酒鋼焦爐煤氣凈化脫萘系統(tǒng)再生氣改造

蔣玉嶺

(酒鋼宏興鋼鐵股份公司動力廠，甘肅嘉峪關(guān) 735100)

引言

現(xiàn)酒鋼宏興鋼鐵股份有限公司有以下4座焦爐煤氣凈化站，分別為：

（1）碳鋼冷軋燃氣站：煤氣凈化處理能力16000 m3/h，其中4座脫萘塔；

（2）三加壓站：煤氣凈化處理能力2500 m3/h，其中2座脫萘塔；

（3）不銹鋼冷軋燃氣站：煤氣凈化處理能力2000 m3/h，其中2座脫萘塔；

（4）不銹鋼中厚板加壓站：煤氣凈化處理能力7000 m3/h，其中2座脫萘塔。

焦爐煤氣凈化系統(tǒng)主要用來脫除焦爐煤氣中的硫化氫、焦油、萘及其他雜質(zhì)。其中脫萘塔內(nèi)吸附劑需定期再生，使吸附劑循環(huán)利用。目前，以上4座焦爐煤氣凈化站的脫萘系統(tǒng)均采用的蒸汽再生，采用160℃以上的蒸汽從塔頂通入的方式再生，再生完的蒸汽直接排入大氣，造成環(huán)境污染，同時塔內(nèi)硫化物、苯氫類物資夾雜在直排氣中，對人體健康造成較大安全隱患。為此，改造脫萘塔的再生系統(tǒng)，采用成品煤氣再生，再生氣直接排入對可燃雜質(zhì)含量要求不高的主要用于燃燒加熱用戶的轉(zhuǎn)爐煤氣管道中。因為再氣中的雜質(zhì)主要是萘和焦油等碳氫化合物組分，燃燒后主要成分為二氧化碳和水，對后續(xù)用戶和環(huán)境影響很小，因此即可杜絕排放物污染，又改善操作環(huán)境。

1 焦爐煤氣凈化脫萘（TSA系統(tǒng)）系統(tǒng)蒸汽再生工藝流程說明

脫萘塔內(nèi)裝填的吸附劑主要為活性炭，在運行1～2周后，因焦油、萘、硫?qū)钚蕴績?nèi)孔的堵塞，使其性能下降，床層阻力升高，因此需采用過熱氣體對活性炭進行再生。改造前主要再生氣體為蒸汽再生，其主要工藝流程如下：

將需再生的脫萘塔停運并置換合格后關(guān)閉該塔進、出口閥，關(guān)閉塔頂放散，打開塔體排污閥，向粗脫塔內(nèi)通蒸汽（塔內(nèi)蒸汽壓力不得超過0.05 MPa），讓塔內(nèi)溫度保持在120℃以上（因萘的熔點為80.5℃、硫的熔點為120℃）。塔內(nèi)溫度大于120℃保持8 h后，逐漸關(guān)閉蒸汽閥，停止向塔內(nèi)通蒸汽，關(guān)閉塔體排污閥，用氮氣冷吹合格。

2 焦爐煤氣凈化脫萘（TSA系統(tǒng)）系統(tǒng)再生氣工藝改造的必要性說明

2.1 蒸汽再生的弊端

焦爐煤氣凈化系統(tǒng)主要用來脫除焦爐煤氣中的硫化氫、焦油、萘及其他雜質(zhì)。目前的生產(chǎn)中脫萘塔吸附劑需定期使用蒸汽進行再生，使吸附劑循環(huán)利用，再生方式為采用200℃以上的蒸汽從塔頂通入的方式。

蒸汽再生不是完全的氣體再生，隨再生次數(shù)增加，脫萘劑吸附容量下降較快，影響吸附劑的使用壽命；同時，再生過程中產(chǎn)生再生廢水需要處理，再生廢氣排向大氣，產(chǎn)生環(huán)境污染：再生完的蒸汽直接排入大氣，造成大氣環(huán)境污染，同時塔內(nèi)硫化物、苯氫類物資夾雜在直排氣中，對人體健康造成較大安全隱患。因各崗位脫萘塔蒸汽再生時將再生完的蒸汽排放至大氣中，焦爐煤氣凈化崗位周圍充滿了刺鼻的異味，造成周圍其他崗位工作場所及辦公場所人員有不適感，無法正常工作。

2.2 焦爐煤氣再生的優(yōu)勢

凈化后焦爐煤氣再生為完全地氣體再生，隨再生次數(shù)增加，脫萘劑吸附容量下降較慢，再生煤氣不外排，直接進入煤氣總管中，系統(tǒng)封閉，不存在廢水排放問題。

2.3 環(huán)保要求

脫萘塔采用蒸汽再生，放散產(chǎn)生的廢氣中含有大量的萘、焦油等污染物。其中，焦油中的致癌物質(zhì)和促癌物質(zhì)，能直接刺激氣管、支氣管粘膜，使其分泌物增多、纖毛運動受抑制，造成氣管支氣管炎癥；焦油被吸入肺后，產(chǎn)生酵素，使肺泡壁受損，失去彈性，膨脹、破裂，形成肺氣腫；焦油粘附在咽、喉、氣管，支氣管粘膜表面，積存過多、時間過久可誘發(fā)細胞異常增生，形成癌癥。萘可導致肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)損傷、白內(nèi)障和視網(wǎng)膜出血。

目前國家對工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保要求越來越嚴格，而蒸汽再生產(chǎn)生的污染物對周圍環(huán)境污染嚴重，同時，不利于操作人員的身心健康，存在健康隱患。

采用煤氣再生后，因為再生氣中的雜質(zhì)主要是萘和焦油等碳氫化合物組分,燃燒后主要成分為二氧化碳和水,對后續(xù)用戶和環(huán)境影響很小,可杜絕再生過程中污染物的放散，不存在以上環(huán)保問題。

2.4 經(jīng)濟效益分析

將再生氣改造為凈化后焦爐煤氣可減少蒸汽使用量，不銹鋼燃氣站、碳鋼冷軋燃氣站、凈化加壓站每年可大約節(jié)約蒸汽再生時蒸汽用量的1/3（正常運行），～770 GJ/年。使用站內(nèi)現(xiàn)有凈化焦爐煤氣再生，再生后的焦爐煤氣可排入煤氣管道繼續(xù)使用，不會造成煤氣放散。

技術(shù)升級后主要效益為環(huán)境方面的社會效益,再生工藝升級后,再生過程的污染物放散將從根本上得以解決,周邊環(huán)境進一步改善,生產(chǎn)操作人員健康得到有效保障。

2.5 提高自動化程度

改造后的脫萘系統(tǒng)可完全實現(xiàn)自動控制，吸附—再生環(huán)節(jié)均可實現(xiàn)在線操作，減少人員操作強度，提高工作效率，改善操作環(huán)境。

3 再生工藝優(yōu)化升級改造后的工藝流程、改造內(nèi)容及方案

3.1 脫萘原理及主要工藝流程簡述

3.1.1 脫萘原理

脫萘基于變溫吸附技術(shù)（Temperature Swing Adsorption,TSA）。

3.1.2 脫萘工藝

焦爐煤氣進入正處于吸附狀態(tài)的脫萘塔后，焦爐煤氣中的H2S、焦油、洗油霧、苯、萘等組分被裝填的多種吸附劑的發(fā)達孔系所吸附，從而使煤氣得以凈化。脫萘塔通過裝置的程控閥門自動切換吸附——再生的連續(xù)操作。當脫萘塔吸附飽和后，可以對吸附劑進行再生。

荒煤氣從塔底進入脫萘塔，吸附劑在常溫下選擇吸附煤氣中的萘等雜質(zhì)。當脫萘塔內(nèi)吸附劑吸附的雜質(zhì)達到飽和后即轉(zhuǎn)入再生過程。再生時，用凈化后的煤氣作為“再生氣”加熱解吸吸入吸附劑內(nèi)孔里的雜質(zhì)；再生完全后，使用再生氣冷吹吸附劑床層，使之降到常溫。

為達到連續(xù)生產(chǎn)的目的，脫萘工序通過程控閥門切換使幾個塔交替進行吸附和再生。再生的具體操作步驟如下：

（1）逆放回收

脫萘塔吸附飽和后，自動打開底部的再生解吸氣出口程控閥，將吸附塔中焦爐煤氣逆放回收去界外煤氣總管。

（2）升溫再生

完成逆放回收后，自動打開再生加熱器入口蒸汽管上的程控閥門的同時，也自動打開再生加熱器入口再生用凈化煤氣管上的程控閥門，用被加熱后的凈化煤氣（～160℃）逆著吸附方向吹掃硫化氫、萘、苯、氨、有機硫等雜質(zhì)吸附床層，再生后的再生解吸氣從脫萘塔的下部出來，經(jīng)過轉(zhuǎn)爐煤氣管網(wǎng)送其他用戶使用。

（3）冷吹降溫

升溫再生完畢后，自動關(guān)閉加熱蒸汽程控閥門，關(guān)閉再生加熱器入口再生用凈化煤氣管上的程控閥門，同時打開冷吹進氣程控閥門，用常溫的凈化氣從脫萘塔的頂部進氣直接冷吹脫萘塔吸附劑床層，使之冷卻至吸附溫度。吹冷氣從脫萘塔的下部出來去界外轉(zhuǎn)爐煤氣總管網(wǎng)。之所以要進行冷吹降溫，是因為溫度高于60℃時，脫硫化氫、萘的吸附劑吸附性能明顯下降，且置換出塔內(nèi)殘留的再生混合氣。冷吹降溫結(jié)束后，自動關(guān)閉冷吹進氣程控閥和再生氣出口程控閥門，同時先打開脫萘塔頂部產(chǎn)品氣程控閥門，稍后再打開脫萘塔底部進氣程控閥門，至此脫萘塔就又開始下一次凈化吸附了。幾臺脫萘塔交替進行以上的吸附、再生操作，即可實現(xiàn)焦爐煤氣的連續(xù)凈化。

（4）等待

冷卻完畢后，還在處于吸附工作的其他塔如果出口雜質(zhì)含量指標還沒有突破產(chǎn)品氣要求，解吸完畢的塔可以進入等待階段。

3.2 工藝升級改造內(nèi)容，以碳鋼冷軋燃氣站再生氣工藝優(yōu)化改造為例

3.2.1 根據(jù)碳鋼冷軋燃氣站的煤氣管網(wǎng)壓力及管網(wǎng)現(xiàn)場架構(gòu)，改造內(nèi)容及增加的設(shè)備設(shè)施如下

1臺再生煤氣加壓機（因再生周期為1～2周，所以未考慮備機）、1臺蒸汽電加熱器、1臺再生換熱器、更換脫萘塔進出口切換用蝶閥、增加再生煤氣管道切斷閥1套、敷設(shè)再生用DN350焦爐煤氣管道107 m、DN80的蒸汽管道113 m。

3.2.2 再生氣耗量

再生時焦爐煤氣用量為1600 m3/h。3.2.3 改造后增加的主要設(shè)備性能（1）再生用焦爐煤氣羅茨風機，共1臺：煤氣流量：1600 m3/h；升壓至16 kPa；變頻電機：37 kW。

（2）再生蒸汽電加熱器1臺，蒸汽用量：～150 kg/h。

（3）再生換熱器1臺，功率：～40 kW。

（4）更換脫萘塔進出口管蝶閥，采用氣動蝶閥：DN450，PN2.5。

（5）增加再生煤氣切斷用氣動蝶閥：DN350，PN2.5。

3.2.4 區(qū)域管網(wǎng)

再生氣管道采用架空敷設(shè)，燃氣管道直徑為350 mm，采用鋼板管，材質(zhì)為Q235-B。在管道高點設(shè)有放散裝置，管道低點設(shè)排水設(shè)施。管道的補償除考慮采用自然補償?shù)牟课煌?，均采用金屬波紋管補償。為防止再生管道堵塞，送出界區(qū)外的再生氣管道采用伴熱保溫,再生氣出口管道設(shè)置了蒸汽吹掃接頭,方便出現(xiàn)堵塞情況下進行管道清理。

3.2.5 改造工程量

本次工藝優(yōu)化升級改造施工較為簡單，架空敷設(shè)再生用DN350焦爐煤氣管道107 m、DN80的蒸汽管道113 m；安裝再生用焦爐煤氣羅茨風機1臺，更換閥門6臺。整體工程未對主體設(shè)備做變更，施工量不大，設(shè)備安裝較簡單，便于實施。

4 工藝優(yōu)化升級改造后的效果評價

酒鋼焦爐煤氣再生的工藝升級優(yōu)化改造后，減少了人員操作強度，提高了工作效率，改善了操作環(huán)境，滿足了安全環(huán)保要求。同時，焦爐煤氣凈化系統(tǒng)的脫萘塔再生氣由蒸汽改為煤氣，增強了企業(yè)效益、節(jié)約了能源，符合國家倡導的節(jié)能減排政策要求。煤氣凈化系統(tǒng)的年總能耗由780.25 t標煤降低至目前的552.18 t標煤，節(jié)能率達到29.2%，具體能耗見表1。

表1 煤氣凈化脫萘系統(tǒng)利用工序能耗計算表

5 結(jié)束語

焦爐煤氣脫萘系統(tǒng)再生工藝 改造后，得到了酒鋼宏興鋼鐵股份公司各周邊單位的好評，取得了良好的社會效益，酒鋼宏興股份公司動力廠燃氣專業(yè)將緊跟國家節(jié)能減排的步伐，查找不足，做到依法合規(guī)生產(chǎn)經(jīng)營。

收稿日期：2018－01－17

收到修改稿日期：2018－02－24