基于微晶吸附工藝的焦?fàn)t煤氣深度脫硫脫萘一體化技術(shù)

葉青保

（銅陵泰富特種材料有限公司，安徽 銅陵 244010）

焦?fàn)t煤氣是煤料在焦?fàn)t炭化室內(nèi)高溫干餾產(chǎn)生的可燃性氣體,其成分比較復(fù)雜，有效成分主要有氫氣、甲烷、乙烷等可燃性氣體，還有少量的焦油、苯、萘、硫化氫等副產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品[1]。這些副產(chǎn)品含量雖然少，但產(chǎn)生的危害卻不容忽視，如硫化氫及其他硫化物會(huì)腐蝕設(shè)備；氨水腐蝕管道，后續(xù)生成的銨鹽會(huì)繼續(xù)堵塞管道；萘?xí)蜏匚龀龉腆w結(jié)晶，影響煤氣管道和設(shè)備的正常運(yùn)行[2]。這些都需要對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行凈化處理，對(duì)此也發(fā)展了相應(yīng)技術(shù)?？偟膩?lái)說(shuō)這些方法可以概括為濕法和干法兩類。

銅陵泰富濕法脫硫工藝目前已經(jīng)由一級(jí)HPF脫硫工藝升級(jí)至二級(jí)HPF脫硫工藝，銅陵泰富動(dòng)力分廠干法凈化傳統(tǒng)方法是氧化鐵粗脫硫、活性炭脫萘脫苯綜合使用，在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)存在吸附效果一般、脫除劑壽命短等諸多問(wèn)題,后期采用微晶吸附工藝，具有焦?fàn)t煤氣凈化脫除效率顯著提高，吸附劑可多次重復(fù)使用，勞動(dòng)成本大大減輕等優(yōu)點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)方法應(yīng)用情況

隨著國(guó)家對(duì)企業(yè)排放的進(jìn)一步要求，高效率脫除方法應(yīng)用迫在眉睫。其中各種硫化物、萘凈化效果尤為重要，銅陵泰富動(dòng)力分廠對(duì)此原采用傳統(tǒng)凈化工藝，主要是采用以氧化鐵脫硫，活性炭脫萘及脫苯的煤氣深度凈化方法，下面對(duì)此凈化方法及工藝作一簡(jiǎn)單介紹：

1.1 氧化鐵干法脫硫

氧化鐵脫硫劑是由以活性氧化鐵為有效成分然后添加堿性物質(zhì)、黏結(jié)劑、助催化劑、造孔劑等少量的添加劑制備而成。添加劑能夠在多個(gè)方面改善氧化鐵脫硫劑的物化特性，如：分散狀態(tài)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、離子價(jià)態(tài)、表面酸堿度、表面結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度等，從而提高氧化鐵脫硫劑的壽命、活性及選擇性等性能[3]。值得注意的是，氧化鐵的有機(jī)硫脫除效果比較差，需要搭配其他脫除方法共同使用，這無(wú)疑進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本。

1.2 活性炭吸附脫萘脫苯

活性炭是一種同時(shí)兼具吸附和催化功能的相對(duì)比表面積非常高的黑色固體，通常應(yīng)用于各種吸附場(chǎng)所。但是隨著吸附不斷進(jìn)行，活性炭?jī)?nèi)部空隙不斷減少，脫硫效果會(huì)大打折扣，因此存在著運(yùn)行周期短，失效快等問(wèn)題，這些制約著活性炭在焦?fàn)t煤氣干法凈化的大規(guī)模使用[4]。

1.3 焦?fàn)t煤氣深度凈化工藝流程

在應(yīng)用微晶吸附工藝前焦?fàn)t煤氣深度凈化工藝采用氧化鐵脫硫，活性炭脫萘及脫苯工藝，煤氣先后經(jīng)過(guò)脫硫塔、脫萘塔、脫苯塔進(jìn)行凈化，當(dāng)脫萘塔和脫苯塔吸附飽和后從凈化后煤氣管線引出一路4 000 m3/h的凈化煤氣逐一再生脫苯塔，經(jīng)過(guò)脫苯塔解析后的富含苯的解析氣在經(jīng)過(guò)蒸汽加熱器加熱至150℃后進(jìn)入到脫萘塔對(duì)于已吸附飽和的脫萘塔再進(jìn)行再生，再生后富含苯和萘的再生解析氣進(jìn)入冷鼓工段的初冷器前混入煤氣中一并進(jìn)行處理。

1.4 原脫萘塔及部分塔內(nèi)件存在的問(wèn)題

在項(xiàng)目改造驗(yàn)證階段還發(fā)現(xiàn)了煤氣凈化系統(tǒng)存在核心環(huán)節(jié)違背化工設(shè)計(jì)常識(shí)問(wèn)題：脫萘塔高徑比不合理和塔內(nèi)沒(méi)有氣體分布器。當(dāng)采用高徑比小的吸附塔時(shí)，由于邊壁效應(yīng)、溝流現(xiàn)象、死空間體積增大、塔內(nèi)氣體停留時(shí)間短吸附不充分等原因，會(huì)影響吸附效率。

脫萘塔存在的上述兩個(gè)問(wèn)題，對(duì)焦?fàn)t煤氣脫萘、脫硫、脫焦油均有所影響，且會(huì)顯著降低苯的脫除效果。

2 微晶吸附工藝應(yīng)用情況

2.1 采用微晶吸附工藝后的煤氣深度凈化工藝

在應(yīng)用微晶吸附工藝后，焦?fàn)t煤氣深度凈化工藝中不再采用脫硫塔及脫苯塔，只采用4臺(tái)脫萘塔作為脫硫、脫萘、脫苯一體塔，4 000 m3/h凈化后煤氣經(jīng)再生風(fēng)機(jī)加壓后直接進(jìn)入蒸汽加熱器加熱至200~220℃后進(jìn)行一體塔中進(jìn)行再生，將再生出的富含硫化氫、有機(jī)硫、萘、苯的解析氣送至化產(chǎn)分廠脫硫前預(yù)冷塔再進(jìn)行循環(huán)處理。吸附劑再生完成后，切換至加熱器旁通，對(duì)吸附塔內(nèi)進(jìn)行降溫，待塔內(nèi)溫度降至80℃以內(nèi)時(shí)，即可切換下一個(gè)煤氣凈化塔進(jìn)行再生，如此循環(huán)。

以微晶材料作為吸附劑一次性在脫萘塔內(nèi)可有效脫除焦?fàn)t煤氣中含有的硫化氫、苯、萘等有害雜質(zhì)。采用微晶吸附新工藝后因凈化效率提高，直接減少了8個(gè)塔的運(yùn)行，煤氣凈化塔就剩下以前的脫萘塔4座，顯著降低了設(shè)備運(yùn)行能耗，其中3用1備，即正常生產(chǎn)時(shí)3個(gè)塔運(yùn)行，1個(gè)塔采用凈化后的焦?fàn)t煤氣加熱后進(jìn)行再生作業(yè)，如此循環(huán)。有效解決了如上述煤氣壓縮機(jī)運(yùn)行的安全穩(wěn)定以及實(shí)現(xiàn)了燃機(jī)二氧化硫排放指標(biāo)達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求等問(wèn)題，也擺脫了傳統(tǒng)脫硫、脫萘劑運(yùn)行周期短，失效快等桎梏。

2.2 對(duì)原脫萘塔的部分塔內(nèi)件進(jìn)行改造

考慮到之前設(shè)備存在缺陷，項(xiàng)目改造過(guò)程中也需要加以改進(jìn)。煤氣凈化塔內(nèi)煤氣進(jìn)口管道加裝氣體分布器，即通過(guò)采用一種吸附塔的氣體分布器[5]，氣體分布器包括進(jìn)料管、預(yù)分布器、氣體分布管，預(yù)分布器一端連接進(jìn)料管，另一端深入吸附塔的內(nèi)部，預(yù)分布器包括環(huán)形間隙和中間出氣管，中間出氣管靠近吸附塔直徑處開(kāi)有圓孔，氣體分布管連接在預(yù)分布器上，和環(huán)形間隙貫通；氣體分布管上包含圓形開(kāi)孔的技術(shù)方案，有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的吸附劑床層氣體分布不均勻，吸附效果差的技術(shù)問(wèn)題。

3 微晶吸附工藝使用效果及問(wèn)題分析

3.1 微晶吸附工藝使用效果

1）新更換微晶吸附劑后可吸附掉煤氣中的部分有機(jī)硫成分及絕大部分無(wú)機(jī)硫成分，使焦?fàn)t煤氣經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫排放量降低，目前二氧化硫排放質(zhì)量濃度維持在10 mg/m3以下，遠(yuǎn)低于超低排放要求。

2）與行業(yè)內(nèi)同類型CCPP機(jī)組相比較，圓滿解決了煤壓機(jī)經(jīng)常堵管停機(jī)問(wèn)題，目前未發(fā)生堵管停機(jī)現(xiàn)象；解決了脫萘塔排污管道及再生系統(tǒng)管道經(jīng)常堵塞問(wèn)題，解決了經(jīng)常堵塞現(xiàn)象，目前未發(fā)生相關(guān)管道堵塞情況。

3）脫硫、脫苯、脫萘、脫焦油、脫氫氰酸、脫氨氣在四個(gè)脫萘塔中進(jìn)行，脫硫塔和脫苯塔可廢棄不用，脫硫塔和脫苯塔中的吸附劑以后不再需更換甚至可以部分扒除。

4）以前的12臺(tái)吸附塔連續(xù)運(yùn)行，經(jīng)吸附劑更換后，變成4個(gè)脫萘塔運(yùn)行，可減少8個(gè)塔運(yùn)行，能耗降低，煤氣阻力由6~8 kPa降至2~3 kPa；4個(gè)脫萘塔運(yùn)行，塔的阻力降低，進(jìn)入煤壓機(jī)的氣體壓力變高，煤壓機(jī)壓縮氣體體積變小，功率降低，節(jié)約了煤壓機(jī)用電消耗；以前每次需同時(shí)再生脫苯塔和脫萘塔，現(xiàn)在改為只再生脫萘塔，再生風(fēng)機(jī)的出口壓力變小，功率降低，降低了能耗。

5）因?yàn)槊摫剿辉倨鹗褂茫看尾挥迷偕摫剿?，?jié)約1臺(tái)換熱器，節(jié)約1臺(tái)冷卻器，降低了蒸汽消耗和冷卻水消耗；以前每個(gè)塔的再生周期為7 d，現(xiàn)在改為每個(gè)塔再生周期3 d，節(jié)約了電能和蒸汽消耗。

6）解決了再生風(fēng)機(jī)經(jīng)常因?yàn)槌?fù)荷停機(jī)問(wèn)題，吸附劑更換后未發(fā)生過(guò)風(fēng)機(jī)超壓停機(jī)現(xiàn)象。

7）以前吸附劑1年左右更換一次，現(xiàn)在吸附劑改為5年左右更換一次，節(jié)約了運(yùn)行成本；同時(shí)吸附劑到更換周期后可進(jìn)行返廠處理，無(wú)固廢處理問(wèn)題。

8）目前僅4個(gè)脫萘塔運(yùn)行，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度及檢修操作難度。

3.2 微晶吸附工藝使用中存在的問(wèn)題

1）微晶吸附劑使用壽命的后期，一般是在第4年以后，吸附塔阻力有一定的上升，即從2~3 kPa上升至2.5~4.0 kPa，需要加強(qiáng)再生操作，同時(shí)也可以在設(shè)計(jì)初期增加系統(tǒng)處理能力的富余量，如3開(kāi)1備的模式可以改為3開(kāi)1備1再生或4開(kāi)1備的模式，以確保再生完全，減少系統(tǒng)中雜質(zhì)的累積。

2）微晶吸附劑對(duì)煤氣中苯的脫除效果不佳，如需脫苯，可以在工藝上進(jìn)行變更，如采用冷凝吸附等工藝方法等。

4 結(jié)論

1）微晶吸附劑吸附效果比傳統(tǒng)氧化鐵脫硫、活性炭脫硫脫萘要好、使用設(shè)備較少且具有使用周期長(zhǎng)、運(yùn)行成本低、能耗低、系統(tǒng)故障率低、系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，有利于連續(xù)生產(chǎn)，增加了經(jīng)濟(jì)效益，減少了碳排放。

2）在1座塔內(nèi)集成了脫焦油、脫硫、脫萘等微晶材料，通過(guò)并聯(lián)運(yùn)行，簡(jiǎn)化了工藝，同時(shí)也確保了二氧化硫排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，且無(wú)固廢處理問(wèn)題，具有良好的行業(yè)推廣前景。