基于DDS 的焦爐煤氣脫硫安全技術(shù)的應(yīng)用分析

陳安才

（拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆 阿克蘇 842300）

在煉焦的過程中，原煤中所含的各種硫化物將通過燃燒轉(zhuǎn)換為硫化氫等硫化物并進入到焦爐煤氣中，在煙道內(nèi)流動的過程中不僅會對系統(tǒng)和設(shè)備產(chǎn)生嚴重的腐蝕，影響設(shè)備運行穩(wěn)定性和安全性，而且隨著尾氣排放進入到空氣中后會造成嚴重的環(huán)境污染。因此需要對焦爐煤氣進行脫硫處理[1-2]。目前常用的脫硫方案主要是PDS 脫硫工藝，其屬于濕法脫硫的一種，但在使用過程中存在著硫化氫脫除不徹底、穩(wěn)定性差、脫硫效率低的不足，無法滿足焦化生產(chǎn)的需求。

本文提出了一種新的基于DDS 的焦爐煤氣脫硫技術(shù)，對該工藝技術(shù)原理、應(yīng)用情況等進行了分析。結(jié)合所使用的脫硫設(shè)備的實際情況對再生塔進行了改造，提高了脫硫效率。將有害的硫化物轉(zhuǎn)換為單質(zhì)硫或者化工原料，實現(xiàn)了廢物的再利用。根據(jù)實際監(jiān)測，在采用新的焦爐煤氣脫硫技術(shù)后，能夠?qū)⒚摿蛐侍嵘?7.9%，將焦爐煤氣中的硫質(zhì)量濃度降低到10 mg/m3以下，顯著提升了焦化生產(chǎn)過程中脫硫的效率和經(jīng)濟性。

1 DDS 脫硫工藝技術(shù)原理

DDS（脫硫脫碳溶液活化劑）脫硫技術(shù)主要是利用乙二醇為載體，加入一定的DDS 脫硫劑組成焦化煤氣脫硫液。將DDS 脫硫液噴灑在焦爐的吸收塔內(nèi)，煙氣在上升過程中經(jīng)過這些脫硫液，脫硫液吸收焦化煤氣中的二氧化硫。吸收二氧化硫后的脫硫液轉(zhuǎn)換為了“富液”形態(tài)，在再生塔內(nèi)再經(jīng)過加熱、氧化、真空再生等將二氧化硫釋放出來，使脫硫液再次從“富液”轉(zhuǎn)換為“貧液”，經(jīng)過冷卻后再次回到吸收塔內(nèi)循環(huán)使用。而釋放出的二氧化硫經(jīng)過收集和處理后可以形成單質(zhì)硫或者液體二氧化硫，作為化工原料使用[3-5]。

DDS 脫硫劑和二氧化硫的吸收反應(yīng)方程可表示為式（1）：

在再生塔中，富液在120 ℃左右的高溫、-40～40 kPa 的條件下，進行再生，使“富液”中的二氧化硫釋放出來，此時的釋放反應(yīng)方程可表示為式（2）：

基于DDS 的脫硫工藝流程如圖1 所示。

在利用DDS 脫硫法進行脫硫時，對整個系統(tǒng)的反應(yīng)要求較為嚴格。在反應(yīng)過程中，焦爐煤氣需要先經(jīng)過冷卻塔降溫，進入到脫硫塔內(nèi)時溫度要保持在30 ℃±5 ℃，在進行二氧化硫的吸收反應(yīng)過程中其一級循環(huán)量需控制在450 m3/h，二級循環(huán)量需控制在600 m3/h。

2 DDS 脫硫工藝技術(shù)應(yīng)用與優(yōu)化

為了提升對焦化煙氣的脫硫效果，2021 年引入了基于DDS 的焦爐煤氣脫硫工藝技術(shù)，整個工程建設(shè)主要包括了DDS 的焦爐煤氣脫硫系統(tǒng)及DDS 的焦爐煤氣脫塵、脫硝系統(tǒng)。設(shè)備于2022 年3 月完成并于2022 年4 月進入到聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段。在聯(lián)調(diào)過程中對煙道入口和出口處的二氧化硫含量進行統(tǒng)計并繪制了二氧化硫含量變化曲線圖，如圖2 所示，該數(shù)據(jù)來源于2022 年4 月15 日。

圖2 優(yōu)化前二氧化硫變化曲線圖

由實際監(jiān)測結(jié)果可知，采用新的基于DDS 的焦爐煤氣脫硫工藝后，在出口處的二氧化硫質(zhì)量濃度約為32 mg/m3，雖然遠低于PDS 脫硫工藝情況下的二氧化硫含量，但和理論分析能夠?qū)⒊隹谔幎趸蛸|(zhì)量濃度降低到5 mg/m3以下仍存在一定的差距，因此計劃從工藝和設(shè)備調(diào)試上進行進一步的優(yōu)化。

通過分析，影響焦化煙氣內(nèi)二氧化硫含量的因素除了焦化煙氣和DDS 脫硫原液接觸是否充分外，還與再生系統(tǒng)的再生效果有密切關(guān)系。根據(jù)焦化煙氣排放量和脫硫原液加入量的分析，脫硫原液加入量完全能夠滿足對焦化煙氣中二氧化硫的吸收，因此將重點排查方向放到了再生系統(tǒng)上。

3 再生系統(tǒng)優(yōu)化

對再生系統(tǒng)應(yīng)用效果的分析[6]，主要是依據(jù)其脫硫液的成分來判斷的，脫硫液中關(guān)鍵的成分指標主要包括含水質(zhì)量分數(shù)在20%～30%，溶液的pH 值在4～5之間，貧溶液中二氧化硫的質(zhì)量濃度小于0.15 g/L，溶液中硫酸根的質(zhì)量濃度應(yīng)小于4.5 g/L。

在對整個再生系統(tǒng)的工作情況進行分析后發(fā)現(xiàn)，再生系統(tǒng)的蒸汽從再生塔的下側(cè)進入時，在工作過程中經(jīng)常發(fā)生“液錘”現(xiàn)象導(dǎo)致再生塔內(nèi)的蒸汽管道在振動下出現(xiàn)抖動和漏液情況，影響了再生反應(yīng)的順利進行。對此處的再生液成分進行分析，匯總?cè)绫?所示。

表1 再生液含量匯總表

根據(jù)再生液的含量分析，其中的含水量均遠超允許值，而且溶液中的硫酸根質(zhì)量濃度隨時間的變化逐漸增加，說明了再生液的再生效果在迅速的轉(zhuǎn)弱。

針對上述問題，項目組提出了對再生塔進行優(yōu)化的方案，將蒸汽直接供應(yīng)更改為了分段式供應(yīng)，在再生塔內(nèi)設(shè)置了10 層隔板，每一個隔板上均設(shè)置一個蒸汽分布器，提高蒸汽的均勻性，減少一次供應(yīng)產(chǎn)生的“液錘”沖擊現(xiàn)象。同時為了減少在反應(yīng)過程中硫酸根離子的富集，可以將離心機的過濾機更改為板框式壓濾機，并每小時抽取20 m3的脫硫液加入氧化鈣進行反應(yīng)，使其生成硫酸鈣，從而實現(xiàn)對硫酸根離子的持續(xù)處理。

經(jīng)過優(yōu)化后，對再生液成分進行分析，匯總?cè)绫?所示。

表2 優(yōu)化后再生液含量匯總表

優(yōu)化后，再生液內(nèi)的各種成分含量均保持在正常的參數(shù)范圍內(nèi)，而且硫酸根含量基本保持恒定，表明了再生液的活性始終保持在高活性的范圍內(nèi)。

4 優(yōu)化后脫硫效果分析

目前該基于DDS 的焦爐煤氣脫硫安全技術(shù)已經(jīng)投入應(yīng)用約3 個月，對優(yōu)化后焦爐煙氣入口和出口處的二氧化硫含量進行監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果繪制成曲線圖，如圖3 所示。

圖3 優(yōu)化后二氧化硫變化曲線圖

由實際測試結(jié)果可知，采用基于DDS 的焦爐煤氣脫硫工藝并對再生系統(tǒng)優(yōu)化后，能將焦爐煤氣中的硫質(zhì)量濃度降低到10 mg/m3以下，同時和傳統(tǒng)的PDS脫硫工藝相比，新的脫硫技術(shù)能夠?qū)⒚摿蛐侍嵘?7.9%，有效地提升了焦爐煤氣脫硫的效率和經(jīng)濟性。

5 結(jié)論

1）DDS 脫硫技術(shù)是一種全封閉、全循環(huán)式的脫硫技術(shù)，不需要傳統(tǒng)的脫硫劑，具有運行成本低、效率高的優(yōu)點；

2）將蒸汽直接供應(yīng)更改為了分段式供應(yīng)，再將離心機的過濾機更改為板框式壓濾機，能夠有效解決再生塔的“液錘”現(xiàn)象，提高運行可靠性。

3）新的脫硫技術(shù)能夠?qū)⒚摿蛐侍嵘?7.9%，將排放的焦爐煤氣內(nèi)的硫質(zhì)量濃度降低到10 mg/m3以下。