PDS法焦爐煤氣脫硫技術(shù)研究

陳秀剛(神華烏海能源西來峰煤化工公司 內(nèi)蒙古 烏海 016000)

焦爐煤氣是煉焦的副產(chǎn)物之一，因其熱值高，CO含量低，廣泛應(yīng)用于城市居民燃氣、高溫工業(yè)爐的燃料、化工原料等方面。但未經(jīng)凈化處理的焦爐煤氣中含有硫化氫(H2S)、有機硫、氰化氫(HCN)、焦油、萘等多種雜質(zhì)。有機硫在高溫下幾乎全部轉(zhuǎn)化成H2S，煤氣中含硫以H2S為主，占90%以上。H2S是一種有毒有腐蝕性的氣體，空氣中濃度達到0.1%就能致人死亡，含H2S的焦爐氣用于煉鋼會降低鋼材質(zhì)量，H2S還能腐蝕輸氣管道，其燃燒產(chǎn)物SO2也會污染大氣。因此必須對焦爐煤氣中的H2S進行脫除。

目前，國內(nèi)外焦爐氣脫硫工藝多達幾十種，按工藝特點可分為濕法脫硫和干法脫硫兩大類。我國使用的濕法氧化脫硫工藝主要有：FRC法、TH 法、HPF法、PDS法、改良ADA法等；濕式吸脫硫收工藝主要有：以單乙醇胺為吸收劑的索爾菲班法(Sulfiban法)、以氨水為吸收劑AS循環(huán)洗滌法和以碳酸鈉為吸收劑的真空碳酸鈉法等[1]。本文對PDS法煤氣脫硫工藝技術(shù)進行研究。

一、堿源的選擇

焦化廠脫硫工藝中，一般采用氨或碳酸鈉作為堿源，焦爐煤氣中氨含量大致在4-6g/m3，如果焦爐氣中H2S含量較低，在3-5g/m3范圍內(nèi)，可以選擇以氨作為堿源；但的焦爐煤氣中H2S含量大于6g/m3時，氨做堿源的脫硫效果就不理想了，需要外加堿源，成本較高。所以使用哪種堿源是焦爐氣脫硫工藝的關(guān)鍵。

當焦爐煤氣中H2S含量較高時，選擇Na2CO3作為堿源，可以彌補煤氣中氨堿源不足，保證脫硫效率。使用Na2CO3時，其含量控制在0.8-1.2 mol/L之間，系統(tǒng)堿度要掌握在0.3-0.4mol/L之間，p H值8.0-8.5，焦爐氣入系統(tǒng)溫度30-40℃，脫硫液溫度35-42℃，脫硫效果良好。

二、PDS法的工藝原理

PDS也就是雙核酞菁鈷磺酸鈉，它具有MPc-PcM的分子結(jié)構(gòu)，由于該結(jié)構(gòu)對H2S液相氧化反應(yīng)具有極高的催化活性，其反應(yīng)為自由基反應(yīng)[2]，HS·自由基和O2在PDS分子的兩個中心離子上協(xié)同產(chǎn)生，且通過O2-的交換反應(yīng)可以產(chǎn)生HSx·自由基，PDS催化劑對H2S有很好的脫除作用，故PDS可以用于工業(yè)脫硫，可以用于焦爐氣脫硫。第一系列過渡金屬離子的催化活性順序為Co>Ni>V>Fe>Cu>Cr>Mn。

三、工藝流程[3]

煤氣經(jīng)洗苯工藝后，進入脫硫工段，與脫硫液在脫硫塔內(nèi)逆流噴灑接觸，脫硫后進入捕霧器。脫硫液從脫硫塔底部經(jīng)封液槽進入反應(yīng)槽，經(jīng)循環(huán)泵泵出后進加熱器，再入再生塔，經(jīng)其頂部經(jīng)液位調(diào)節(jié)器溢流至脫硫塔，液位調(diào)節(jié)器前后U型彎出來的脫硫液送至提鹽，由再生塔排液管來的脫硫液進入事故槽。

將泡沫槽用來收集再生塔溢出泡沫，而后將硫泡沫泵入熔硫釜，加熱后溶液重回脫硫系統(tǒng)，硫顆粒變大沉降至釜底部，繼續(xù)被熔融為液態(tài)硫，聚集到一定程度開閘放出硫。

廢液提鹽流程是由粗制的Na2S2O3離心液與泡沫槽和再生塔來的澄清液套用，通過粗制Na2S2O3原料槽加入蒸發(fā)器中濃縮液至過濾崗位。氣體經(jīng)冷凝冷卻器冷凝后經(jīng)水封返回反應(yīng)槽。由粗制NaCNS溶解槽來的溶液加入酸破壞反應(yīng)鍋，由硫酸高置槽向酸破壞反應(yīng)鍋中加酸中和后溶液經(jīng)真空過濾至堿中間鍋，由溶堿槽向堿中和鍋中加堿。由中間鍋向精制蒸發(fā)器中加料,濃縮液至離心崗位，氣體經(jīng)冷凝冷卻器冷凝后經(jīng)水封槽返回反應(yīng)槽。

四、影響因素

催化劑失活，PDS在使用過程中會因為煤氣中的多種組份而失活，在脫硫工段前增加埔滌塔，能夠有效去除煤氣中的奈、焦油霧以及芳烴類物質(zhì)，減少催化劑失活。PDS與配堿的添加方法，對脫硫效率影響也比較大，脫硫效率與pH值成正比，但如果堿度過高，pH值過大，不僅會增加堿耗還會因硫析出過快造成管道堵塞。

脫硫液中的副鹽NaSCN、Na2S2O3濃度過大時，會導致溶液粘度增大，致使H2S、HCN吸收效率變低，脫硫液中的副鹽必須定期排出。NaSCN、Na2S2O3也是寶貴的化工原料，副鹽可以經(jīng)過蒸餾、過濾、提鹽等工藝，得到純度高的副鹽晶體。

煤氣流出脫硫塔時會夾帶一下脫硫液出來，這樣會造成脫硫液利用率較低，成本增大，一般流速越快，夾帶量就越大，為降低脫硫液的損耗，煤氣須先經(jīng)過捕霧器方可進入下道工序。

五、小結(jié)

PDS法煤氣脫硫技術(shù)，具有良好的脫硫效果，可以根據(jù)生產(chǎn)的實際情況選擇堿源。根據(jù)某廠生產(chǎn)實踐證明，該工藝有以下優(yōu)勢：首先脫硫效率高，經(jīng)PDS法脫硫中煤氣中H2S含量降至5mg/m3以下，無需二次脫硫；再者脫硫液中不存在有毒化學成分，脫硫廢液提鹽后可得到有價值的副產(chǎn)品，是一種環(huán)保、低污染的環(huán)境友好型技術(shù)；其次是單質(zhì)硫分離程度高，易浮選，不堵塔，系統(tǒng)中的游離硫組分濃度低，脫硫液呈清澈透明狀；最后腐蝕程度低，設(shè)備使用周期延長，成本降低。如何更好地發(fā)揮PDS的催化活性、降低脫硫液中的懸浮硫是今后的研究方向。

[1]田賀忠，程軻，許嘉鈺，等.焦化行業(yè)脫硫工藝多級模糊綜合評價[J].煤炭學報，2010(9):1542-1547.

[2]陳彬，毛曉青，劉桂耘，等.PDS脫硫、脫氰反應(yīng)機理的研究[J].石油與天然氣化工，1995(2):75-79.

[3]杜若焦化廠煤氣脫硫工藝方法的選擇和應(yīng)用[D].長春：吉林大學，2012.