焦?fàn)t煤氣脫硫工藝選擇與方案設(shè)計(jì)

侯瑞芳

(山西西山煤氣化有限責(zé)任公司，山西 古交 030205)

引 言

煤炭經(jīng)高溫干餾后的產(chǎn)物為當(dāng)前煤炭資源利用的主要途徑，而煤炭經(jīng)高溫處理后所產(chǎn)生的煤氣中會(huì)含有一定量的H2S等產(chǎn)物。由于H2S具有較強(qiáng)的腐蝕性和毒性，不僅會(huì)在后期焦?fàn)t煤氣的使用中對(duì)管道等造成腐蝕，而且還會(huì)污染環(huán)境[1]。因此，需對(duì)煤炭高溫?zé)捊顾媒範(fàn)t煤氣進(jìn)行脫硫操作。本文著重對(duì)焦?fàn)t煤氣脫硫工藝進(jìn)行選擇，并對(duì)具體脫硫工藝方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 焦?fàn)t煤氣脫硫工藝對(duì)比分析

目前，在實(shí)際應(yīng)用中具有代表性的脫硫工藝包括A.S法煤氣脫硫工藝、HPF法脫硫工藝以及碳酸鈉+PDS脫硫工藝。

1) A.S法煤氣脫硫工藝僅利用煤氣中的NH3在脫硫液中的循環(huán)來脫除H2S，主要涉及氨硫循環(huán)洗滌系統(tǒng)和脫酸蒸氨裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，A.S法煤氣脫硫工藝存在管道阻塞、腐蝕及系統(tǒng)帶油等問題，雖然該工藝下脫硫效率可達(dá)98%，但僅可保證脫硫后焦?fàn)t煤氣中的H2S質(zhì)量濃度不超過200 mg/m3，而我公司為城市煤氣氣源廠，H2S質(zhì)量濃度應(yīng)小于20 mg/m3。

2) HPF脫硫工藝以氨為堿源，HPF為催化劑，屬于濕式液相催化氧化脫硫工藝。為保證HPF脫硫工藝的效率，需嚴(yán)格控制焦?fàn)t煤氣及脫硫液的溫度，降低焦?fàn)t煤氣中的雜質(zhì)，以及控制焦?fàn)t煤氣及脫硫液中的含氨量。在實(shí)際應(yīng)用中，HPF脫硫工藝無法將焦?fàn)t煤氣中H2S凈化至20 mg/m3；經(jīng)HPF脫硫工藝后所得產(chǎn)物的質(zhì)量較差，且該工藝要求進(jìn)入脫硫塔煤氣中的焦油質(zhì)量濃度不大于50 mg/m3，而我公司投產(chǎn)初期電捕后焦油霧質(zhì)量濃度基本在100 mg/m3左右，無法滿足條件。

3) 碳酸鈉+PDS脫硫工藝采用碳酸鈉為堿源將焦?fàn)t煤氣中的H2S進(jìn)行吸收，通過鼓入空氣再生成為單質(zhì)硫，再進(jìn)入熔硫釜中形成硫磺。在實(shí)際應(yīng)用中，碳酸鈉+PDS脫硫工藝主要存在脫硫廢液難以解決的問題，排出的脫硫廢液主要通過提鹽、制酸等方式消化，但也是治標(biāo)不治本，仍存在污染物，目前最常用的主要通過摻入配合煤中煉焦進(jìn)行解決。

綜上所述，上述三種脫硫工藝的關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

表1 三種脫硫工藝關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比

2 焦?fàn)t煤氣脫硫工藝的選擇

2.1 脫硫工藝選擇原則

焦?fàn)t煤氣脫硫所選用工藝應(yīng)滿足如下原則：

1) 保證所選脫硫工藝對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行處理后，焦?fàn)t煤氣中H2S等含量滿足環(huán)保的相關(guān)指標(biāo)要求，每立方米焦?fàn)t煤氣中H2S含量不得大于20 mg；

2) 脫硫工藝作為焦?fàn)t煤氣凈化處理中的一個(gè)環(huán)節(jié)，其工藝選擇應(yīng)保證與其前后的洗氨和氨加工工藝相配套。即，根據(jù)該焦?fàn)t煤氣凈化環(huán)節(jié)中洗氨或氨加工的工藝選擇脫硫工藝。如，當(dāng)焦?fàn)t煤氣中洗氨和氨加工工藝為硫酸銨工藝，其對(duì)應(yīng)的脫硫工藝最佳為濃硫酸工藝，可為脫硫工藝提供原料，無需專門提供化學(xué)藥品帶來安全隱患。

3) 應(yīng)根據(jù)焦化廠的發(fā)展規(guī)劃和管理的簡便性選擇最佳脫硫工藝。

2.2 焦?fàn)t煤氣脫硫堿源的選擇

一般的，針對(duì)焦?fàn)t煤氣中的H2S等雜質(zhì)常采用堿性的脫硫液和脫硫劑進(jìn)行處理。在實(shí)際中，常通過外加堿源或直接利用焦?fàn)t煤氣本身的氨作為堿源達(dá)到脫硫的目的[2]。堿源選擇的一個(gè)重要依據(jù)為焦?fàn)t煤氣本身的含氨量：

1) 當(dāng)焦?fàn)t煤氣中H2S質(zhì)量濃度較低為3 g/m3～5 g/m3時(shí)，以焦?fàn)t煤氣中自身的氨為堿源即可達(dá)到脫硫的效果；

2) 當(dāng)焦?fàn)t煤氣中H2S質(zhì)量濃度較大且大于8 g/m3時(shí)，此時(shí)焦?fàn)t煤氣自身的氨為堿源已經(jīng)無法達(dá)到預(yù)期的脫硫效果。因此，需采用外加堿源的方式達(dá)到脫硫目的。

2.3 焦?fàn)t煤氣脫硫工藝的確定

鑒于我公司焦?fàn)t煤氣中H2S質(zhì)量濃度為10 g/m3左右，大于8 g/m3，脫硫堿源選擇外加堿源的方式，其對(duì)應(yīng)的脫硫工藝包括有薩爾費(fèi)班法、真空碳酸鹽法或干法等脫硫工藝。結(jié)合對(duì)上述脫硫工藝脫硫效率、投入成本以及運(yùn)行成本等因素的綜合考慮，最終確定選擇以碳酸鹽為堿源的脫硫工藝，對(duì)應(yīng)的具體工藝流程圖如圖1所示。

3 焦?fàn)t煤氣脫硫工藝的方案設(shè)計(jì)

目前，我廠針對(duì)焦?fàn)t煤氣凈化的處理能力為3萬m3/h，其工藝流程主要經(jīng)過了如下階段：荒焦?fàn)t煤氣→氣液分離器→橫管初冷器→電捕焦油器→煤氣鼓風(fēng)機(jī)→飽和器→終冷塔→洗苯塔→脫硫再生塔→得到滿足要求的焦?fàn)t煤氣[3]。

上述焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程中后期的脫硫再生綜合塔為完成脫硫工藝的關(guān)鍵設(shè)備，完成經(jīng)洗苯處理后焦?fàn)t煤氣的脫硫操作，其對(duì)應(yīng)的脫硫工藝為碳酸鈉+PDS脫硫工藝，具體脫硫方案為：

經(jīng)洗苯塔處理后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)除油器處理后進(jìn)入脫硫再生塔，并將脫硫塔中焦?fàn)t煤氣的溫度控制在30 ℃，該塔上部為脫硫段，裝填3層輕瓷花環(huán)填料，Na2CO3作為吸收劑，從塔頂部噴淋，與自下而上的焦?fàn)t煤氣逆流接觸，達(dá)到吸收焦?fàn)t煤氣中H2S的目的。以碳酸鈉為堿源的脫硫工藝流程圖如第89頁圖2所示。

圖1 脫硫工藝流程圖

該脫硫工藝涉及到的主要設(shè)備及材質(zhì)：脫硫再生塔主要材質(zhì)為Q235-A，共2套；羅茨風(fēng)機(jī)，共2套；熔硫釜，不銹鋼材質(zhì)，共3套。此外，為該脫硫工藝配置如下環(huán)保措施：

1) 為系統(tǒng)配置充氮壓力平衡系統(tǒng)，保證脫硫過程中所產(chǎn)生的廢氣不被直接排放至空氣中；

2) 將系統(tǒng)中所產(chǎn)生的放空液和漏液進(jìn)行集中回收處理；

3) 將脫硫操作所產(chǎn)生的廢液傳送至原料氨水槽中進(jìn)行處理，保證廢液不經(jīng)處理后不允許直接排放[4]。

經(jīng)實(shí)踐表明，采用碳酸鈉+PDF脫硫工藝對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行脫硫操作后所得凈焦?fàn)t煤氣的H2S質(zhì)量濃度小于20 mg/m3。

4 總結(jié)

焦?fàn)t煤氣中H2S不僅會(huì)對(duì)管道造成腐蝕，而且還會(huì)污染環(huán)境。因此，需采取高效的脫硫工藝對(duì)焦?fàn)t煤氣中的含硫雜質(zhì)進(jìn)行處理。結(jié)合我廠焦?fàn)t煤氣中H2S的含量最終確定選擇碳酸鈉+PDS脫硫工藝，具體總結(jié)如下：

1) 根據(jù)我廠粗焦?fàn)t煤氣中H2S質(zhì)量濃度為10 g/m3左右，選擇外加堿源的碳酸鈉+PDS脫硫工藝；

圖2 以碳酸鈉為堿源的脫硫工藝流程圖

2) 將洗苯塔處理后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)除油器處理其中油滴后，送入脫硫再生綜合塔，防止煤氣中攜帶的洗油破壞脫硫母液，影響再生硫泡沫，達(dá)到脫硫的效果；

3) 經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用表明，采用碳酸鈉+PDS脫硫工藝后，焦?fàn)t煤氣中H2S的質(zhì)量濃度小于20 mg/m3,基本可以穩(wěn)定在10 mg/m3左右。