試論高硫煤煉焦過(guò)程的脫硫技術(shù)
2012-12-31 00:00:00陳志
【摘 要】以有機(jī)硫?yàn)橹鞯母吡蛎海催x后精煤硫份比原煤更高。焦煤中的硫份只有 30%-50%經(jīng)裂解進(jìn)入煤氣中，大部分硫殘留在焦炭中，根據(jù)硫份在焦炭中的位置，可將脫硫技術(shù)分為入爐前脫硫，焦化過(guò)程脫硫和煤氣脫硫三個(gè)階段過(guò)程，本文主要探討了高硫煤入焦?fàn)t前物理、化學(xué)法脫硫，焦化過(guò)程高溫加氫（焦?fàn)t煤氣）脫硫工藝和煤氣中硫元素回收利用進(jìn)行最終脫硫。
【關(guān)鍵詞】焦煤入爐前脫硫；碳化過(guò)程加氫脫硫；回收煤氣脫硫
1.焦煤入焦?fàn)t前脫硫
1.1無(wú)機(jī)硫的脫除
無(wú)機(jī)硫脫除一般以物理法為主，它主要以硫鐵礦和硫酸鹽的形態(tài)存在于煤的夾層中，以地質(zhì)結(jié)合為主，由于國(guó)內(nèi)原煤洗選工藝一般以脫灰為主，原煤中無(wú)機(jī)硫的脫除率一般在40%左右，如將原煤洗選粒度降至一定程度，硫鐵礦的脫除率可大幅提高，因此只要將部分洗煤設(shè)備和工藝加以改進(jìn)，即可有效的提高無(wú)機(jī)硫的脫除效率，目前，國(guó)內(nèi)外已有成熟的設(shè)備，通過(guò)優(yōu)化洗選工藝，脫除原煤中的硫鐵礦。它工藝可靠，脫除效率高、投資省、運(yùn)行成本低，已得到洗煤行業(yè)的高度重視，一些專業(yè)的洗煤廠商已將脫除無(wú)機(jī)硫做為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，主要采用重力法、浮選法、磁選法等幾種工藝。
重力法是按煤和硫鐵礦比重差異進(jìn)行脫硫，這是目前焦煤脫硫的主要手段，使用重介質(zhì)旋流器可以實(shí)現(xiàn)低密度，高精度的分選，分選粒度下限可以達(dá)到 0.1-0.2mm，能有效地排除未充分解離的中間密度的硫鐵礦與煤的連生體，而獲得較高回收率的低灰低硫精煤，高密度的硫鐵礦使用重介工藝可使煤與硫鐵礦進(jìn)行有效的分離，且脫除率較高。
浮選法主要處理重介質(zhì)分選粒度下限微未級(jí)的細(xì)微粒煤，上限可以達(dá)到0.3mm 以上，彌補(bǔ)了重介質(zhì)分選的粒度范圍，在該粒度狀況下，煤與硫鐵礦連生體已基本被分離，只要選用合適的浮選制，利用顆粒表面潤(rùn)濕差異和空氣微泡有條件吸附而形成的表面張力就能有效的分離出硫鐵礦和灰分，微泡浮選柱具有明顯的去硫除灰能力，而且對(duì)微末級(jí)的極細(xì)粒煤效果非常好。
磁選法主要利用硫鐵礦自身的磁性對(duì)其進(jìn)行脫硫，它是根據(jù)煤效組份與硫鐵礦的磁性差異進(jìn)行脫硫。它是浮選法的工藝補(bǔ)充，主要針對(duì) 0.3mm 以下的泥煤中的硫鐵礦，但因硫鐵礦磁性較小，雖然顯順磁性的，需專用的磁選機(jī)和較復(fù)雜的流程，因此國(guó)內(nèi)洗選廠家選用有限。
1.2 有機(jī)硫脫除
有機(jī)硫的脫除是一個(gè)復(fù)雜的氧化還原過(guò)程，一般的工藝條件很難有效的脫除，目前，理論上論證、試驗(yàn)較多的工藝有：氧化法、硝化法、氯解法、熱解法，堿液法等多種化學(xué)脫硫方法，且綜合脫硫效率能達(dá)到 20-60%。如：利用濃氨水滲透打斷與煤分子的有機(jī)結(jié)合健，再經(jīng)過(guò)洗選分離出無(wú)機(jī)硫；利用熱堿液浸泡焦煤8個(gè)小時(shí)以上（需加熱進(jìn)行恒溫），生成硫代硫酸鹽再分離；在密封容器中和一定的高溫、高壓條件下，加入空氣氧化煤中有機(jī)硫；用NO2有選擇性的氧化煤中的硫分，并以熱堿液處理后水洗；氯乙稀液萃取煤中硫組份；高溫加氫法等。雖然化學(xué)脫硫方法較多，且脫硫效率也較高。但裝置投資大，生產(chǎn)費(fèi)用高，處理煤量規(guī)模小，易造成二次污染，生產(chǎn)條件要求高等弊端，很難規(guī)模化生產(chǎn)，只能用于超凈化煤的處理。但有機(jī)硫含量高的原煤，一般含灰量較低，價(jià)格也偏低，可做為煤焦的配煤，控制焦炭中的總硫和總灰份。
1.3 生物脫硫
煤的生物脫硫工藝比較簡(jiǎn)單，是所有脫硫工藝中投資和運(yùn)行費(fèi)用最低的一種方法，它利用某一種針對(duì)性強(qiáng)的好氧菌的氧化特性，將煤中的硫鐵礦，硫酸鹽及煤分子中的噻吩硫氧化成離子狀態(tài)、單質(zhì)硫（生成硫酸）達(dá)到脫硫的目的，且對(duì)煤質(zhì)不產(chǎn)生影響。
2.炭化過(guò)程脫硫
煤在炭化過(guò)程脫硫，是提高焦炭質(zhì)量的一項(xiàng)重要的措施，目前有二種方法，一種是傳統(tǒng)的縛硫焦，使用鈣基和鋇基縛硫劑使焦炭中的硫份降低 0.1～0.2 個(gè)百分點(diǎn)，效果明顯，但缺陷是增加了焦炭中的灰份，需使用灰份較低的煤，在焦煤資源日趨緊張的今天，該方法已基本被淘汰。另一種方法煤是在炭化室結(jié)焦的過(guò)程中、適時(shí)、適量、適溫的通入氫氣或焦?fàn)t煤氣（含氫55%左右），氫與硫鐵礦發(fā)生還原反應(yīng)，生成 H2S 和 Fe，與噻吩類硫化物反應(yīng)生成碳?xì)浠衔锖土蚧瘹?。根?jù)可行性研究表明，在新建焦?fàn)t設(shè)計(jì)時(shí)增加一個(gè)加氫（焦?fàn)t煤氣）系統(tǒng)是可行的，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)的脫硫效果還需進(jìn)一步驗(yàn)證，要實(shí)現(xiàn)煤在炭化過(guò)程脫硫的可行性，需具備以下幾方面條件。
2.1參與反應(yīng)的氫氣量（焦?fàn)t煤氣）
它取決于焦炭中總硫的控制，經(jīng)凈化的回爐煤氣量應(yīng)占總量的20%。這部分煤氣取至回爐煤氣預(yù)熱器，溫度 80℃左右。煤氣壓力1500～2000pa 即可滿足工藝條件。
2.2回爐煤氣溫度
因冷煤氣可使?fàn)t溫降低，延長(zhǎng)結(jié)焦時(shí)間，因此需要利用焦?fàn)t蓄熱室設(shè)計(jì)一套加熱系統(tǒng)，將煤氣加熱至500度左右，該系統(tǒng)如在已建焦?fàn)t改造，難度很大，但新建焦?fàn)t就比較容易的實(shí)現(xiàn)。
2.3 選擇合適的炭化室溫度通入煤氣脫硫
根據(jù)理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果顯示，氫氣脫硫最佳炭化室溫度為 900 度左右，即焦餅中心出現(xiàn)孔隙時(shí)的結(jié)焦后期，揮發(fā)份逸出 80～85%時(shí)，焦餅中S與H2反應(yīng)的推動(dòng)力最大。
2.4氫化脫硫反應(yīng)時(shí)間控制
反應(yīng)時(shí)間的控制，取決于爐型，煤質(zhì)，氫氣的溫度、壓力和量，頂裝煤焦?fàn)t，焦餅結(jié)焦中后期，爐墻還承受焦餅一定的側(cè)壓力，阻力較大，后期收縮后焦餅孔、隙較大，有利于 H2S 反應(yīng)。
3.煤氣脫硫
煤氣脫硫成熟的工藝較多，下面作一簡(jiǎn)單的技術(shù)分析：
3.1以氨為堿源的 HPF 脫硫工藝的特點(diǎn)是脫硫效率高，脫硫后的煤氣含硫量小于 200mg，但有難處理的鹽類廢液，易造成二次污染；生產(chǎn)尾氣含氨量高也易造成二次污染；脫硫產(chǎn)品硫磺的純度低，質(zhì)量差，脫硫成本高；由于再生塔排出尾氣和廢液帶氨量較大，可使氨的損失達(dá)15%，不但污染了環(huán)境，也浪費(fèi)了氨源；一次性投資大，設(shè)備能耗高，生產(chǎn)成本增加，因此新設(shè)計(jì)的脫硫裝置裝重點(diǎn)考慮節(jié)能減排。
3.2 AS 法脫硫工藝：該工藝雖然脫硫過(guò)程不產(chǎn)生污染且硫磺純度高，但脫硫效率較低，煤氣含硫不易達(dá)標(biāo)，且設(shè)備材料防腐要求高，生產(chǎn)成本高，推廣使用受到一定限制。
3.3 真空碳酸鉀脫硫工藝：該工藝特點(diǎn)是元素硫質(zhì)量好，效益好于其它工藝，但需外購(gòu)堿源、脫硫效率低，脫硫后煤氣含硫較高，另外該脫硫裝置放在洗苯塔后，故存在一定的污染和腐蝕問(wèn)題。
3.4 FAS 氨為堿源濕式吸收工藝：該工藝是在 HPF 法基礎(chǔ)上優(yōu)化創(chuàng)新的一種工藝，該工藝增大了脫硫塔傳質(zhì)面積，脫硫效率高；在脫酸前增加脫氰裝置，提高了脫氰效率；裝置回收的硫磺純度高，系統(tǒng)無(wú)廢液產(chǎn)生，工藝比較先進(jìn)，但設(shè)備較多，一次性投資偏大。
綜合煤氣脫硫工藝，雖然脫硫效率、二次污染、一次性投資、生產(chǎn)成本、工藝復(fù)雜程度有差異，但脫硫效率都能達(dá)到或接近國(guó)家指標(biāo)要求，因此，處理的工藝難度要小于固態(tài)脫硫。
4.結(jié)論
隨著大型鋼鐵企業(yè)對(duì)焦炭質(zhì)量要求不斷提高和低硫煉焦煤資源儲(chǔ)量的日趨減少，尋求高硫煤煉焦的有效應(yīng)用工藝的確定還有許多技術(shù)問(wèn)題需要解決，它需要相關(guān)行業(yè)的共同努力，以便加快新的、高效的脫硫工藝工業(yè)化。
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