焦爐煤氣二次凈化工藝改進探討

柯忠男（本溪鋼鐵集團有限公司能源總廠，遼寧本溪　117000）

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焦爐煤氣二次凈化工藝改進探討

柯忠男
（本溪鋼鐵集團有限公司能源總廠，遼寧本溪117000）

【摘要】在焦爐煤氣的二次凈化工藝中，對原有工藝進行改進，可以高精度的脫除煤氣中的萘、苯、焦油、H2S、氨等雜質(zhì)，同時具備操作簡單、運行成本低、節(jié)能環(huán)保等特點。

【關(guān)鍵詞】焦爐煤氣；二次凈化；工藝改進

1　原有工藝簡介

目前，本鋼公司所使用的焦爐煤氣均由焦化廠煉焦產(chǎn)生，經(jīng)過焦化回收工藝處理后的焦爐煤氣能夠脫除大部分雜質(zhì)，可以滿足對煤氣質(zhì)量要求不高的用戶。但隨著鋼鐵產(chǎn)品逐漸向高端化發(fā)展，如果燃料中含有過多的雜質(zhì)，勢必影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此對焦爐煤氣的質(zhì)量要求也越來越高，所以從焦化廠出來的焦爐煤氣必須進行二次凈化。

本鋼能源總廠某煤氣加壓站現(xiàn)有焦爐煤氣二次凈化的TSA精脫系統(tǒng)一套，由于該系統(tǒng)工藝設(shè)計存在缺陷，且來自于焦化廠的焦爐煤氣質(zhì)量較差，系統(tǒng)在脫萘時煤氣中的H2S與填料反應(yīng)形成固體硫化物，再生時進入解析氣管網(wǎng)堵塞解析氣管道，使管道管徑減小，影響解析氣排放，從而使脫萘塔無法進行再生；而凈化后的煤氣由于不能完全將內(nèi)部雜質(zhì)全部脫出，這部分煤氣進入下一道工序煤氣壓縮機進行加壓，焦爐煤氣中的萘在高溫高壓下將會結(jié)晶，銨鹽也會析出，對管道造成堵塞，同時也會損壞煤氣壓縮機的吸排氣閥及氣缸，造成頻繁檢修，而在低壓下又不能滿足用戶要求，故需對此工藝進行改進，工藝圖如圖1。

如圖1所示，一個吸附塔要實現(xiàn)脫硫、脫焦油、脫萘等雜質(zhì)，效果不好；就目前的煤氣質(zhì)量，氨含量嚴重超標，煤壓機檢修頻繁，煤氣質(zhì)量無法保證，所以此套設(shè)備及工藝急需得到改進。

2　技術(shù)改進

經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員討論認為，可將現(xiàn)有精脫系統(tǒng)進行升級改造，利用現(xiàn)有設(shè)備實現(xiàn)兩塔脫硫兩塔脫萘、脫氨工藝，使煤氣先進入脫硫塔，脫除H2S后再進入脫萘塔進行煤氣精脫，減少固體硫化物的形成，防止固體硫化物堵塞解析氣管道，恢復系統(tǒng)再生功能。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，將現(xiàn)有焦爐煤氣精脫系統(tǒng)中1#、2#脫萘塔改造為脫硫、脫氨塔，3#、4#塔改造為脫萘塔，更換新填料，再生管路全部更換，同時增大再生加熱器能力，提高換熱面積，保證再生需要溫度。

3　新工藝簡介

3.1干法脫硫工序

從焦爐煤氣主管網(wǎng)出來的原料氣進入干法脫硫工序，此道工序由兩個脫硫罐組成，從流程上可以實現(xiàn)“串/并聯(lián)”的操作方式，通過手動開關(guān)系統(tǒng)中的連通閥門即可實現(xiàn)（如圖2）。

脫硫罐內(nèi)填裝的吸附劑從底部開始分別為：耐高溫瓷球、焦炭和脫硫劑，用于脫除單質(zhì)硫及其硫化物等雜質(zhì)。焦炭用于吸附顆粒較大的雜質(zhì)，而脫硫劑是以Fe2O3為主要成份的顆粒狀物質(zhì)，平鋪于瓷球和焦炭之上（如圖3）。

原料氣從塔底部入口管道及閥門進入吸附塔內(nèi)，經(jīng)瓷球分流后，煤氣緩慢均勻地與脫硫劑進行充分接觸，產(chǎn)生化學反應(yīng)，將煤氣中的硫化物脫除，具體化學反應(yīng)如下：

當硫在脫硫劑中富集到一定程度后，在有水存在時，與焦爐煤氣中含有的氧又會發(fā)生如下反應(yīng)，將鐵的硫化物又轉(zhuǎn)化為氫氧化物：

而產(chǎn)生鐵的氫氧化物又會與煤氣中的硫化物發(fā)生如下反應(yīng)：

所以，當焦爐煤氣中有氧存在時，脫硫劑的脫硫和再生可同時進行。

從上述反應(yīng)過程可知，煤氣中的硫化氫被脫硫劑吸收，凈化后的煤氣從脫硫塔上部引出進入下一道工序，而經(jīng)過反復反應(yīng)的脫硫劑已不可再生，所以就需要定期更換脫硫劑。

圖1　工藝圖

圖2　“串/并聯(lián)”式干法脫硫工藝

圖3　脫硫罐內(nèi)工藝示意

3.2干法脫萘工序

從干法脫硫工序出來的焦爐煤氣進入脫奈工序。本工序由兩臺吸附塔組成，正常生產(chǎn)時一臺吸附、一臺再生，通過系統(tǒng)內(nèi)的閥門自動開關(guān)來實現(xiàn)切換吸附塔的操作。

塔內(nèi)填裝由耐高溫瓷球、焦炭、活性炭等組成的混合吸附劑，用于脫除煤氣中的萘、焦油、苯、氨、H2S等雜質(zhì)。在改造前，塔內(nèi)僅填裝一層焦炭和一層活性炭，而改造后為了減少床層阻力，加快再生速度，床層內(nèi)吸附劑分兩層裝填（如圖4），延長了填料的使用壽命。

圖4　脫萘吸附塔

每臺吸附塔在生產(chǎn)過程中分別經(jīng)歷吸附、加熱、冷吹三個過程，實現(xiàn)焦爐煤氣的二次凈化。現(xiàn)將每個過程介紹如下：

（1）吸附：原料氣從吸附塔底部進入塔內(nèi)，煤氣中的萘、焦油、苯等強吸附性的雜質(zhì)被塔內(nèi)的吸附劑吸附，一氧化碳、氫氣、甲烷、二氧化碳（即二次凈化后的焦爐煤氣）等弱吸附性組分穿過吸附劑從塔頂部的出口管道及閥門送往下一道工序。當吸附時間達到程序預(yù)先設(shè)定的時間后（340 h），自動關(guān)閉吸附塔的進、出口閥門，終止焦爐煤氣的進料，停止吸附，轉(zhuǎn)入再生程序。

（2）加熱：開啟加熱閥門，凈化后的焦爐煤氣經(jīng)煤氣壓縮機加壓后，再經(jīng)過溫度為150℃以上的蒸汽加熱器加熱，從吸附塔的頂部管道及閥門進入塔內(nèi)，對塔內(nèi)的吸附劑進行加熱?？紤]到吸附塔內(nèi)料層較厚，為防止從頂部進入塔內(nèi)的加熱凈化氣到塔底部時溫度不夠，又引入一路管道至塔中部，這樣形成兩路加熱氣為塔內(nèi)填料進行加熱。進入塔內(nèi)的高溫氣體將吸附劑內(nèi)孔里所吸附的雜質(zhì)全部氣化解吸，隨高壓加熱氣一同從吸附塔底部帶出，進入焦爐煤氣主管網(wǎng)，供給對焦爐煤氣品質(zhì)要求不高的用戶使用，從而使塔內(nèi)的吸附劑得到再生。在達到程序所設(shè)定的加熱時間后（240 h），自動關(guān)閉再生氣的出入口閥門，加熱程序結(jié)束。

（3）冷吹：加熱程序結(jié)束后，程序自動開啟冷吹閥門，用常溫下的經(jīng)過煤氣壓縮機加壓的凈化氣從吸附塔頂部和中部進入，將塔內(nèi)吸附劑的余熱帶出。在達到程序所設(shè)定的冷吹時間后（100 h），冷吹進出口閥門自動關(guān)閉，冷吹程序結(jié)束，準備進入下一次的吸附程序。

每臺吸附塔的吸附程序完全相同，只是順序上相互錯開，以保證煤氣凈化過程連續(xù)進行，從而得到穩(wěn)定的凈化煤氣，具體工藝布置如圖5。

圖5　焦爐煤氣二次凈化工藝圖

4　結(jié)語

本套煤氣凈化系統(tǒng)，主要對焦爐煤氣進行二次凈化處理，使焦爐煤氣能夠達到用戶的使用要求。此工藝不使用動力設(shè)備，沒有電消耗，達到了節(jié)能的目的，而且具有結(jié)構(gòu)緊湊、流程簡單、自動化程度高、易于操作等特點。

本套凈化工藝自改進投產(chǎn)以來，設(shè)備已連續(xù)運行一年多，沒有發(fā)生解析氣管道堵塞現(xiàn)象，既實現(xiàn)了焦爐煤氣的凈化，又降低了檢修及換料成本，為企業(yè)的節(jié)能降耗作出了一定的貢獻。

[參考文獻]

[1]曾凡華，殷文華，李克兵，張杰，郜豫川.焦爐煤氣干法凈化變溫吸附工藝[P].中國：200810045657.4，2008-12-17.

[2]郭永強.焦爐煤氣二次凈化新工藝[J].廣州化工，2009（4）.

制氧

A Discussion on Upgrading of the Secondary Purifying Process for Coking Gas

KE Zhongnan
(The Energy Plant of Benxi Iron and Steel Group Co., Ltd., Benxi, Liaoning 117000, China)

【Abstract】Once the existing secondary purifying process for coking gas was upgraded, impurities such as naphthalene, benzene, tar, H2S and ammonia in coking gas can be accurately removed while the optimized process is easy to operate, low operation cost and more environment friendly.

【Keywords】coking gas; secondary purification; process improvement

作者簡介：柯忠男（1984-），男，2005年畢業(yè)于遼寧石油化工大學機電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事煤氣運行管理工作。

收稿日期：2015－06－09

【中圖分類號】TQ546.5

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)10-0015-03