煤氣凈化專用填料在AS脫硫塔中的應(yīng)用

朱樂(lè)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(yīng)用

朱樂(lè)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(duì)現(xiàn)有AS脫硫系統(tǒng)脫硫效果差的問(wèn)題，進(jìn)行了脫硫塔技術(shù)改造，改造后實(shí)際運(yùn)行結(jié)果良好。

脫硫系統(tǒng)脫硫塔技術(shù)改造

0　前言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（簡(jiǎn)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(jiǎn)稱“AS法脫硫工藝”），煤氣處理量約為129000 Nm3/h。原設(shè)計(jì)煤氣出口H2S的質(zhì)量濃度為500 mg/m3，但是在實(shí)際操作時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)煤氣出口ρ(H2S)≥1000 mg/m3的情況，無(wú)法滿足馬鋼后續(xù)工段對(duì)煤氣含硫量的要求［ρ(H2S)≤500 mg/m3］，故需對(duì)現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改造。本次僅改造脫硫塔設(shè)備，要求控制AS脫硫工段煤氣中ρ(H2S)≤800 mg/m3，后續(xù)計(jì)劃改造其他關(guān)鍵設(shè)備以滿足工藝要求。

1　脫硫系統(tǒng)工藝

由冷凝鼓風(fēng)來(lái)的煤氣首先進(jìn)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(nèi)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(lái)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(lái)自洗氨塔上段的半富氨水進(jìn)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(jìn)入洗氨塔。

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

2　脫硫系統(tǒng)存在的問(wèn)題

馬鋼脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)煤氣出口ρ(H2S)=500 mg/m3，但是實(shí)際操作工況經(jīng)常出現(xiàn)煤氣出口ρ(H2S)≥1000 mg/m3的情況，無(wú)法滿足焦化行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。綜合分析，系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題：

（1）AS脫硫體系的理論基礎(chǔ)為H2S-CO2-NH3-H2O物系的汽液平衡關(guān)系，以及氨水吸收H2S和CO2的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，較短的汽液接觸時(shí)間對(duì)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(dǎo)致整個(gè)體系中大量的CO2參與吸收反應(yīng)，從而降低了脫硫效率。

（2）焦?fàn)t煤氣及剩余氨水中的雜質(zhì)和系統(tǒng)固體物質(zhì)造成填料堵塞現(xiàn)象，增大了塔內(nèi)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(dá)到國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)設(shè)計(jì)研究，確定本次改造主要針對(duì)脫硫系統(tǒng)的核心設(shè)備——脫硫塔進(jìn)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(shí)存在CO2和H2S，二者形成競(jìng)爭(zhēng)吸收關(guān)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(nèi)循環(huán)氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在1.5%～2.5%之間波動(dòng)，研究人員對(duì)利用1.7%的氨水吸收CO2和H2S的過(guò)程進(jìn)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(shí)間不超過(guò)5 s時(shí)，氨水對(duì)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(jì)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(guān)鍵塔內(nèi)件，在系統(tǒng)運(yùn)行中起著至關(guān)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(shè)計(jì)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(dá)到足夠的汽液接觸時(shí)間，要求較高的填料高度和塔徑。這不僅需要額外的設(shè)備投資，同時(shí)也導(dǎo)致整個(gè)體系中大量的CO2參與吸收反應(yīng)，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(yīng)焦?fàn)t煤氣以及噴淋用剩余氨水中含有的少量雜質(zhì)以及系統(tǒng)中固體物質(zhì)帶來(lái)的堵塞現(xiàn)象，也無(wú)法解決高操作壓降的問(wèn)題，使系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行復(fù)雜化，甚至難以實(shí)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(duì)H2S吸收能力強(qiáng)、流體分布均勻、通量大、壓降低、易吹掃、抗堵能力強(qiáng)、對(duì)處理物料要求低、操作彈性大、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

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

通過(guò)分析及相關(guān)計(jì)算，本次脫硫塔改造的主要技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表1。

表1　脫硫塔主要技術(shù)規(guī)格

4　改造后脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行

4.1改造指標(biāo)

該系統(tǒng)脫硫塔改造要求為：（1）煤氣處理量達(dá)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(yùn)行結(jié)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(diào)整過(guò)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(dǎo)致煤氣中的萘在脫硫段填料中結(jié)晶，增加了塔阻，脫硫塔運(yùn)行阻力降增至2 kPa左右。經(jīng)過(guò)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(duì)填料進(jìn)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(biāo)見(jiàn)表2。

表2　改造前后出脫硫塔煤氣中H2S指標(biāo)mg/m3

5　結(jié)論

新脫硫塔投用后已正常運(yùn)行兩年多的時(shí)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(zhì)量濃度在投用后3個(gè)月內(nèi)，平均值為249 mg/m3，遠(yuǎn)低于800 mg/m3；在之后的長(zhǎng)期正常運(yùn)行中，塔后H2S質(zhì)量濃度始終保持在800 mg/m3以下；投產(chǎn)兩年多后，正常運(yùn)行工況下塔后H2S質(zhì)量濃度仍能維持在700～800 mg/m3范圍內(nèi)，改造效果明顯。

[1]庫(kù)咸熙.煉焦化學(xué)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(lè)群男1970年生本科主要研究方向?yàn)槊簹鈨艋?/p>

2015年8月