焦?fàn)t煤氣深度凈化脫硫工藝的應(yīng)用與改進(jìn)分析

高山虎

關(guān)鍵詞：深層凈化;脫硫;改進(jìn)

中國(guó)是煉焦大國(guó)，全國(guó)煉焦企業(yè)超過(guò)200家，焦化產(chǎn)品有上百種。然而在煉焦的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煤氣，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，雖經(jīng)過(guò)回收處理，但是煤氣中還含有微量的雜質(zhì)，嚴(yán)重影響了焦?fàn)t煤氣的發(fā)展，所以要通過(guò)深度凈化工藝來(lái)去除煤氣中所含有的雜質(zhì)，保證焦?fàn)t煤氣的質(zhì)量。

1 深度凈化脫硫工藝方法簡(jiǎn)介

1.1 萘醌二磺酸法（TH法）

萘醌二磺酸法是由日本公司開發(fā)，該方法的催化劑是1.4-萘醌和2-硫磺酸，堿源為氨水。萘醌二磺酸法包括兩個(gè)反應(yīng)，即吸收反應(yīng)和再生反映。吸收反應(yīng)是煤氣在脫硫塔中和氨水產(chǎn)生的反應(yīng);再生反映是氨水在再生塔中與空氣中的氨氣所產(chǎn)生的反應(yīng)。

1.1.1 TH法工藝流程

將進(jìn)過(guò)初步冷卻并且脫除了煤焦油之后的煤氣進(jìn)入冷洗萘塔中，在洗萘塔的上段和下段分別噴灑氨水進(jìn)行冷卻，在中段噴灑洗油來(lái)去除煤氣中含有的萘。之后煤氣進(jìn)入脫硫塔，之后噴灑再生塔中的吸收液促進(jìn)吸收反應(yīng)，脫硫脫氰之后再?gòu)乃斉懦?。用泵將吸收液送至再生塔下端，使之與空氣壓縮機(jī)送入再生塔的壓縮空氣并流上升進(jìn)行再生反應(yīng)。吸收液被空氣氧化再生之后，再流入脫硫塔進(jìn)行循環(huán)的使用。在循環(huán)過(guò)程中將生成硫磺等物質(zhì)影響脫硫率。所以，需要從再生塔的外部排放一部分的吸收液，吸收液作為廢液被送到濕式氧化法處理裝置，吸收液被轉(zhuǎn)化成硫酸銨母液。再生塔的頂端排出的廢氣經(jīng)過(guò)第一回收站和第二回收站分別用硫酸銨母液和噴水洗凈后排入大氣。

1.1.2 TH法工藝的優(yōu)點(diǎn)

一是該工藝自帶脫硫劑氨，運(yùn)行成本低;二是該工藝流程簡(jiǎn)單，方便操作，消耗的蒸汽少，脫硫率相對(duì)比較高。

1.1.3 TH法的缺點(diǎn)

一是脫硫的裝置需要高溫高壓，脫硫液對(duì)設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕性;二是該法的催化劑較少，難以購(gòu)買，加大了成本。

1.2 苦味酸法（FRC法）

苦味酸法的催化劑為苦味酸，吸收液為氨水的氧化法脫硫工藝。該方法是日本大阪煤氣公司于1958年開發(fā)，中國(guó)也采用了此項(xiàng)工藝。

FRC法的優(yōu)點(diǎn)：脫硫效率高;所用苦味酸消耗少，成本低。

FRC法的缺點(diǎn)：苦味酸屬于危險(xiǎn)品，易爆炸，運(yùn)輸以及儲(chǔ)存成本高;流程長(zhǎng)，占地大，投資成本高。

焦?fàn)t煤氣進(jìn)入脫硫塔中，從脫硫塔頂部噴灑含有苦味酸的吸收液，煤氣與吸收液進(jìn)行吸收反應(yīng)，脫硫脫氰之后從塔頂排除。富液從脫硫塔底部排除之后進(jìn)入了再生塔，進(jìn)行再生反應(yīng)之后，打入脫硫塔進(jìn)行循環(huán)利用。循環(huán)過(guò)程中，再生塔生成了硫磺漿液，硫磺漿液進(jìn)入燃燒爐燃燒，得到了硫磺和硫酸。

1.3 HPF法

HPF法是由我國(guó)鞍山焦化耐火材料設(shè)計(jì)院和無(wú)錫焦化廠共同研制開發(fā)得出，此項(xiàng)工藝是將催化劑HPF與吸收液混合，堿源是利用了煤氣中所含有的氨，將煤氣中的硫化氫脫除。該工藝操作簡(jiǎn)單，裝置少，催化劑具有較高的活性;但其廢液污染嚴(yán)重。

初預(yù)冷之后的煤氣從脫硫塔底部進(jìn)入，在脫硫塔頂部噴灑吸收液，煤氣與脫硫液產(chǎn)生反應(yīng)后，去除了煤氣中所含有的H2S，之后脫硫液從塔底排除進(jìn)入到再生塔，脫硫液通過(guò)與空氣進(jìn)行再生反應(yīng)后被氧化再生，之后返回脫硫塔頂，循環(huán)反應(yīng)的產(chǎn)物硫磺泡沫經(jīng)過(guò)泡沫槽進(jìn)入到熔硫釜，制成硫磺。

1.4 AS法

AS法是由宣鋼焦化廠首次引進(jìn)，該方法的堿源是煤氣自身所含有的氨，并且不需要使用催化劑。該工藝自帶堿源，無(wú)需外購(gòu);腐蝕性問(wèn)題較少;工藝流程短，簡(jiǎn)單易操作;污染少;但該工藝脫硫效率低。

焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)加壓之后進(jìn)入終冷塔去除所含的焦油，之后由終冷塔底部進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔頂端噴灑氨水使之與煤氣進(jìn)行反應(yīng)，煤氣中的H2S被吸收，吸收反應(yīng)中形成的富液從塔底進(jìn)入循環(huán)池。之后進(jìn)入再生塔，與再生塔中的空氣進(jìn)行反應(yīng)，空氣使液相中的NH4HS分解成H2S并且進(jìn)入氣相，再生反應(yīng)后的吸收液再流入脫硫塔進(jìn)行循環(huán)使用。

2 我國(guó)常用的幾種脫硫方法對(duì)比以及脫硫工藝存在的問(wèn)題

現(xiàn)用我國(guó)焦化廠常用的集中脫硫工藝進(jìn)行對(duì)比見表1。

從表1可以看出，F(xiàn)RC法凈化能力相對(duì)于TH法和AS法較好，且脫硫率以及脫氯化氫的效率在三者中也處于優(yōu)勢(shì)。AS法在投資和成本方面來(lái)說(shuō)相對(duì)較低。以上幾種方法在我國(guó)相對(duì)比較成熟，所采用的焦化企業(yè)較多。然而我國(guó)焦化企業(yè)煤氣凈化和脫硫工藝仍存在一些問(wèn)題。一是凈化脫硫的工藝體系不完整，對(duì)于焦?fàn)t煤氣中所含的其他雜質(zhì)的脫除研究比較缺乏;二是，我國(guó)焦?fàn)t煤氣凈化脫硫率相對(duì)較低，對(duì)于含有機(jī)硫200-600mg/m3的整體脫除率只有93%左右，從而影響了我國(guó)焦煤的質(zhì)量，使得硫指標(biāo)無(wú)法滿足合成催化劑的要求;三是催化劑活性不高，催化劑在使用的過(guò)程中，溫度會(huì)升高到350攝氏度左右，然而較高的溫度會(huì)降低彈性，催化劑消耗增大，增加了企業(yè)的成本。四是外送煤氣的壓力不穩(wěn)定。外送煤氣的壓力要大于8kPa，否則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)生產(chǎn)的不穩(wěn)定，為了保證外送煤氣的壓力，焦化廠要根據(jù)自己實(shí)際情況來(lái)開啟主加壓機(jī)來(lái)保證壓力的供應(yīng)。另外，由于主加壓機(jī)啟動(dòng)后會(huì)導(dǎo)致催化劑的大量消耗，增加企業(yè)的運(yùn)行成本。五是脫硫技術(shù)難以推廣，由于某些企業(yè)的脫硫設(shè)備主要是由國(guó)外引進(jìn)，雖然技術(shù)先進(jìn)但是投資成本高，且工藝復(fù)雜，生產(chǎn)條件要求教苛刻，所以不能廣泛的推廣。

3 解決對(duì)策以及改進(jìn)的方法

針對(duì)焦?fàn)t煤氣深度凈化脫硫工藝中存在的問(wèn)題，從加強(qiáng)凈化脫硫工藝研究、提高脫硫效率、增強(qiáng)催化劑的活性、穩(wěn)定外來(lái)煤氣的壓力等幾方面進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 加強(qiáng)凈化脫硫工藝研究

現(xiàn)在我國(guó)對(duì)于煤氣中其他雜質(zhì)的去除研究相對(duì)較少，以干法凈化工藝為例，傳統(tǒng)的干法凈化脫硫工藝現(xiàn)已經(jīng)不能達(dá)到良好的凈化效果，無(wú)法滿足焦?fàn)t煤氣向高效率邁進(jìn)的需求，所以要加強(qiáng)研究和開發(fā)，加強(qiáng)對(duì)凈化脫硫工藝以及催化劑等方面的開發(fā)，使凈化脫硫工藝與技術(shù)更加先進(jìn)，對(duì)煤氣中其他雜質(zhì)的去除效率提高，滿足焦化煤氣企業(yè)的需求。

3.2 提高焦?fàn)t煤氣脫硫工藝的脫硫效率

①在吸收過(guò)程中，根據(jù)手冊(cè)可知，氣體與液體的比值在30-35L/m3脫硫液噴灑密度在50-55m3/（m2/h）之間。而濕法脫硫塔的直徑是4.6m，脫硫液的循環(huán)量是750m3/h。由此可知，在脫硫過(guò)程中，脫硫塔中脫硫液噴灑密度為453/（m2/h），小于50，所以得出脫硫液循環(huán)量沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，影響了硫化氫的吸收。焦化工廠可以增加一臺(tái)循環(huán)泵來(lái)提高脫硫液的循環(huán)量，使噴灑密度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。有利于催化劑在循環(huán)過(guò)程中再生;②在氧化的過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)的溫度和反應(yīng)物濃度同等的情況下，HS-的氧化速度與活化能相關(guān)，而催化劑的作用就是降低HS-的活化能。催化劑的濃度越高，HS-的活化能越低，加速HS-的氧化，有效促進(jìn)了吸收反應(yīng)。所以要加強(qiáng)催化劑的投入量，從而提高脫硫效率。

3.3 增強(qiáng)催化劑的活性

在催化劑的使用中，使用了具有較低溫度活性的催化劑，從而加強(qiáng)催化劑在高溫過(guò)程中的活性，降低催化劑的消耗量。這種低溫活性的催化劑相對(duì)于傳統(tǒng)的催化劑來(lái)說(shuō)可以更有效的加強(qiáng)加氫轉(zhuǎn)化效率，提高焦?fàn)t煤氣的凈化效果，尤其對(duì)含有十分復(fù)雜的有機(jī)硫的焦?fàn)t煤氣。

3.4 穩(wěn)定外來(lái)煤氣的壓力

由于主加壓機(jī)的開啟會(huì)增加催化劑的消耗量，增加焦化廠的運(yùn)行成本，所以我們通過(guò)使用解析風(fēng)機(jī)來(lái)穩(wěn)定煤氣的壓力。可以在解析風(fēng)機(jī)的出口管上增加三通管，由三通管連接解析風(fēng)口和煤氣主管，將煤氣加壓后再供給用戶。這樣可以避免主加壓機(jī)的頻繁使用，減少了企業(yè)的運(yùn)行成本。

4 結(jié)論

由于焦?fàn)t煤氣中的雜質(zhì)含量較多，并且燃燒會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此要加強(qiáng)焦?fàn)t煤氣的質(zhì)量，去除煤氣中所含有的雜質(zhì)。所以本文介紹了焦?fàn)t煤氣深層凈化和脫硫工藝的流程，并且對(duì)三種脫硫工藝進(jìn)行了對(duì)比，得出了我國(guó)焦?fàn)t煤氣凈化與脫硫現(xiàn)存的一些問(wèn)題，如脫硫效率低、凈化工藝不完整、催化劑活性低、煤氣壓力不穩(wěn)定等相關(guān)問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題對(duì)焦化廠提出了一些改進(jìn)的建議。從而提高焦化廠的脫硫率，保證焦?fàn)t煤氣的質(zhì)量。

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