煤氣凈化專用填料在AS脫硫塔中的應用

朱樂群　張　婧　楊勇　黃恒波　余兆祥

1馬鋼煤焦化公司凈化分廠（安徽　馬鞍山　243021）

2上海同特化工科技有限公司（上海　200433）

煤氣凈化專用填料在AS脫硫塔中的應用

朱樂群1張婧2楊勇2黃恒波2余兆祥2

1馬鋼煤焦化公司凈化分廠（安徽馬鞍山243021）

2上海同特化工科技有限公司（上海200433）

采用煤氣凈化專用填料，針對現(xiàn)有AS脫硫系統(tǒng)脫硫效果差的問題，進行了脫硫塔技術改造，改造后實際運行結果良好。

脫硫系統(tǒng)脫硫塔技術改造

0　前言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（簡稱“馬鋼”）煤焦化公司二車間現(xiàn)有的煤氣脫硫系統(tǒng)采用氨循環(huán)法煤氣脫硫工藝（簡稱“AS法脫硫工藝”），煤氣處理量約為129000 Nm3/h。原設計煤氣出口H2S的質量濃度為500 mg/m3，但是在實際操作時經(jīng)常會出現(xiàn)煤氣出口ρ(H2S)≥1000 mg/m3的情況，無法滿足馬鋼后續(xù)工段對煤氣含硫量的要求［ρ(H2S)≤500 mg/m3］，故需對現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)進行改造。本次僅改造脫硫塔設備，要求控制AS脫硫工段煤氣中ρ(H2S)≤800 mg/m3，后續(xù)計劃改造其他關鍵設備以滿足工藝要求。

1　脫硫系統(tǒng)工藝

由冷凝鼓風來的煤氣首先進入H2S洗滌塔下部終冷段，用循環(huán)終冷水噴灑冷卻，將煤氣溫度冷卻至22℃左右。使用后的終冷水經(jīng)換熱器用低溫水冷卻至22℃左右循環(huán)使用。終冷后的煤氣在塔內自下而上與自上而下的洗滌液逆流接觸后，從脫硫塔頂部逸出。在脫硫塔中部脫硫段，用冷卻后的脫酸貧液和從脫硫塔上段來的洗滌液噴淋洗滌煤氣，脫除其中大部分H2S。洗滌產(chǎn)生的脫硫富液送入脫酸蒸氨系統(tǒng)再生。在脫硫塔上部洗氨段，由來自洗氨塔上段的半富氨水進行噴淋，以洗滌煤氣中的NH3和H2S。煤氣由H2S洗滌塔塔頂排出后進入洗氨塔。

在洗氨塔設置堿洗段和洗氨段。堿洗段可以進一步脫除煤氣中的H2S。洗氨段由來自脫酸蒸氨的汽提水進行噴淋，以最終洗滌煤氣中的氨。因此，煤氣通過脫硫塔的三段洗滌及洗氨塔的兩段洗滌完成脫硫過程。

2　脫硫系統(tǒng)存在的問題

馬鋼脫硫系統(tǒng)設計煤氣出口ρ(H2S)=500 mg/m3，但是實際操作工況經(jīng)常出現(xiàn)煤氣出口ρ(H2S)≥1000 mg/m3的情況，無法滿足焦化行業(yè)污染物排放標準的要求。綜合分析，系統(tǒng)主要存在以下問題：

（1）AS脫硫體系的理論基礎為H2S-CO2-NH3-H2O物系的汽液平衡關系，以及氨水吸收H2S和CO2的傳質動力學關系，較短的汽液接觸時間對H2S氣體的選擇性吸收是有利的。原脫硫塔采用鋼板網(wǎng)填料，該填料比表面積比較低，要求較高的填料高度和塔徑，導致整個體系中大量的CO2參與吸收反應，從而降低了脫硫效率。

（2）焦爐煤氣及剩余氨水中的雜質和系統(tǒng)固體物質造成填料堵塞現(xiàn)象，增大了塔內壓降，使脫硫效率下降。

3　脫硫系統(tǒng)改造

為取得較好的脫硫效果，達到國家環(huán)保標準，經(jīng)過反復設計研究，確定本次改造主要針對脫硫系統(tǒng)的核心設備——脫硫塔進行。

3.1塔徑選擇

脫硫塔塔徑的確定需要先確定該體系下的空塔氣速。煤氣中同時存在CO2和H2S，二者形成競爭吸收關系，因此循環(huán)氨水中CO2和H2S的吸收速率將決定該體系下空塔氣速的確定。

焦化廠內循環(huán)氨水質量分數(shù)一般在1.5%～2.5%之間波動，研究人員對利用1.7%的氨水吸收CO2和H2S的過程進行了研究。圖1為CO2和H2S在1.7%的氨水中的吸收速率曲線[1]，可以看出，在汽液接觸時間不超過5 s時，氨水對H2S具有良好的選擇性。

圖11.7%的氨水中CO2和H2S的吸收速率

綜合考慮填料塔液泛氣速以及H2S的吸收選擇性，此次改造選用的空塔氣速為1.75 m/s，則計算塔徑為：

圓整后塔徑D=5．2 m，校核氣速u=1．68 m/s。

3.2填料的選擇

填料作為填料塔的關鍵塔內件，在系統(tǒng)運行中起著至關重要的作用。AS脫硫系統(tǒng)中煤氣的特性要求該體系中的填料具有高通量、低壓降、優(yōu)良的抗堵塞能力等特性。

（1）鋼板網(wǎng)填料。原設計脫硫塔采用鋼板網(wǎng)填料，該填料比表面積較低，因此為了使H2S達到足夠的汽液接觸時間，要求較高的填料高度和塔徑。這不僅需要額外的設備投資，同時也導致整個體系中大量的CO2參與吸收反應，從而降低了脫硫效率。

（2）250Y孔板填料。采用該填料可以改善吸收選擇性，提高脫硫率。但是250Y填料很難適應焦爐煤氣以及噴淋用剩余氨水中含有的少量雜質以及系統(tǒng)中固體物質帶來的堵塞現(xiàn)象，也無法解決高操作壓降的問題，使系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行復雜化，甚至難以實現(xiàn)。

（3）TT-Packing II氣體吸收專用規(guī)整不銹鋼填料。該填料具有比表面積大、氣相穿流程度大、對H2S吸收能力強、流體分布均勻、通量大、壓降低、易吹掃、抗堵能力強、對處理物料要求低、操作彈性大、使用壽命長等優(yōu)點。

根據(jù)以上填料的優(yōu)缺點，本次改造采用TT-PackingII氣體吸收專用規(guī)整填料，以達到優(yōu)良的操作工況及脫硫效果。

通過分析及相關計算，本次脫硫塔改造的主要技術規(guī)格見表1。

表1　脫硫塔主要技術規(guī)格

4　改造后脫硫系統(tǒng)的運行

4.1改造指標

該系統(tǒng)脫硫塔改造要求為：（1）煤氣處理量達到115 000～129 000 Nm3/h；（2）脫硫塔的總阻力降小于1．5 kPa；（3）脫硫塔的塔后ρ(H2S)≤800 mg/m3。

4.2新脫硫塔運行結果

新脫硫塔投入使用后的初始階段，總塔阻力降約為700～800 Pa。在工藝調整過程中，由于環(huán)境溫度降低，出現(xiàn)終冷后煤氣溫度較高（約25℃）、脫硫段煤氣溫度較低（約19℃）的現(xiàn)象，導致煤氣中的萘在脫硫段填料中結晶，增加了塔阻，脫硫塔運行阻力降增至2 kPa左右。經(jīng)過討論后，工藝上將入脫硫塔脫酸貧液的溫度提高至30℃左右，對填料進行沖洗后脫硫塔總塔阻力降穩(wěn)定在1.3 kPa左右。改造前后出脫硫塔的煤氣中H2S的指標見表2。

表2　改造前后出脫硫塔煤氣中H2S指標mg/m3

5　結論

新脫硫塔投用后已正常運行兩年多的時間，脫硫塔總塔阻力降約為1.3 kPa，滿足總阻力降小于1.5 kPa的功能要求；塔后H2S質量濃度在投用后3個月內，平均值為249 mg/m3，遠低于800 mg/m3；在之后的長期正常運行中，塔后H2S質量濃度始終保持在800 mg/m3以下；投產(chǎn)兩年多后，正常運行工況下塔后H2S質量濃度仍能維持在700～800 mg/m3范圍內，改造效果明顯。

[1]庫咸熙.煉焦化學產(chǎn)品回收與加工[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1985：168.

Application of Special Filler for Gas Purification in AS Desulphurization Tower

Zhu Lequn Zhang Jing Yang Yong Huang Hengbo Yu Zhaoxiang

Because of the poor desulfurization effect of existing AS desulfurization system,the special filler for gas purification is used to improve the desulphurization tower.After the technological transformation,the actual operation results are well.

Desulfurization system;Desulfurization tower;Technological transformation

TQ520.6

朱樂群男1970年生本科主要研究方向為煤氣凈化

2015年8月