焦化回收系統(tǒng)的完善與改造

鄭麗國

(山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 汾陽 032200)

引 言

煉焦是為改善煤炭的性能而進行的加工工藝。煉焦工藝是在焦爐炭化室完成的，在高溫的作用下原料煤發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，生成含有氫、氧以及芳香烴的副產(chǎn)物和焦炭。副產(chǎn)物在經(jīng)過冷凝工序后生成焦油和煤氣等產(chǎn)物。因此，根據(jù)煉焦任務(wù)其對應(yīng)的分系統(tǒng)包括煤料預(yù)處理系統(tǒng)、焦爐系統(tǒng)以及煤氣凈化系統(tǒng)。煤氣凈化系統(tǒng)即為焦化回收系統(tǒng)，其主要對副產(chǎn)物煤氣中的有害物質(zhì)進行凈化處理，避免造成對環(huán)境的污染、管道的阻塞和腐蝕等[1]。目前，由于焦化企業(yè)裝備及管理、操作水平存在的差異，導(dǎo)致其管理和運行效率的差別較大。本文著重對焦化回收系統(tǒng)進行完善和改造。

1 焦化回收系統(tǒng)工藝概述

焦化回收系統(tǒng)的主要功能是將煤氣中的有害成分進行凈化處理。焦化回收系統(tǒng)的主要作用包括煤氣的冷卻、壓送、去除其中的氰氨以及焦油、苯萘有機物?；谏鲜鲎饔茫够厥障到y(tǒng)對應(yīng)的工序包括冷凝、脫萘、脫氰、脫氨以及尾氣后處理等[2]。焦化回收系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。

煤氣風(fēng)機作為焦化回收系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，其對應(yīng)工序的相對位置決定焦化回收系統(tǒng)為正壓操作系統(tǒng)還是負壓操作系統(tǒng)。當煤氣風(fēng)機對應(yīng)的工序在脫硫脫氨工序前時，稱為正壓操作系統(tǒng)；當煤氣風(fēng)機對應(yīng)的工序在脫苯工序之后時，稱為負壓操作系統(tǒng)。目前，針對焦化回收系統(tǒng)中煤氣的初冷技術(shù)、回收工藝的完善、煤氣的洗萘技術(shù)、脫硫技術(shù)、洗氨、蒸氨技術(shù)以及節(jié)能降耗等措施均已相對成熟。

圖1 焦化回收系統(tǒng)工藝流程

2 焦化回收系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

本文以某焦化回收系統(tǒng)為研究對象，與該焦化回收系統(tǒng)相匹配的煉焦主體為5.5 m的單熱式搗固焦爐，該型焦爐焦炭的年產(chǎn)量為130萬t。本焦化回收工藝所采用的系統(tǒng)為正壓操作系統(tǒng)。

焦化回收系統(tǒng)針對煤氣的脫硫能力如下：一般的，脫硫前煤氣內(nèi)所含硫化氫質(zhì)量濃度約為7 500 mg/m3，要求脫硫后煤氣中硫化氫質(zhì)量濃度小于200 mg/m3。本焦化回收系統(tǒng)中循環(huán)水量的情況如表1所示。

表1 焦化回收系統(tǒng)循環(huán)水量

焦化回收系統(tǒng)中的蒸氨與廢水系統(tǒng)的要求：脫氨后煤氣中氨質(zhì)量濃度小于0.05 g/m3。

2.1 焦化回收系統(tǒng)脫硫效率分析

經(jīng)凈化處理后煤氣中的硫化氫為考核焦化回收系統(tǒng)效率的關(guān)鍵指標。脫硫工藝的現(xiàn)狀為，焦化回收系統(tǒng)脫硫效果相差較大，在每年的春季、夏季煤氣中的硫化氫含量超標，導(dǎo)致回收系統(tǒng)運行成本較高[3]。綜合當前焦化回收系統(tǒng)的設(shè)備現(xiàn)狀及工藝水平，總結(jié)導(dǎo)致焦化回收系統(tǒng)脫硫效率低的原因如下：

1) 焦化回收系統(tǒng)中預(yù)冷塔冷卻能力欠佳，其內(nèi)部的循環(huán)水無法對循環(huán)氨水進行充足的冷卻，導(dǎo)致出口煤氣的溫度高于30 ℃；

2) 焦化回收系統(tǒng)在脫硫操作中所添加的PDS的濃度較大，與整個脫硫工序不相匹配，從而導(dǎo)致其對脫硫效果造成影響。

2.2 焦化回收系統(tǒng)初冷器效率分析

由于煤氣脫硫效率低，且出口煤氣溫度高于30 ℃導(dǎo)致初冷效果較差。初冷效果差直接影響后續(xù)工序的操作效果。經(jīng)對初冷器各項溫度指標、進出口煤氣溫度、循環(huán)水進出口溫度以及低溫水進出口溫度進行分析，導(dǎo)致焦化回收系統(tǒng)初冷器效率低下的主要原因包括有：1) 冷卻涼水架操作差；2) 低溫水水溫過高；3) 終冷器頻繁堵塞；4) 剩余氨水量增多。由于初冷器制冷效率低導(dǎo)致無法將煤氣溫度降至正常的操作溫度(22 ℃)，其溫度高出正常溫度平均4 ℃[4]。

2.3 焦化回收系統(tǒng)蒸氨效率分析

蒸氨系統(tǒng)的功能與煤氣凈化系統(tǒng)不同，主要用于降低焦化回收系統(tǒng)中氨氮的含量。目前，蒸氨系統(tǒng)所存在的主要問題為其蒸氨效率過低。除此之外，當前蒸氨系統(tǒng)存在缺乏計量的裝置、與其相配套的工藝設(shè)計不合理、循環(huán)水質(zhì)不達標、蒸氨塔背壓過高以及氨氣冷卻后的溫度過高[5]等問題。

綜上所述，焦化回收系統(tǒng)最終所得煤氣中的硫化氫和氨的的含量超標。其中，煤氣中硫化氫的平均質(zhì)量濃度為500 mg/L；煤氣中氨的平均質(zhì)量濃度為300 mg/L。經(jīng)分析，導(dǎo)致煤氣中硫化氫和氨含量超標的主要原因為：系統(tǒng)溫度控制參數(shù)不達標；焦化系統(tǒng)中工藝及裝備水平較低；所采用的操作工藝落后等。

3 焦化回收系統(tǒng)的改造

經(jīng)對焦化系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行分析及總結(jié)，從工藝層面對焦化系統(tǒng)的初冷工藝、脫硫工藝以及蒸氨工藝進行改造。

3.1 初冷分系統(tǒng)的改造

由于循環(huán)水水質(zhì)的硬度較高，導(dǎo)致水質(zhì)堿的含量過高。針對此項，需對循環(huán)水的水質(zhì)進行改進，主要在循環(huán)水中加藥，降低循環(huán)水質(zhì)中堿的含量，從而降低循環(huán)水質(zhì)的硬度。

由于焦化回收系統(tǒng)中循環(huán)氨水槽的出水口較低，導(dǎo)致在對循環(huán)氨水進行抽取時會將氨水槽底部的焦油一并抽出，久而久之在設(shè)備上導(dǎo)致焦油的堆積。針對此項，將循環(huán)氨水槽出水高度提高1 m，避免氨水槽中的焦油被抽出。此外，采用放空管定期對氨水槽進行放油操作。

通過上述兩項工藝的改造后，可對采用軟化處理后的水與氨水槽中的輕質(zhì)焦油形成混合物達到除萘的目的。為了避免由于焦油的長期累積造成管路的阻塞，需定期采用蒸汽疏通管路。改造后，經(jīng)焦化回收系統(tǒng)處理后煤氣中萘的質(zhì)量濃度小于0.1 g/m3。

3.2 脫硫分系統(tǒng)的改造

針對焦化回收系統(tǒng)煤氣中硫化氫含量超標主要是由于溫度參數(shù)控制不佳以及工藝不合理所導(dǎo)致的問題，采用控制預(yù)冷塔循環(huán)液、脫硫塔氨液溫度以及脫硫工藝中PDS的濃度等方法進行改造。具體改造步驟如下：

1) 定期向預(yù)冷塔中添加適量的濃氨水，在達到補充游離氨含量目的的同時達到降低脫硫液溫度的目的；

2) 對PDS催化劑的液體進行回流處理，從而減少催化劑的消耗；

3) 根據(jù)季節(jié)變換對催化劑的濃度及含量進行實時調(diào)整。

經(jīng)上述改造后，每天消耗的PDS催化劑的量可減少1.5 kg，且經(jīng)改造后的焦化系統(tǒng)對煤氣凈化處理后其中硫化氫的質(zhì)量濃度小于200 mg/m3。

3.3 蒸氨分系統(tǒng)的改造

蒸氨工藝同樣作為焦化回收系統(tǒng)中的關(guān)鍵工藝步驟，主要對煤氣中的氨進行處理。針對蒸氨效率低的問題，采取如下方案進行改造：

1) 根據(jù)工況采用鹽濃水送至熄焦池的操作實現(xiàn)對氨水槽中的氨水進行控制；

2) 為解決蒸氨塔進水流量波動較大的問題，為蒸氨塔新增一臺泵和對應(yīng)的管路。改造后的蒸氨塔配水箱的結(jié)構(gòu)如第107頁圖2所示：

4 結(jié)語

焦化回收系統(tǒng)作為對副產(chǎn)物凈化處理的關(guān)鍵系統(tǒng)，在實際生產(chǎn)中存在其實際效率遠低于設(shè)計效率的問題，導(dǎo)致經(jīng)凈化處理后煤氣中的硫化氫和氨的含量超標。為此，對焦化系統(tǒng)中初冷分系統(tǒng)、除硫分系統(tǒng)以及蒸氨分系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)對焦化回收系統(tǒng)參數(shù)溫度的實時控制，使其參數(shù)溫度處于最佳狀態(tài)；并對焦化回收系統(tǒng)的問題工藝及設(shè)備結(jié)構(gòu)進行改造，并取得有效的改造效果。

圖2 改造后蒸氨塔配水箱的結(jié)構(gòu)