多功能凈化劑在煤氣凈化過程中的應用

崔豪杰 姜騰飛（煙臺巨力精細化工股份有限公司，山東 萊陽 265202）

本公司二期系統開車運行一段時間以后，CO產品氣中的CO2含量經常超過CO產品氣工藝指標中規定的CO2≤0.1%，指標超標頻率超過40%，增加了后工序的原料消耗和副反應物的生成，增大了生產成本和系統的穩定性。

1 CO2超標的原因

1.1 原因分析

變壓吸附一段（PSA-Ⅰ）裝填的吸附劑是活性Al2O3、硅膠，主要作用是除去原料氣中大部分的CO2，降至ppm級，防止CO2進入變壓吸附二段影響CO產品氣的純度，故一段出口尾氣中的CO2含量很低。

變壓吸附二段（PSA-Ⅱ）中的吸附劑為北大先鋒生產的高效CO吸附劑專用銅吸附劑PU-1，其主要成分為CU+1，具有很強的還原性，極易被氧氣氧化而失活，故在變壓吸附二段之前加一個除氧塔。水煤氣中氧氣的控制指標為≤0.4%，變壓吸附一段出口尾氣中的氧氣含量應該在0.2%-0.4%之間。氧氣在除氧塔內會和原料氣中的CO反應生成CO2，氧氣的含量與CO2的濃度呈正比，故推斷為水煤氣中的氧氣含量高，造成CO產品氣中的CO2超標。

2 方案確定及整改措施

2.1 流程優化

想徹底解決CO2超標的問題，必須在變壓吸附一段前增加一個除氧裝置，經與除氧劑廠家華爍科技股份有限公司（原湖北省化學研究院）商討，同時考慮水煤氣中有機硫對生產的影響，決定在變壓吸附一段前增加一套水解脫硫裝置。

2.2 除氧劑選型

2.2.1 需處理氣體的氣量及硫含量

水煤氣氣量：16000Nm3/h，操作壓力：0.8MPa，H2S含量：30mg/m3，有機硫：5-20mg/m3

除氧劑廠家結合除氧和水解脫硫兩方面考慮，推薦使用DJ-1多功能凈化劑，其主要特點是在高硫條件下對氧及有機硫有較高的脫除（轉化率），可用于水煤氣、焦爐氣及各種化工原料氣中氧及有機硫的脫除（轉化）。

2.2.2 反應原理及質量檢驗標準

反應原理：COS+H2O=H2S+CO2O2+2H2=2H2OCS2+2H2O=2H2S+CO2O2+2CO=2CO2

實驗室質量檢驗指標：COS轉化率≥理論轉化率的90%CS2轉化率≥理論轉化率的85%O2的脫除率＞90%HCN轉化率＞80%抗壓碎強度≥25N/顆

2.2.3 脫油劑的選擇

由于需除氧和水解的水煤氣是活塞式壓縮機壓縮后直接送入系統內，為防止壓縮機帶出的油水在凈化劑上碳化，使凈化劑失活，廠家建議在水解系統入口處增加一臺除油塔，裝填TY-1脫油劑；廠家根據計算推薦：多功能凈化劑DJ-1裝填16m3，脫油劑TY-1裝填22m3。

2.3 水解脫硫系統流程的確定

流程簡述：由水煤氣壓縮機來的水煤氣經除油塔除掉油水后，進入熱交換器B/A與水解塔出來的150℃熱氣換熱，升溫至110℃，然后進入加熱器用中壓蒸汽加熱至150℃，再進入水解塔除氧和水解，水解塔出口的150℃熱氣經熱交換器A/B換熱后降溫到70℃，最后經冷卻器冷卻，冷卻到40℃后送到變壓吸附一段。

2.4 除氧劑硫化

DJ-1使用前為氧化態，需經含硫氣體活化后才具有活性，CS2在催化劑表面轉化為H2S，催化劑同H2S反應，由氧化態變為硫化態，從而DJ-1多功能凈化劑具有了高活性。

硫化反應原理：CS2+4H2→2H2S+CH4MO+H2S→MS+H2O（MO代表金屬氧化物）

本次硫化為放空硫化法，硫化時應經常排放進氣中冷凝水，要求原料氣中H2含量應≥25%。

2.5 運行后操作及指標控制

除油塔每2-4小時進行一次排污，保證脫油劑的使用壽命。水解塔入口溫度控制在120-160℃，水解塔床層及出口溫度控制在130-180℃。每班兩次對水解塔出口水煤氣中的H2S含量進行檢測，控制指標小于230mg/m3（變壓吸附一段設計要求H2S≤230mg/m3）。

2.6 運行效果

在二期系統啟用水解脫硫后，解決了原料氣中氧含量過高的問題。從運行情況了解到，水解脫硫前后原料氣中的O2從0.2-0.4%降至含量小于100ppm左右，滿足現工藝需要。變壓吸附二段前的除氧塔出口原CO2含量為0.34%，改造后CO2含量為0.01%，產品氣中CO2成份由改造前CO2：0.15-0.25%降至0.05%左右，保證了CO產品氣純度。

3 結語

水解脫硫系統經過1年多的運行，達到了整改前的預期效果，CO產品氣中的CO2達標率接近100%，除了幾次因設備問題造成的超標。運行過程中出現過幾次因水煤氣中的氧氣含量超標造成水解塔床層超溫的現象，因處理及時未對塔內凈化劑造成較大影響，氧含量超標是水解系統最大的威脅，應著重培訓員工的判斷能力和應急處置能力。

[1]《化肥工業》2008年第4期.王先厚,孔渝華.《新型高效DJ-1多功能凈化劑的性能及應用》.

[2]《遼寧化工》2012年07期.蔡洪濤.《粗煤氣除氧技術探討》.

[3]《化學工程師》1996年第3期.蒲延芳,張志華.《加氫催化劑預硫化技術探討》.

[4]《現代化工》2003年第10期.張文效,耿云峰.《一氧化碳分離技術》.