焦爐煤氣脫硫方案及工藝優(yōu)化

孫喜燕

（山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責任公司，山西 汾陽 032200）

焦爐煤氣為煤炭焦化處理后的副產(chǎn)物，對焦爐煤氣的處理除了直接排放外還可將其制備成甲醇應(yīng)用于其他行業(yè)的生產(chǎn)中。相同的是，不論是直接排放的焦爐煤氣還是制備甲醇的焦爐煤氣均需對其進行脫硫處理，以響應(yīng)國家環(huán)保部制定的相關(guān)政策和標準。目前，針對焦爐煤氣的脫硫處理，可采用干法和濕法兩種，但是其均或多或少地存在一些問題導(dǎo)致脫硫效果不佳或者脫硫成本過高[1]。本文將對當前焦爐煤氣的凈化現(xiàn)狀進行分析，并針對脫硫存在的問題對裝置進行優(yōu)化和最終選擇，并最終完成相關(guān)工藝參數(shù)的計算。

1 現(xiàn)狀分析

目前，焦化廠共配置有6 臺焦爐。其中，1#和2#焦爐（一系統(tǒng)）采用AS 循環(huán)洗滌脫硫洗氨工藝對焦爐煤氣中的硫進行脫除處理；3#和4#焦爐（二系統(tǒng)）采用改進的ADA 濕式氧化法對焦爐煤氣中的硫進行脫除處理；5#和6#焦爐（三系統(tǒng)）采用真空碳酸鉀脫硫工藝對焦爐煤氣中的硫進行脫除處理。

1.1 一系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

該系統(tǒng)的脫硫操作分為2 個步驟：首先，采用富氨水對酸性氣體進行吸收；再次，在堿洗段對上一步剩余的H2S 進行深度處理，對應(yīng)的脫硫工藝流程如圖1 所示。

圖1 一系統(tǒng)脫硫工藝流程圖

該脫硫處理工藝存在問題有：該系統(tǒng)的脫硫效率偏低，且整個過程堿用量非常大；極易對H2S 洗滌塔以及洗氨塔造成嚴重的腐蝕；尾氣處理難度較大。

1.2 二系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

該系統(tǒng)設(shè)計到裝置包括有脫硫塔和再生塔，對應(yīng)的脫硫工藝流程如圖2 所示。

圖2 二系統(tǒng)脫硫工藝流程圖

該系統(tǒng)脫硫處理工藝的問題有：所需脫硫液配置程序繁瑣；由于脫硫反應(yīng)過程中產(chǎn)生黏稠的泡沫，極易造成脫硫塔阻塞，變相增加檢修成本；脫硫產(chǎn)生的廢液處理難度較大，還需配套相關(guān)的提取鹽的裝置[2]。

1.3 三系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

三系統(tǒng)采用真空碳酸鉀脫硫工藝，對應(yīng)的脫硫工藝流程如第103 頁圖3 所示。

圖3 三系統(tǒng)脫硫工藝流程圖

該系統(tǒng)脫硫處理工藝存在的問題：該系統(tǒng)對應(yīng)的脫硫裝置運用后對應(yīng)的脫硫指標未達到設(shè)計要求，而且脫硫效果與季節(jié)的關(guān)系較大，極易受到季節(jié)影響；脫硫液中含有多種雜質(zhì)，雜質(zhì)的處理難度較大[3]。

2 脫硫裝置的優(yōu)化方案

針對上述對3 個系統(tǒng)脫硫工藝存在的問題進行分析，對應(yīng)性地對脫硫裝置提出優(yōu)化方案。

2.1 一系統(tǒng)脫硫參數(shù)的優(yōu)化

對于一系統(tǒng)所采用AS 循環(huán)洗滌脫硫洗氨工藝影響其脫硫效果的主要因素包括有實際操作的溫度、液氣比、吸收劑的濃度以及氣液接觸的時間。因此，本節(jié)重點對上述參數(shù)的具體數(shù)值進行針對性的調(diào)整。

對于氣液接觸時間，從理論上講將氣液接觸時間設(shè)定在5 s 之內(nèi)為最佳。因此，在實際生產(chǎn)中可通過改變脫硫塔貧液的入口位置進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對氣液接觸時間的控制，并保證在5 s 之內(nèi)。

對于操作溫度，主要指的是吸收溫度和脫硫塔頂溫度。其中，對于吸收溫度應(yīng)將其控制在20 ℃～23 ℃；而對于脫硫塔溫度結(jié)合能夠?qū)⑺闫渲械乃釟飧咝懦?，將其溫度設(shè)定在95 ℃～97 ℃[4]。

對于氣液比，綜合考慮脫硫效率和操作成本，應(yīng)將氣液比控制在1.0 m3/km3～1.6 m3/km3，一般控制在1.5 m3/km3左右。

優(yōu)化后的工藝對比如表1 所示。

2.2 二系統(tǒng)脫硫參數(shù)的優(yōu)化

針對二系統(tǒng)所采用的ADA 濕式氧化法脫硫工藝，本項目重新對其脫硫劑進行選型，并針對性地對其中的參數(shù)（催化劑量、操作溫度、再生空氣量和時間）進行調(diào)整。

對于脫硫操作中所加入的催化劑而言，從理論上講隨著催化劑濃度的增加對應(yīng)脫硫效果越高。但是，從經(jīng)濟性的角度考慮，加入催化劑的量越大成本越高。因此，綜合脫硫效率和成本將操作中的催化劑質(zhì)量濃度設(shè)定為30 mg/L～50 mg/L。

對于操作溫度，主要包括有煤氣溫度和脫硫液溫度。從理論上講，溫度越高越有利于脫硫；但是，對應(yīng)的副反應(yīng)也明顯提升。因此，綜合考慮主反應(yīng)和副反應(yīng)將煤氣溫度控制在25 ℃～30 ℃，將脫硫液溫度控制在35 ℃～38 ℃。

對于再生空氣量和再生時間，常規(guī)操作中將空氣量設(shè)計為100 m3/h，將再生時間設(shè)定為20 min～25 min；在此次優(yōu)化改進中，針對再生空氣量將其上限值設(shè)定為1 500 m3/h，并為其配置空氣流量自動調(diào)節(jié)裝置，將其再生時間控制在25 min～30 min。

此外，為保證脫硫效果還需對焦爐煤氣本身的雜質(zhì)含量進行精準控制，尤其是焦油的質(zhì)量濃度控制在50 mg/m3以下，萘的質(zhì)量濃度控制在0.5 g/m3以下，懸浮硫的質(zhì)量濃度控制在1 g/L[5]。

優(yōu)化后的工藝對比如表2 所示。

表2 二系統(tǒng)脫硫裝置及參數(shù)優(yōu)化前后對比

2.3 三系統(tǒng)脫硫參數(shù)的優(yōu)化

針對三系統(tǒng)，本項目重點對脫硫液系統(tǒng)、再生系統(tǒng)以及脫硫塔堿洗段3 個環(huán)節(jié)的參數(shù)進行優(yōu)化。

針對脫硫液系統(tǒng)的重要考核指標為鉀的含量，綜合考慮現(xiàn)場工藝及裝備情況將其游離的鉀含量控制在80%以上；

針對再生系統(tǒng)，首先將其貧液溫度控制低于32 ℃，其次將硫化氫的質(zhì)量濃度控制在0.2 g/m3以下。

針對脫硫塔堿洗段，為保證最終的脫硫效果，經(jīng)計算應(yīng)具體做如下改造：在原有換熱器的基礎(chǔ)上增加2 臺螺旋板式換熱器，并將對應(yīng)的制冷水量設(shè)定為55 m3/h，將冷卻堿液稀釋水流量設(shè)定為4 m3/h～5 m3/h，將冷卻水的溫度設(shè)定為25℃；在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加堿液外排泵，并具備對堿液液位的自動調(diào)整功能；為系統(tǒng)配置新的堿液循環(huán)泵，保證循環(huán)泵的流量可達160 m3/h。

優(yōu)化后的工藝對比如表3 所示。

表3 三系統(tǒng)脫硫裝置及參數(shù)優(yōu)化前后對比

3 結(jié)語

焦爐煤氣作為煤炭焦化處理的副產(chǎn)物，對其脫硫處理的效果直接影響其直接排放對環(huán)境造成污染的程度和制備甲醇的成品的質(zhì)量。針對當前焦爐煤氣脫硫工藝及裝置效果偏低且成本較高的問題，本文對3 個系統(tǒng)的脫硫工藝參數(shù)進行改造，并總結(jié)如下：

1）針對一系統(tǒng)，主要對實際操作的溫度、液氣比、吸收劑的濃度以及氣液接觸的時間等參數(shù)進行調(diào)整；調(diào)整后系統(tǒng)的脫硫效率由89.05%升高為96.21%。

2）針對二系統(tǒng)，主要對催化劑量、操作溫度、再生空氣量和時間等參數(shù)進行調(diào)整；調(diào)整后系統(tǒng)的脫硫效率由95.71%升高為97.66%。

3）針對三系統(tǒng)，主要對脫硫液系統(tǒng)、再生系統(tǒng)以及脫硫塔堿洗段三個環(huán)節(jié)的參數(shù)進行調(diào)整；調(diào)整后系統(tǒng)的脫硫效率由90%升高為96.68%。