真空碳酸鉀脫硫工藝技術的實踐與改進

陳再標

摘 要：分析韶鋼焦化廠真空碳酸鉀脫硫工藝的影響因素，并對存在的問題作出應對措施，在穩定脫硫溶液（H2S-CO2-K2CO3溶液體系）方面作出努力，使脫硫效果有了明顯提高。

關鍵詞：真空碳酸鉀；吸收；脫硫液；再生

韶鋼焦化廠焦爐煤氣脫硫凈化技術是采用真空碳酸鉀（H2S-CO2-K2CO3溶液體系）脫硫工藝，該法用于氣體選擇性脫除H2S多，原料氣在填料吸收塔內用貧碳酸鉀水溶液吸收，吸收時只有少量CO2被同時脫除，而H2S幾乎全部被吸收的特點。設計要求是脫硫塔后煤氣中H2S含量在200mg/m3 以下。

1 真空碳酸鉀脫硫工藝介紹

真空碳酸鉀（H2S-CO2-K2CO3溶液體系）脫硫工藝時基于吸收——解析的原理，即用碳酸鉀溶液吸收焦爐煤氣中的H2S和HCN，吸收H2S，HCN和CO2的溶液循環到再生塔，反應生成KHS溶液經再生析出酸性氣體。

1.1 吸收過程

洗苯后煤氣經過油捕霧器后進入脫硫塔，與28℃脫硫貧液在花環填料上逆流接觸，煤氣中的H2S、HCN和CO2等酸性氣體被吸收；其主要反應如下：

K2CO3+H2S→KHCO3+KHS，K2CO3+2HCN

→2KCN+CO2+H2O，K2CO3+CO2+H2O→2KHCO3

脫硫塔上段以NaOH溶液循環噴灑，進一步降低煤氣中的H2S。

1.2 解析過程

吸收了酸性氣體的脫硫液稱為富液，在富液槽中與連續補充的KOH反應后與再生塔底來的熱貧液換熱，進入再生塔。真空低溫下（約20Kpa，60℃），在拉魯環填料上富液與再生塔底上升的貧液蒸汽（由再沸器蒸汽間接加熱貧液產生）接觸，解析得到H2S、HCN等酸性氣體：

KHS+KHCO3→H2S+K2CO3，KCN+KHCO3

→HCN+K2CO3，2KHCO3→CO2+K2CO3+H2O

再生塔出口酸性氣體經冷凝冷卻至25～33℃、氣液分離后，由液環式真空泵送往濕法制酸裝置；酸汽冷凝液由氣液分離器自流至真空冷凝液槽，大部分送至富液槽循環使用，小部分作為廢液外排以降低副鹽濃度。

1.3 特點

1）用真空解析法再生，操作溫度僅為50-60℃，再加上操作系統中氧含量較少，故副反應的速度極慢，生成的廢液也非常少。

2）整個系統在低溫低壓下操作，對設備材質的要求也隨之降低。

3）脫硫系統生成的硫氰酸鹽，通過解析塔分解為碳酸鹽和酸性氣體，碳酸鹽溶液返回到吸收系統循環使用，以降低堿的消耗。

4）有效利用余熱。因解析系統為低溫操作，所以吸收液再生用熱源可由荒煤氣提供。

5）脫硫劑只采用KOH，使用脫硫裝置的操作簡單，成本低廉，脫硫后煤氣含H2S在200mg/m3 以下。

2 存在的問題與分析

脫硫再生系統在使用過程中，受煤氣夾帶洗油、脫硫再生系統設備損耗（Fe3+）及再生負壓系統漏氣等三個源頭因素的影響，脫硫液中的副鹽和其他雜質日益累積，脫硫液變質嚴重，導致脫硫效率差，使得煤氣含H2S在380mg/m3 以上。

2.1脫硫液夾帶洗油被污染

脫硫液夾帶洗油循環一段時間后油類物質累積增多，脫硫液顏色從淡紅棕色逐漸變深，最終呈醬黑色。

脫硫傳質阻力由氣相主體、氣膜、界面、液膜和液相主體的阻力疊加而成，但主要集中在氣膜和液膜層。煤氣中含有洗油等雜質，洗油含有憎水的苯基等非極性基團，與水不互溶，在脫硫液內部形成O/W或W/O的乳狀液，會在液膜表面形成一層阻滯膜影響傳質的順利進行，增加了煤氣中的H2S被脫硫液吸收的阻力，影響傳質過程。

阻礙煤氣內H2S等酸性氣體與脫硫液接觸，使化學吸收反應速度大大降低，降低脫硫效率。

2.2 脫硫液夾帶鐵銹變質

脫硫再生設備材基本上是以碳鋼為主，由于在工程施工建設期間設備及管道等沒有對其進行內部除銹處理，以致脫硫液與設備及管道內部鐵銹發生反應生成赤血鹽K4Fe（CN）6等鹽類（Fe2++6CN-+4K+→K4Fe（CN）6），造成脫硫液變質。

2.3 再生系統負壓管道穿漏

再生塔不嚴，空氣從大氣中進入到負壓系統與脫硫液接觸反應：

2KHS+2O2→K2S2O3+H2O，KHS+HCN+1/2O2

→KCNS+H2O

使得脫硫液中有大量的副鹽生成，說明了整個系統中存在著漏氣之處，使脫硫液變質生成大量的KSCN和K2S2O3等副鹽含量持續升高。

3 改進措施

3.1 改進洗油質量，增設水洗塔

洗苯工序改為油品更好的一級洗油，同時將洗苯溫度從32～35℃降至 26～28℃，降低洗苯操作溫度，加強洗苯塔后油捕霧器操作，減少煤氣夾帶洗油量，特別是洗油中的輕質組分。

在脫硫工序和洗苯工序之間增加水洗塔，用干凈水對煤氣洗滌、降溫，控制塔后溫度24～26℃，同時進一步減少煤氣中的油類物質夾帶。

3.2穩定脫硫液質量

排空已被嚴重污染不能再生循環使用的脫硫液，同時對脫硫系統管道、設備進行清洗，清洗完成后重新配置脫硫液，并每天對脫硫液進行排油排污置換操作，減緩脫硫液老化變質，避免KSCN、K4Fe（CN）6等副鹽含量富集，維持脫硫液質量的穩定，是的脫硫液的效率持續高效。

3.3 修復負壓系統泄漏

對負壓的再生系統進行查漏、補漏，防止從環境內吸入空氣，降低脫硫液氧化速度、抑制副鹽生成，保持酸氣潔凈，系統再次投用后經過對脫硫液中K2S2O3的連續跟蹤分析，在脫硫液中含量平均為4.5g/l，再無出現K2S2O3快速上升的問題。

4 結果與討論

經過改進，消除煤氣洗油夾帶、脫硫再生系統設備腐蝕（含Fe3+）及酸氣負壓系統漏氣對脫硫液的影響后，本焦化廠的脫硫液質量有明顯改善，脫硫液呈淡黃色，表面偶爾有油鏡，沒有結晶或其他明顯沉淀物，煤氣脫硫效果有大幅度的攀升。塔后煤氣含硫平均能降至175mg/m3，脫硫效率達96%。