真空碳酸鉀法焦爐煤氣脫硫工藝優(yōu)化與創(chuàng)新

朱樂群，王永林

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司煤焦化公司，安徽馬鞍山243000）

真空碳酸鉀法焦爐煤氣脫硫工藝優(yōu)化與創(chuàng)新

朱樂群，王永林

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司煤焦化公司，安徽馬鞍山243000）

介紹了真空碳酸鉀煤氣脫硫工藝的工藝原理、工藝流程、主要工藝控制指標、工藝特點等，分析了該工藝在運行過程中存在的一些問題，為解決這些問題進行了工藝優(yōu)化與創(chuàng)新。

真空碳酸鉀法；煤氣脫硫；優(yōu)化與創(chuàng)新

1 前言

馬鋼新區(qū)焦爐煤氣凈化系統(tǒng)是與2×70孔7.63 m大容積焦爐（年產干全焦220萬t）相配套，煤氣處理量為13萬m3/h，采用的脫氨、脫硫、脫氰工藝為噴淋飽和器生產硫銨、真空碳酸鉀脫硫脫氰、克勞斯生產元素硫工藝。具體的煤氣凈化工藝見圖1。

圖1 真空碳酸鉀法脫硫的煤氣凈化工藝流程示意圖

真空碳酸鉀法焦爐煤氣脫硫工藝為引進德國Uhde公司的脫硫工藝技術，Uhde公司負責此工藝的基本設計，中冶焦耐工程技術有限公司負責詳細設計及相關的其他工序的工程設計。

2 真空碳酸鉀法焦爐煤氣脫硫工藝簡介

2.1 工藝流程

真空碳酸鉀法焦爐煤氣脫硫工藝見圖2。

真空碳酸鉀法的脫硫工藝屬于濕式吸收法，與噴淋式飽和器法生產硫銨的工藝相配套。經洗苯后的煤氣進入脫硫塔下段，下段用再生塔底來的貧液噴灑，煤氣中的H2S、HCN、CO2等酸性氣體被貧液吸收，其主要反應為：

為進一步降低焦爐煤氣中H2S含量，在脫硫塔上部增加了一個NaOH溶液洗滌段。在該洗滌段用5%的NaOH溶液再次對煤氣中的H2S進行洗滌，脫硫后的凈煤氣去用戶。在洗滌段使用后的NaOH溶液，送往蒸氨塔分解剩余氨水中的固定銨鹽。

脫硫塔底的富液再經富液/貧液換熱器與熱貧液換熱后，從再生塔頂部進入進行再生。再生在真空低溫下進行，由塔底再沸器間接加熱富液，使酸性成分解吸，其反應如下：

圖2 真空碳酸鉀法的脫硫工藝流程圖

富液解吸所需的熱量由一臺蒸汽再沸器和兩臺熱水再沸器提供。正常條件下，克勞斯裝置所產的低壓蒸汽全部用于蒸汽再沸器，其余的熱量由熱水提供，熱水在初冷器和脫硫單元之間循環(huán)使用。一旦某臺熱水再沸器不能正常使用，不足的熱量由外部的低壓蒸汽補給；若蒸汽再沸器不能正常使用，所需的熱量由熱水提供。

再生后的貧液經貧富液換熱及冷卻后入脫硫塔循環(huán)使用。再生塔頂出來的酸性氣體進冷凝冷卻器，經分離器除去冷凝液后，用真空泵將酸性氣體送至硫回收單元。

循環(huán)堿液槽中需補充軟水和新堿（KOH）。為了控制循環(huán)堿液中鹽的含量，部分溶液必須外排，廢液排到煤氣凈化系統(tǒng)。

2.2 主要工藝操作控制指標（煤氣處理量130000 m3/h）

脫硫塔進口煤氣溫度：～27℃

再生塔頂溫度：～55℃

再生塔底溫度：～60℃

再生塔操作壓力：～－85 kPa

K2CO3溶液循環(huán)量：～172 m3/h

粗煤氣中H2S含量：～7600 mg/m3

凈煤氣中H2S含量：＜200 mg/m3

50%KOH溶液耗量：～770 kg/d

50%NaOH溶液耗量：～270 kg/h

2.3 工藝特點

（1）富液再生采用真空解吸法，操作溫度為55～60℃，脫硫和再生在低溫低壓下運行，腐蝕小，對設備材質要求不高，吸收塔、再生塔及大部分設備材質為碳鋼，使整個裝置投資減少。

（2）煤氣凈化效果好，正常工況下，脫硫效率可達95%以上，脫氰效率可達80%。在脫硫塔上部設有NaOH溶液洗滌段，進一步降低了煤氣中H2S含量，可使凈煤氣中H2S含量降到200 mg/m3左右，滿足環(huán)境保護和一般冶金燃氣的質量要求。

（3）再生塔的熱源為廢熱鍋爐所產的蒸汽或初冷器所產的熱水，不需外加蒸汽；貧液與富液進行熱交換，既降低了貧液的溫度，又提高了富液的溫度。最大限度地利用系統(tǒng)的余熱，提高了整個裝置的熱效率。

（4）廢液排到煤氣凈化系統(tǒng)，無廢液外排。但因廢液含有鉀離子，回兌至系統(tǒng)中，對焦油質量會有一定的影響。

（5）洗氨工藝與脫硫工藝相互獨立，工序之間的適應性較好，對公用介質的要求相對較低，遇有停電、停汽、停水等特殊情況，恢復生產快，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性好。

3 存在問題

Uhde公司之前設計投產的真空碳酸鉀法焦爐煤氣脫硫工藝最大的煤氣處理量僅為4.8×104m3/h，而馬鋼新區(qū)焦化的煤氣處理量為13×104m3/h，是目前世界上煤氣處理量最大的真空碳酸鉀法焦爐煤氣脫硫工藝。Uhde公司可能是由于技術保密的原因，沒有很詳細提供該工藝的原理和機理，另外也可能缺少大煤氣處理量的操作經驗，因此在提供操作依據時只給了特定的操作參數，而沒有給出操作范圍的參數，加上主要設備都是國內制造，在開工初期就出現了以下一些問題：

（1）脫硫液顏色發(fā)黑；

（2）脫硫再生的真空泵系統(tǒng)、酸汽管道系統(tǒng)及Claus系統(tǒng)堵塞嚴重；

（3）NaOH、KOH的消耗偏高，調試階段KOH的消耗高達60 t/月，是設計值的2～3倍；

（4）脫硫貧液中的H2S含量和不可再生鹽的含量比設計值高很多；

（5）脫硫后煤氣中的H2S含量大于保證值≤300 mg/m3的指標等問題。

尤其是系統(tǒng)的堵塞問題嚴重地影響了脫硫系統(tǒng)的正常運行，在投產后的短短幾個月內，因脫硫系統(tǒng)堵塞嚴重而多次停產，給公司造成了很大的損失。為此，馬鋼與安徽工業(yè)大學合作成立課題組對此脫硫工藝的工藝機理及問題產生的原因等方面進行了研究。

4 原因分析及解決辦法

4.1 脫硫液顏色發(fā)黑原因

洗苯塔塔頂的貧油布液方式采用的是噴頭噴灑形式，因噴頭噴灑時至洗油霧化，塔頂捕霧器的捕霧效果較差，造成洗苯塔后的煤氣夾帶的洗油進入脫硫塔，致使脫硫液顏色發(fā)黑，影響脫硫富液的再生和克勞斯制硫系統(tǒng)的正常操作。

解決辦法：將洗苯塔塔頂的貧油布液方式由原來的噴頭形式改成為濺液盤形式的布液裝置，布液裝置上部設置一層捕霧層，并加大塔頂捕霧器的捕霧面積，這樣降低了洗油的霧化，減少了煤氣夾帶的洗油，解決了脫硫液顏色發(fā)黑的問題。

4.2 脫硫再生的真空泵系統(tǒng)、酸汽管道系統(tǒng)及Claus系統(tǒng)堵塞原因

酸汽管道固體堵塞物中含有碳酸氫鉀、硫氰酸鉀及硫代硫酸鉀等鹽類約10%，含水及低沸點揮發(fā)物約50%，低沸點揮發(fā)物中焦油、萘等，含量大約為10%，高沸點有機物約占30%，其中灰份含量約為2%，還有少量的鐵銹、煤粉及焦粉。堵塞物中鹽類主要來源于再生塔脫硫液，表明系統(tǒng)存在較嚴重的霧沫夾帶。在水環(huán)式真空泵后管道內酸氣壓力升高，酸氣中水分凝結，酸氣夾帶的鹽份和萘隨水一起冷凝結晶，鐵銹、煤粉焦粉、焦油等有機物也隨之沉積下來，形成黑色沉積物，堵塞管道。真空泵機組系統(tǒng)及Claus系統(tǒng)的堵塞以煤粉焦粉、焦油類等為主。

解決辦法：真空泵冷卻循環(huán)液中連續(xù)補充一定量的軟水，維持循環(huán)液的清潔，并在酸汽管道上作適當的改造。

4.3 NaOH、KOH的消耗偏高原因

將原設計的KOH間歇加入改為連續(xù)加入，剛加入時因脫硫液總鉀濃度高脫硫效果較好，隨后脫硫效果逐漸變差，另外，為了保持脫硫貧液中硫氰酸鉀、硫代硫酸鉀、黃血鹽等不可再生鹽的含量15 g/L左右，加大了脫硫貧液的外排量，致使KOH的消耗過大。NaOH消耗偏高主要是因為脫硫后煤氣中H2S含量偏高，增加了NaOH的加入量，這樣使得蒸氨廢水中含硫及含氰過高，還會嚴重影響生化的正常操作。

解決辦法：將原設計的KOH間歇加入改為連續(xù)加入，避免了對循環(huán)液總鉀濃度的沖擊，循環(huán)液濃度和酸汽量更穩(wěn)定。NaOH的消耗量要嚴格按照略大于滿足分解剩余氨水中的固定銨含量為前提。

4.4 脫硫貧液中的H2S含量和不可再生鹽的含量偏高的原因

開工初期貧液中的H2S含量高達1 g/L以上，脫硫貧液中硫氰酸鉀、硫代硫酸鉀、黃血鹽等不可再生鹽的含量高達35 g/L以上，很難控制在15 g/L左右，否則，脫硫貧液的外排量要增加很多，KOH的消耗也很高。

解決辦法：保證再生塔頂真空度維持在-85 kPa左右，熱水再沸器正常運行的前提下，適當增加蒸汽再沸器的蒸汽量，脫硫貧液中的硫化氫含量可降到0.5 g/L左右。正常的KOH的消耗情況下，不可再生鹽的含量很難控制到15 g/L。

4.5 脫硫后煤氣中的H2S含量偏高原因大于保證值≤300 m g/m3的指標等問題

開工初期脫硫后煤氣中的H2S含量高達500 mg/m3左右，主要是脫硫系統(tǒng)堵塞，再生塔頂真空度偏低，脫硫貧液中的硫化氫含量高等所致。

解決辦法：通過對脫硫工藝的工藝機理研究及工藝優(yōu)化，解決了系統(tǒng)堵塞、摸索出了較佳的工藝條件，脫硫后煤氣中的H2S含量基本能控制在200 mg/m3左右。

5 結論

（1）改變洗苯塔進料的分布方式，增加捕霧層，減少洗苯塔后煤氣帶油，解決了脫硫液顏色發(fā)黑的問題。

（2）原設計貧液總鉀控制水平為80 g/L，工藝優(yōu)化后貧液總鉀控制水平可以降至50 g/L，在此總鉀控制水平下仍有較高的脫硫效率（大于96%），又能降低堿耗、減少硫氰酸鉀、硫代硫酸鉀、黃血鹽等不可再生鹽的生成。

（3）脫硫貧液中硫氰酸鉀、硫代硫酸鉀、黃血鹽等不可再生鹽的含量控制水平可達30 g/L，在此控制水平下脫硫效率影響不大，比原設計控制水平15 g/L要求低，這樣可降低KOH消耗量和減少脫硫廢液的外排量。

（4）KOH間歇加入改為連續(xù)加入后，避免了對循環(huán)液總鉀濃度的沖擊，循環(huán)液濃度和酸汽量更穩(wěn)定，并可降低KOH的消耗。

（5）再生塔底溫度維持在61℃左右，再生塔頂真空度維持在-84.5 kPa左右，脫硫富液解析較好，脫硫貧液中的硫化氫含量可達到0.5 g/L左右，滿足原設計給出的0.55 g/L的要求，其脫硫效率可達96%以上。

（6）通過對真空泵和酸汽管道的工藝改進和完善，解決了真空泵和酸汽管道系統(tǒng)的堵塞問題。

（7）目前真空冷凝液的外排量約為2 t/h左右，脫硫廢液（貧液）的外排量為0.3 t/h左右，均排至剩余氨水系統(tǒng)，不存在多數同行因廢液量過多影響生化后出水指標的問題。

表1 兩個高爐消耗煤氣費用統(tǒng)計表

5.2 換熱器大修改造

換熱器大修改造前、后換熱能力比較見表2。

表2 改造前、后換熱器換熱能力

效果：換熱器停用后摻燒轉爐煤氣15000 m3，爐頂溫度最高平均1330℃。換熱器大修前煤氣、空氣共預熱提高83℃，換熱器大修后煤氣、空氣共預熱提高224℃，煙氣換熱器進口壓力由5.6 kPa降到0.3 kPa。

5.3 噴煤加熱爐改造后在相同煤氣消耗情況下，加熱爐溫度提高18℃，節(jié)能降耗效果明顯。利用了廢煙氣本身的溫度與殘留煤氣。在臺、時、產量不變的前提下，使高爐煤氣最高使用量由6500 m3/h減少至4500 m3/h，每天可節(jié)約煤氣3.2萬m3。

收稿日期：2014－10－11

作者簡介：王健（1971－），男，1997年畢業(yè)于河北職工大學機電一體化專業(yè)，工程師，現從事設備管理工作。

Optim ization and Innovation of Coking Gas Desulphurization Process w ith Vacuum Potash M ethod

ZHU Lequn，WANG Yonglin
(The Coal and Coking Company of Maanshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

The operation principle,process flow,major control targets,technological characteristics of coking gas desulphurization process of vacuum potash method are introduced. Problems existing in the process operation were analyzed and the process was optimized and innovated to solve these problems.

vacuum potash process;coking gas desulphurization;optimization and innovation

TQ546.5

B

1006-6764(2015)02-0011-04

2014－10－20

朱樂群（1970－），男，高級工程師，現從事生產技術管理工作。