焦?fàn)t荒煤氣脫硫化氫技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

張佳煒

（河鋼宣鋼焦化廠，河北宣化 075100）

在焦化行業(yè)中，焦?fàn)t煤氣加熱后的煙氣是國家環(huán)保監(jiān)管的重點，在煙氣末端治理的同時，從源頭上降低焦?fàn)t煤氣硫含量，更加高效合理。宣鋼焦化廠煤氣凈化系統(tǒng)采用AS脫硫技術(shù)，在運行過程中，出現(xiàn)脫硫效率降低，凈煤氣H2S含量升高等問題，脫硫后煤氣中的硫化氫含量高達(dá)700～1 000mg/m3，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)保的要求。

鐵基離子液體因為具有優(yōu)良的催化氧化性能已被廣泛應(yīng)用于H2S 的脫除，并取得了顯著的效果。研究表明，鐵基離子液在脫硫過程中表現(xiàn)出高效穩(wěn)定的性能，經(jīng)過空氣再生后的Fe基離子液體仍然具有良好的脫硫能力，鐵基離子液對H2S 的脫除效果＞99%。

宣鋼焦化廠從焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)組分的既有特征出發(fā)，結(jié)合AS氨法脫硫工藝特點，利用鐵基有機(jī)離子型濕法氧化脫硫技術(shù)，形成新的焦?fàn)t煤氣脫硫工藝，實現(xiàn)了焦?fàn)t煤氣H2S含量≤20mg/m3的超低排放目的。

非水相離子液脫硫技術(shù)采用鐵基陽離子與有機(jī)陰離子相結(jié)合的離子液作為脫硫劑。這種脫硫液保留了絡(luò)合鐵脫硫效率高的優(yōu)點，又解決了絡(luò)合鐵法堿溶液消耗高的問題。

1 脫硫離子液性質(zhì)

1.1 鐵基離子液反應(yīng)原理

鐵基離子液體氧化硫化氫脫硫過程是氣液相催化反應(yīng)，鐵基離子液體吸收硫化氫的反應(yīng)過程可以認(rèn)為是伴有雙分子不可逆反應(yīng)的化學(xué)吸收過程。其反應(yīng)機(jī)理如下[4]：

1.2 硫化氫流量對脫硫率的影響

通過實驗測試了硫化氫流量在30～60mL/min變化時，硫化氫脫除效率與硫化氫流量的關(guān)系如圖1所示。

圖1 脫硫率與硫化氫流量之間關(guān)系

由圖1可知，脫硫效率隨著硫化氫流量的增加逐漸減小。硫化氫流量的增加導(dǎo)致氣體在氧化反應(yīng)器中的停留時間減少，從而使得硫化氫與離子液體的接觸時間變短，最終導(dǎo)致處理效果變差。實驗結(jié)果表明：焦?fàn)t煤氣流量變化的同時，脫硫液流量要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

1.3 硫化氫濃度對脫硫效率的影響

研究了硫化氫濃度對脫硫率的影響，見圖2。不同濃度的硫化氫氣體來源于硫化氫氣體與氮氣所配的混合氣。

圖2 脫硫率與硫化氫濃度之間關(guān)系

硫化氫濃度在（1 000～20 000）×10-6變化時，從圖2可以看出：當(dāng)硫化氫濃度≤10 000×10-6時，硫化氫的脫除率可以達(dá)到100%；隨著硫化氫的濃度逐漸增大，脫硫率逐漸減小，但減小的幅度很小。在一定范圍內(nèi)硫化氫濃度對脫硫率的影響不是很明顯。實驗結(jié)果表明：焦?fàn)t煤氣流量不變的情況下，硫化氫濃度有所變化，脫硫效率不會明顯降低。

1.4 反應(yīng)溫度對脫硫效率的影響

反應(yīng)溫度在30～90℃時，脫硫率與溫度之間的關(guān)系如圖3。

圖3 脫硫率與反應(yīng)溫度之間關(guān)系

由圖3可見，鐵基離子液體處理硫化氫氣體溫度使用范圍寬，在30～90℃使用，其凈化效率≥99%；在一定溫度范圍內(nèi)隨著反應(yīng)溫度的升高，脫硫效率逐漸升高直至100%，然后再升高反應(yīng)溫度脫硫效率不會降低，仍然保持100%。溫度的影響是兩方面的：一方面溫度的升高使反應(yīng)速率增大、使氣體在離子液體中的傳質(zhì)更好；另一方面溫度的升高會降低氣體在離子液體中的溶解度。實驗結(jié)果表明：焦?fàn)t煤氣相同流量的硫化氫氣體濃度有所變化，脫硫效率不會明顯降低。

2 離子液脫硫工藝

2.1 工藝流程

根據(jù)鐵基離子脫硫液的特點，宣鋼焦化廠對原有的2#備用洗氨塔改造為脫硫塔。焦?fàn)t煤氣由塔下部進(jìn)入，與脫硫劑貧液反應(yīng)，脫除煤氣中大部分硫化氫及氰化氫。脫硫后凈化煤氣通過塔頂排出，進(jìn)入洗苯塔。

脫氨后生成的硫銨富液進(jìn)入塔底儲液段，并通過泵送入硫銨生產(chǎn)系統(tǒng)。

脫硫后的脫硫富液，通過泵送入再生槽再生成貧液。部分富液通過循環(huán)泵重新送往塔內(nèi)脫硫。再生槽采用頂部噴射再生及底部鼓泡再生相結(jié)合的工藝，將脫硫富液充分氧化再生。再生后的脫硫貧液及硫黃顆?；旌衔镞M(jìn)入沉降罐沉降分離，分離后的貧液送入脫硫塔脫硫。沉降的硫黃液經(jīng)固液分離后，硫黃入熔硫釜熔硫（工藝流程見圖4）。

圖4 脫硫工藝流程圖

2.2 運行過程中的問題及措施

2.2.1 脫硫液中含有焦油、萘等雜質(zhì)，黏度增大

由于焦?fàn)t煤氣含有焦油、萘等雜質(zhì)，有機(jī)相離子液在脫除硫化氫的同時，將煤氣中的焦油、萘的等有機(jī)物吸收，造成離子液含焦油、萘等物質(zhì)，嚴(yán)重影響離子液性能，使系統(tǒng)出現(xiàn)離子液黏度增大，性能改變，硫黃不易沉淀分離等現(xiàn)象。

優(yōu)化措施：在原脫硫系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)上增加除焦油側(cè)線系統(tǒng)，連續(xù)采出1%左右的離子液，通過加熱、靜止、分離等工序，將焦油、萘等雜質(zhì)脫除。

2.2.3 酸性離子液腐蝕

原設(shè)計脫硫離子液劑為弱酸性，在運行過程中對系統(tǒng)腐蝕較大，引起管道、儀表腐蝕等，影響系統(tǒng)連續(xù)運行。

優(yōu)化措施：根據(jù)脫硫效果及運行情況，在不影響脫硫效果的情況下，更換離子液部分有機(jī)離子，離子液調(diào)整為弱堿性，并通過NaOH調(diào)整pH至7～8。加堿后脫硫劑產(chǎn)生的復(fù)鹽由硫黃分離系統(tǒng)隨分離水排出至氨水系統(tǒng)。

2.2.3 硫黃泡沫增加

由于脫硫劑改為堿性離子液，脫硫泡沫增加，造成融硫釜靜止分離困難，現(xiàn)有熔硫釜不能完全處理脫硫產(chǎn)生的硫泡沫。

優(yōu)化措施：增加硫泡沫處理設(shè)施：加設(shè)20m2板框壓濾機(jī)2臺，增加硫黃漿液泵兩臺，硫泡沫直接泵送入板框壓濾機(jī)壓濾，濾餅直接落下裝袋，或落入原有脫溶釜攪拌成濃稠漿液，通過硫黃漿液泵送入熔硫釜熔硫。

2.3 改造后運行效果

鐵基離子液脫硫工藝在經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化后運行一個月，脫硫效果顯著，焦?fàn)t煤氣硫化氫含量由1 500～2 000mg/m3降低至10mg/m3以下，達(dá)到了生產(chǎn)、環(huán)保要求（表1）。

表1 脫硫數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3 結(jié)語

采用離子型濕法氧化脫硫工藝，實現(xiàn)負(fù)壓條件下的焦?fàn)t煤氣高效脫硫，脫除后硫化氫＜20mg/m3，滿足城市煤氣超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。對AS負(fù)壓工藝做了優(yōu)化和完善，實現(xiàn)了設(shè)備的長效運行，解決了傳統(tǒng)濕法氧化脫硫技術(shù)中的運行成本高、工作負(fù)荷大以及二次污染嚴(yán)重等問題。