焦?fàn)t煤氣脫硫工藝選擇及方案設(shè)計研究

陳 強

（山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

由于焦?fàn)t入爐煤料自身成分的限制因素影響，在生產(chǎn)焦?fàn)t煤氣的過程中，煤炭中的有機硫化物將反應(yīng)生成硫化氫等氣體，如不進(jìn)行有效處理則容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，因此應(yīng)用焦?fàn)t煤氣脫硫工藝勢在必行。當(dāng)前研究人員針對焦?fàn)t煤氣脫硫工藝進(jìn)行了大量的研究，總結(jié)出較多的脫硫工藝流程，但各種焦?fàn)t煤氣脫硫工藝在所取得的效果方面則存在一定差異，這就需要結(jié)合實際情況對焦?fàn)t煤氣脫硫工藝進(jìn)行優(yōu)選，以實現(xiàn)硫化物總量排放的最小化。

1 焦?fàn)t煤氣脫硫工藝比選

某地擬新建一焦?fàn)t煤氣廠區(qū)，在規(guī)劃階段預(yù)先確定其脫硫工藝。為實現(xiàn)焦?fàn)t煤氣脫硫工藝的優(yōu)選，本次研究首先針對當(dāng)?shù)刂苓厖^(qū)域的13 家焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示，在以上13 家企業(yè)當(dāng)中，有9 家企業(yè)采用以氨為堿源的HPF 法前脫硫工藝，2 家企業(yè)采用以碳酸鈉為堿源的PDS＋栲膠法后脫硫工藝，而另外2 家企業(yè)則采用以碳酸鈉為堿源的888 法后脫硫工藝。在比選過程中，研究人員通過實地勘察和資料統(tǒng)計，對以上13 家企業(yè)的焦?fàn)t煤氣中的硫化氫質(zhì)量濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納，初步得到數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 不同脫硫工藝所取得的效果分析

根據(jù)表1 中的數(shù)據(jù)分析可知，HPF 法針對低濃度工況的效果較優(yōu)，但在高濃度工況下則相對較為乏力。而PDS 法在低濃度和高濃度工況下均可取得較優(yōu)的效果；888 法后脫硫工藝的效果則介于二者之間。

在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步探究3 種脫硫工藝的優(yōu)缺點，研究人員同時分析堿源種類、催化劑種類、脫硫塔數(shù)量、脫硫效率和廢液處置等多項因素，以此進(jìn)行綜合比選。分析結(jié)果顯示：1）HPF 法在設(shè)備使用年限和成本等方面較具優(yōu)勢，但由于堿液pH 控制不穩(wěn)定，導(dǎo)致脫硫效果相對不穩(wěn)定；2）888 法后脫硫工藝和PDS 法在脫硫效率方面更具優(yōu)勢，但成本相對偏高，且洗脫工序設(shè)備損耗較為嚴(yán)重。對此，綜合考慮多方面因素，最終確定本次選用HPF 法作為脫硫工藝，并對既有的HPF 法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2 焦?fàn)t煤氣脫硫工藝方案設(shè)計

在確定應(yīng)用HPF 法進(jìn)行脫硫工藝后，首先對整體工藝方案進(jìn)行設(shè)計，得到的工藝流程圖如圖1。

圖1 工藝流程圖

如圖1 所示，該工藝的基本流程如下：

1）對焦?fàn)t煤氣進(jìn)行預(yù)冷處理，使焦?fàn)t煤氣從塔底進(jìn)入脫硫塔；

2）開啟噴淋系統(tǒng)，使脫硫液從塔頂噴淋而下，充分接觸煤氣后吸收焦?fàn)t煤氣中的硫化氫；

3）反應(yīng)后的脫硫液由管道輸送至再生塔，與空氣接觸反應(yīng)，使脫硫液再生；

4）控制脫硫液返回脫硫塔塔頂，再生塔的硫磺泡沫則由泡沫槽進(jìn)入熔硫釜，生成副產(chǎn)品單質(zhì)硫。

基于上述工藝流程，研究人員通過采取以下幾方面的措施，對脫硫工藝予以改進(jìn)。

一是對堿源進(jìn)行優(yōu)化，在傳統(tǒng)的濃氨水中添加氫氧化鈉與碳酸鈉。通過應(yīng)用以上兩種藥品，吸收劑的堿度和pH 值得到有效提升，且穩(wěn)定性也大幅度提升。基于該優(yōu)化方法，氨水經(jīng)過焦?fàn)t煤氣凈化處理后，氫氧化鈉和碳酸鈉直接投入到脫硫液槽中，氫氧化鈉的主要作用是抑制碳酸鈉水解，降低碳酸氫鈉作用，提高堿度的pH 值，從而提高脫硫率[1-2]。

二是對脫硫液溫度進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)理論分析可知，當(dāng)環(huán)境溫度較高時，脫硫液中的氨含量將顯著降低。通過以往的經(jīng)驗可知，脫硫液中的氨含量與溫度的關(guān)系近似如圖2 所示。

圖2 脫硫液中的氨含量與溫度的關(guān)系

根據(jù)圖2 可知，當(dāng)環(huán)境溫度升高至40 ℃以上時，脫硫液中的氨質(zhì)量濃度顯著降低至4.0 g/L 以下，此時溶液的pH 值也降低至7.5 以下，導(dǎo)致脫硫效果受到嚴(yán)重限制[3]。針對這一問題，本次對脫硫工藝進(jìn)行改造，將脫硫液泵出口的一部分脫硫液使用低溫水進(jìn)行冷卻，而后這部分脫硫液再經(jīng)由換熱器冷卻系統(tǒng)，回到脫硫液泵當(dāng)中。

三是對壓縮空氣管道進(jìn)行改進(jìn)?？紤]到傳統(tǒng)HPF法對于壓縮空氣含量難以實現(xiàn)有效控制，本次采用控制壓縮空氣含量的理念進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在該模式下，由于既有系統(tǒng)中的壓縮管道調(diào)節(jié)閥門設(shè)置在壓縮空氣主管上部，且壓縮空氣分管位置未設(shè)置調(diào)節(jié)閥門，因此對整套系統(tǒng)的壓縮空氣量進(jìn)行控制[4-5]。由此，設(shè)計人員在壓縮空氣管道上增加一條管道，該管道承擔(dān)壓縮空氣的供給，以解決壓縮空氣量不穩(wěn)定的問題。

在應(yīng)用以上優(yōu)化措施后，得到改進(jìn)后的工藝流程如下：

1）將焦?fàn)t煤氣輸送至預(yù)冷塔，并啟動噴淋裝置，使煤氣與冷卻塔頂噴灑的循環(huán)冷卻液逆向接觸，使煤氣溫度降低至30 ℃左右；同時冷卻塔下部將循環(huán)冷卻液送至冷卻器，用低溫冷卻器將其冷卻至28 ℃，再控制其進(jìn)入到冷卻塔的循環(huán)噴灑系統(tǒng)中，冷卻液中的剩余氨水及時更新冷卻液，其余的循環(huán)冷卻液從脫硫塔頂部溢出，送入冷凝鼓風(fēng)工段。

2）預(yù)冷后的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入脫硫塔，與脫硫塔頂噴淋下的脫硫液進(jìn)行逆向接觸，接觸完成后，將其送入副產(chǎn)品加工工段。

3）脫硫液從塔底流出，進(jìn)入反應(yīng)槽，通過脫硫液循環(huán)泵將其送入到再生塔，再生塔通過壓縮空氣裝置，使溶液在再生塔內(nèi)氧化再生，從而達(dá)到循環(huán)利用的目的。

4）再生以后的冷卻液從塔頂?shù)囊何徽{(diào)節(jié)器自流到脫硫塔循環(huán)系統(tǒng)，便于循環(huán)使用。浮在再生塔頂部的泡沫，則通過高差流入到泡沫槽，經(jīng)過泡沫泵送入到壓濾機除水處理進(jìn)行回收利用，生成副產(chǎn)品。

3 應(yīng)用效果及討論

在確定優(yōu)化改進(jìn)的HPF 工藝后，將其應(yīng)用于該廠區(qū)的焦?fàn)t煤氣脫硫環(huán)節(jié)，并對其脫硫效果進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表2 所示。

表2 改進(jìn)型HPF 工藝的脫硫效果

從表2 表中的數(shù)據(jù)不難看出，應(yīng)用本次改進(jìn)型HPF 工藝進(jìn)行脫硫后，脫硫效率與以往相比得到了大幅度提升，有效改善了焦?fàn)t煤氣的質(zhì)量，降低了硫化物的排放量，有利于改善周圍生態(tài)環(huán)境，也符合國家環(huán)保節(jié)能經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

4 結(jié)語

整體來看，在本次研究中，針對某焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)廠區(qū)的實際情況，結(jié)合相關(guān)案例，對當(dāng)前主流的幾種焦?fàn)t煤氣脫硫工藝進(jìn)行比選，并綜合多方面的因素，確定最具可行性的工藝模式。在此基礎(chǔ)上，對既有的工藝模式進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的結(jié)果顯示，該工藝取得了相對較優(yōu)的脫硫效果，在保持原有的HPF 脫硫工藝的基礎(chǔ)上，更加符合焦?fàn)t煤氣的生產(chǎn)要求，同時又提高了脫硫率，環(huán)境效益較為明顯。