yīng)用中不需要過(guò)于復(fù)雜的操作，沒(méi)有過(guò)高的投資，并且操作工藝非常成熟，所以是最常見(jiàn)的選擇。

1.1 克勞斯還原吸收工藝分析

克勞斯還原吸收工藝的應(yīng)用，以克勞斯工藝為前提，及時(shí)引酸性氣體進(jìn)入到燃燒爐，如此轉(zhuǎn)換酸性氣體中的H2S，經(jīng)過(guò)有效燃燒生成SO2，隨后兩種氣體均進(jìn)入到克勞斯反應(yīng)器中，經(jīng)過(guò)有效的氧化還原處理，對(duì)混合氣體進(jìn)行催化，及時(shí)將硫分離出來(lái)，最后尾氣處理裝置及時(shí)將尾氣有效處理。因?yàn)槲矚馕沾嬖诙喾N方法，所以需要結(jié)合實(shí)際情況妥善選擇吸收方法［1］。

其中物理吸收方法主要通過(guò)溶劑完成加氫還原，亦或是將物理吸收與化學(xué)吸收有效融合，及時(shí)得到H2S尾氣。隨后應(yīng)用富液對(duì)尾氣再次處理，引入到再生塔，經(jīng)過(guò)有效的再生循環(huán)，提高H2S氣體濃度，將其裝置到硫回收裝置上游。燃燒反應(yīng)作用下，得到單質(zhì)硫，隨后再進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，提升單質(zhì)硫純度。最后獲得的單質(zhì)硫，還要進(jìn)行凈化處理，含量約在300×10-6。這種混合方法根據(jù)對(duì)總硫回收調(diào)查，回收率約為99.8%，效果非常理想，尤其是應(yīng)用在甲基二乙醇胺吸收劑基礎(chǔ)上［2］。

所謂化學(xué)吸收法，主要包括絡(luò)合鐵法以及ADA法。其中ADA法的應(yīng)用最為常見(jiàn)，選擇碳酸鈉稀堿液為主要的氧化介質(zhì)，并且添加適量的蒽醌二磺酸鈉催化劑，通過(guò)氧化反應(yīng)直接獲取硫磺。絡(luò)合鐵法的應(yīng)用，則通過(guò)對(duì)H2S的轉(zhuǎn)化，以螯合鐵溶液獲取其中的單質(zhì)硫。除此之外還包括栲膠法，主要介質(zhì)為栲膠溶液，轉(zhuǎn)變H2S獲取到硫磺。

克勞斯還原吸收工藝在實(shí)際應(yīng)用中不僅具有超強(qiáng)適應(yīng)性，并且操作相對(duì)較為簡(jiǎn)潔靈活。雖然在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到前部分出現(xiàn)異常反應(yīng)的情況，但是依然不會(huì)影響到催化劑效果發(fā)揮，不會(huì)受到硫回收率變化而影響到最終的效果。通過(guò)物理與化學(xué)反應(yīng)法為尾氣吸收創(chuàng)造屏障，確保含硫污染物得不到有效控制，硫回收率得到保證的同時(shí)，尾氣吸收效果良好。

1.2 低溫克勞斯工藝

低溫克勞斯工藝主要依據(jù)放熱反應(yīng)的可逆性為基礎(chǔ)，將反應(yīng)溫度適當(dāng)降低，以此對(duì)硫轉(zhuǎn)化率加以平衡。當(dāng)然溫度與反應(yīng)速度成正比，如果溫度降低，則需要注意反應(yīng)速度，以適當(dāng)調(diào)整確保工藝流程順利進(jìn)行。催化劑是調(diào)整溫度與速度的最佳選擇。低溫克勞斯工藝主要是通過(guò)對(duì)硫的氧化，加上氣相催化處理，將其調(diào)整為單質(zhì)硫。硫回收裝置的應(yīng)用，及時(shí)將溫度調(diào)整為220℃，隨后引導(dǎo)酸性氣體進(jìn)入其中，并且提前對(duì)硫回收裝置中的空氣預(yù)熱，經(jīng)過(guò)混合處理全部輸送至低溫克勞斯反應(yīng)器中，這個(gè)過(guò)程中H2S經(jīng)過(guò)在不斷氧化。提前在系統(tǒng)中增加冷卻調(diào)節(jié)反應(yīng)器，并且控制硫的露點(diǎn)必須低于反應(yīng)器出口溫度，如此為鍋爐給水提供參考，并且及時(shí)傳遞反應(yīng)熱，經(jīng)過(guò)冷凝器將酸性氣體中的硫析出。

整個(gè)過(guò)程都需要克勞斯催化劑，以常規(guī)種類(lèi)為主。硫回收率在94%～98%，回收效果比較理想。相較于克勞斯還原吸收工藝，硫回收率較低，但是在投資費(fèi)用以及空間等方面占有突出優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)不斷研究，低溫克勞斯工藝不斷升級(jí)，尤其是最新的低溫克勞斯-SDP硫回收工藝，將回收率提升至99.2%。當(dāng)然實(shí)際應(yīng)用中也存在一些不足，任何環(huán)節(jié)都不能出現(xiàn)偏離，一旦出現(xiàn)偏離將會(huì)直接影響到硫回收率。

1.3 克勞斯催化氧化工藝

克勞斯催化氧化工藝主要以克勞斯常規(guī)硫回收處理基礎(chǔ)上，及時(shí)應(yīng)用專(zhuān)門(mén)制作的催化劑對(duì)尾氣進(jìn)行催化，這個(gè)過(guò)程需要結(jié)合實(shí)際情況有效選擇，以此達(dá)到總硫回收率提高的目的。當(dāng)前應(yīng)用形式最多的便是超級(jí)克勞斯工藝，利用氧化催化劑，選擇性的氧化酸性氣體，整個(gè)氧化過(guò)程反應(yīng)率達(dá)到85%，并且不會(huì)在氧化過(guò)程中產(chǎn)生水或者二氧化硫，主要氧化物為單質(zhì)硫，硫回收率至少為99%。

超級(jí)克勞斯工藝應(yīng)用期間，會(huì)根據(jù)工藝運(yùn)行需要，安裝選擇性的催化劑裝置在第二個(gè)反應(yīng)器位置，通過(guò)對(duì)二氧化硫的有效轉(zhuǎn)化，得到單質(zhì)硫，并且降低二氧化硫含量。不僅如此，最后一個(gè)反應(yīng)器同樣會(huì)安裝催化劑，轉(zhuǎn)變H2S為單質(zhì)硫，整體的反應(yīng)率雖然相較于其他方法較低，但是一旦能夠達(dá)到85%，硫回收率為99%。

2 煤化工硫回收工藝改造

煤化工硫回收工藝改造，必須對(duì)煤化工酸性氣體充分掌握。酸性氣體相對(duì)來(lái)講成分復(fù)雜，包括烴類(lèi)以及氨類(lèi)、有機(jī)硫之外，還存在一些雜質(zhì)，比如COS、CH3OH等。加上酸性氣體本身就屬于低濃度、氣量小類(lèi)型，因此需要對(duì)硫回收工藝進(jìn)行有效改造。因?yàn)楫?dāng)前超級(jí)克勞斯工藝應(yīng)用相對(duì)比較多，受到生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及國(guó)家 《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 （GB31570-2015）等的影響，必須對(duì)超級(jí)克勞斯工藝進(jìn)行調(diào)整，確保其能夠達(dá)到排放限值標(biāo)準(zhǔn)。具體改造主要包括如下方面：

2.1 克勞斯脫硫裝置改造完善

克勞斯脫硫工藝，主要根據(jù)對(duì)二氧化硫排放值的調(diào)整為基準(zhǔn)，尤其是煤化工企業(yè)中的鍋爐尾氣，要求必須控制到100mg／m3。這期間加入尾氣焚燒爐、廢熱鍋爐、超微顆粒鈣脫硫工藝，尾氣焚燒爐主要以有機(jī)廢氣熱力氧化焚燒爐形式為主，及時(shí)對(duì)脫硫處理中的受到高溫破壞，有機(jī)物轉(zhuǎn)變成的無(wú)機(jī)物進(jìn)行吸收，有效降低尾氣排放值，最多可達(dá)到50mg／m3。根據(jù)這種變化值及時(shí)進(jìn)行硫回收工藝對(duì)比，并且將基礎(chǔ)克勞斯脫硫工藝進(jìn)行科學(xué)改造。結(jié)合對(duì)可燃物燃燒機(jī)理的分析研究，嚴(yán)格按照燃燒“3T”要求，應(yīng)用超微顆粒脫硫工藝保證空氣混合度、停留時(shí)間、燃燒溫度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。焚燒爐中的廢氣主要通過(guò)阻火器進(jìn)行傳輸，克勞斯脫硫裝置中廢液罐空間進(jìn)行擴(kuò)大調(diào)整，待廢氣進(jìn)入至焚燒爐廢液罐，霧化泵及時(shí)進(jìn)行加壓調(diào)整，隨后廢液噴槍會(huì)立即進(jìn)入焚燒爐，結(jié)合對(duì)黏度的分析，及時(shí)進(jìn)行廢液脫硫處理。改造之后的脫硫工藝，提前將為其進(jìn)行焚燒，隨后利用余熱實(shí)現(xiàn)增壓，余熱必須做到回收及時(shí)。待增壓完畢及時(shí)將處理過(guò)的尾氣輸入至吸收塔，并且及時(shí)進(jìn)行洗滌降溫處理，將其中的二氧化硫充分吸收，隨即完成除霧處理。此環(huán)節(jié)結(jié)束后，將處理完畢的尾氣引入到硫回收裝置的塔頂，通過(guò)煙囪及時(shí)排放。

2.2 零排放處理技術(shù)

當(dāng)前我國(guó)先進(jìn)的煤化工設(shè)備凈化系統(tǒng)主要應(yīng)用低溫甲醇洗技術(shù)，這種方法會(huì)較為快速的清除尾氣中的二氧化碳、硫化氫等酸性氣體，通過(guò)濃縮處理后確保酸性氣體提濃20%至35%。將克勞斯處理尾氣中存在的硫化氫與二氧化硫尾氣進(jìn)行加氫反應(yīng)處理，確保有機(jī)硫與二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧瘹?，接著利用加壓風(fēng)機(jī)處理后傳輸至低溫甲醇洗系統(tǒng)，通過(guò)低壓閃蒸塔的無(wú)硫甲醇吸收所有硫化氫物質(zhì)，這時(shí)就可真正的實(shí)現(xiàn)硫化氫零排放。

3 改造技術(shù)方案對(duì)比

3.1 設(shè)備與投資

克勞斯新型脫硫技術(shù)需使用的基礎(chǔ)設(shè)備為尾氣焚燒爐、廢熱鍋爐、超微顆粒鈣脫硫工藝，設(shè)備的投資為1800萬(wàn)元左右。零排放處理技術(shù)需要的設(shè)備為尾氣洗滌塔、冷卻設(shè)備、尾氣加氫反應(yīng)器加壓風(fēng)機(jī)等，設(shè)備的投資約2400萬(wàn)元。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，使用零排放處理技術(shù)時(shí)，需要針對(duì)尾氣進(jìn)行加氫還原、洗滌、加壓等處理后才可傳輸至低溫甲醛洗系統(tǒng)，技術(shù)流程相對(duì)較長(zhǎng)，需要使用換熱器等設(shè)備，也在一定程度上提高了投資費(fèi)用?？藙谒剐滦统㈩w粒鈣脫硫工藝與零排放處理技術(shù)都不會(huì)出現(xiàn)三廢排放。

3.2 操作資金

應(yīng)用克勞斯新型超微顆粒鈣脫硫工藝時(shí)，需通尾氣焚燒爐、廢熱鍋爐對(duì)二氧化硫進(jìn)行焚燒、吸收處理，并將洗滌與吸收后的硫酸銨煙氣傳送至脫硫設(shè)備進(jìn)行科學(xué)處理。由于煙氣中二氧化硫濃度相對(duì)較小，催化劑的使用也較少，這就使得操作資金較少。應(yīng)用零排放處理技術(shù)時(shí)，加氫程序需使用的燃料氣體量較高，同時(shí)處理尾氣時(shí)還需要將溫度降至-15℃，之后才可傳輸至低溫甲醇洗系統(tǒng)中，這就導(dǎo)致操作資金相對(duì)較高。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)煤化工企業(yè)硫回收裝置與處理工藝的優(yōu)化改造，結(jié)合當(dāng)前煤化工硫回收裝置尾氣處理現(xiàn)狀分析，硫回收工藝研究，及時(shí)對(duì)硫回收工藝進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化。以克勞斯硫回收工藝為基礎(chǔ)升級(jí)更多硫回收工藝，提高硫回收率。增加硫磺生產(chǎn)量，為煤化工企業(yè)未來(lái)發(fā)展創(chuàng)造更有利的條件，并且?guī)?lái)更多經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。硫回收技術(shù)的進(jìn)步是煤化廠可持續(xù)發(fā)展的重要保證，因此對(duì)硫回收方面的研究以及總結(jié)操作經(jīng)驗(yàn)就顯得非常重要。