酒鋼焦爐煤氣凈化脫萘系統再生氣改造

蔣玉嶺

(酒鋼宏興鋼鐵股份公司動力廠，甘肅嘉峪關 735100)

引言

現酒鋼宏興鋼鐵股份有限公司有以下4座焦爐煤氣凈化站，分別為：

（1）碳鋼冷軋燃氣站：煤氣凈化處理能力16000 m3/h，其中4座脫萘塔；

（2）三加壓站：煤氣凈化處理能力2500 m3/h，其中2座脫萘塔；

（3）不銹鋼冷軋燃氣站：煤氣凈化處理能力2000 m3/h，其中2座脫萘塔；

（4）不銹鋼中厚板加壓站：煤氣凈化處理能力7000 m3/h，其中2座脫萘塔。

焦爐煤氣凈化系統主要用來脫除焦爐煤氣中的硫化氫、焦油、萘及其他雜質。其中脫萘塔內吸附劑需定期再生，使吸附劑循環利用。目前，以上4座焦爐煤氣凈化站的脫萘系統均采用的蒸汽再生，采用160℃以上的蒸汽從塔頂通入的方式再生，再生完的蒸汽直接排入大氣，造成環境污染，同時塔內硫化物、苯氫類物資夾雜在直排氣中，對人體健康造成較大安全隱患。為此，改造脫萘塔的再生系統，采用成品煤氣再生，再生氣直接排入對可燃雜質含量要求不高的主要用于燃燒加熱用戶的轉爐煤氣管道中。因為再氣中的雜質主要是萘和焦油等碳氫化合物組分，燃燒后主要成分為二氧化碳和水，對后續用戶和環境影響很小，因此即可杜絕排放物污染，又改善操作環境。

1 焦爐煤氣凈化脫萘（TSA系統）系統蒸汽再生工藝流程說明

脫萘塔內裝填的吸附劑主要為活性炭，在運行1～2周后，因焦油、萘、硫對活性炭內孔的堵塞，使其性能下降，床層阻力升高，因此需采用過熱氣體對活性炭進行再生。改造前主要再生氣體為蒸汽再生，其主要工藝流程如下：

將需再生的脫萘塔停運并置換合格后關閉該塔進、出口閥，關閉塔頂放散，打開塔體排污閥，向粗脫塔內通蒸汽（塔內蒸汽壓力不得超過0.05 MPa），讓塔內溫度保持在120℃以上（因萘的熔點為80.5℃、硫的熔點為120℃）。塔內溫度大于120℃保持8 h后，逐漸關閉蒸汽閥，停止向塔內通蒸汽，關閉塔體排污閥，用氮氣冷吹合格。

2 焦爐煤氣凈化脫萘（TSA系統）系統再生氣工藝改造的必要性說明

2.1 蒸汽再生的弊端

焦爐煤氣凈化系統主要用來脫除焦爐煤氣中的硫化氫、焦油、萘及其他雜質。目前的生產中脫萘塔吸附劑需定期使用蒸汽進行再生，使吸附劑循環利用，再生方式為采用200℃以上的蒸汽從塔頂通入的方式。

蒸汽再生不是完全的氣體再生，隨再生次數增加，脫萘劑吸附容量下降較快，影響吸附劑的使用壽命；同時，再生過程中產生再生廢水需要處理，再生廢氣排向大氣，產生環境污染：再生完的蒸汽直接排入大氣，造成大氣環境污染，同時塔內硫化物、苯氫類物資夾雜在直排氣中，對人體健康造成較大安全隱患。因各崗位脫萘塔蒸汽再生時將再生完的蒸汽排放至大氣中，焦爐煤氣凈化崗位周圍充滿了刺鼻的異味，造成周圍其他崗位工作場所及辦公場所人員有不適感，無法正常工作。

2.2 焦爐煤氣再生的優勢

凈化后焦爐煤氣再生為完全地氣體再生，隨再生次數增加，脫萘劑吸附容量下降較慢，再生煤氣不外排，直接進入煤氣總管中，系統封閉，不存在廢水排放問題。

2.3 環保要求

脫萘塔采用蒸汽再生，放散產生的廢氣中含有大量的萘、焦油等污染物。其中，焦油中的致癌物質和促癌物質，能直接刺激氣管、支氣管粘膜，使其分泌物增多、纖毛運動受抑制，造成氣管支氣管炎癥；焦油被吸入肺后，產生酵素，使肺泡壁受損，失去彈性，膨脹、破裂，形成肺氣腫；焦油粘附在咽、喉、氣管，支氣管粘膜表面，積存過多、時間過久可誘發細胞異常增生，形成癌癥。萘可導致肝臟和神經系統損傷、白內障和視網膜出血。

目前國家對工業生產的環保要求越來越嚴格，而蒸汽再生產生的污染物對周圍環境污染嚴重，同時，不利于操作人員的身心健康，存在健康隱患。

采用煤氣再生后，因為再生氣中的雜質主要是萘和焦油等碳氫化合物組分,燃燒后主要成分為二氧化碳和水,對后續用戶和環境影響很小,可杜絕再生過程中污染物的放散，不存在以上環保問題。

2.4 經濟效益分析

將再生氣改造為凈化后焦爐煤氣可減少蒸汽使用量，不銹鋼燃氣站、碳鋼冷軋燃氣站、凈化加壓站每年可大約節約蒸汽再生時蒸汽用量的1/3（正常運行），～770 GJ/年。使用站內現有凈化焦爐煤氣再生，再生后的焦爐煤氣可排入煤氣管道繼續使用，不會造成煤氣放散。

技術升級后主要效益為環境方面的社會效益,再生工藝升級后,再生過程的污染物放散將從根本上得以解決,周邊環境進一步改善,生產操作人員健康得到有效保障。

2.5 提高自動化程度

改造后的脫萘系統可完全實現自動控制，吸附—再生環節均可實現在線操作，減少人員操作強度，提高工作效率，改善操作環境。

3 再生工藝優化升級改造后的工藝流程、改造內容及方案

3.1 脫萘原理及主要工藝流程簡述

3.1.1 脫萘原理

脫萘基于變溫吸附技術（Temperature Swing Adsorption,TSA）。

3.1.2 脫萘工藝

焦爐煤氣進入正處于吸附狀態的脫萘塔后，焦爐煤氣中的H2S、焦油、洗油霧、苯、萘等組分被裝填的多種吸附劑的發達孔系所吸附，從而使煤氣得以凈化。脫萘塔通過裝置的程控閥門自動切換吸附——再生的連續操作。當脫萘塔吸附飽和后，可以對吸附劑進行再生。

荒煤氣從塔底進入脫萘塔，吸附劑在常溫下選擇吸附煤氣中的萘等雜質。當脫萘塔內吸附劑吸附的雜質達到飽和后即轉入再生過程。再生時，用凈化后的煤氣作為“再生氣”加熱解吸吸入吸附劑內孔里的雜質；再生完全后，使用再生氣冷吹吸附劑床層，使之降到常溫。

為達到連續生產的目的，脫萘工序通過程控閥門切換使幾個塔交替進行吸附和再生。再生的具體操作步驟如下：

（1）逆放回收

脫萘塔吸附飽和后，自動打開底部的再生解吸氣出口程控閥，將吸附塔中焦爐煤氣逆放回收去界外煤氣總管。

（2）升溫再生

完成逆放回收后，自動打開再生加熱器入口蒸汽管上的程控閥門的同時，也自動打開再生加熱器入口再生用凈化煤氣管上的程控閥門，用被加熱后的凈化煤氣（～160℃）逆著吸附方向吹掃硫化氫、萘、苯、氨、有機硫等雜質吸附床層，再生后的再生解吸氣從脫萘塔的下部出來，經過轉爐煤氣管網送其他用戶使用。

（3）冷吹降溫

升溫再生完畢后，自動關閉加熱蒸汽程控閥門，關閉再生加熱器入口再生用凈化煤氣管上的程控閥門，同時打開冷吹進氣程控閥門，用常溫的凈化氣從脫萘塔的頂部進氣直接冷吹脫萘塔吸附劑床層，使之冷卻至吸附溫度。吹冷氣從脫萘塔的下部出來去界外轉爐煤氣總管網。之所以要進行冷吹降溫，是因為溫度高于60℃時，脫硫化氫、萘的吸附劑吸附性能明顯下降，且置換出塔內殘留的再生混合氣。冷吹降溫結束后，自動關閉冷吹進氣程控閥和再生氣出口程控閥門，同時先打開脫萘塔頂部產品氣程控閥門，稍后再打開脫萘塔底部進氣程控閥門，至此脫萘塔就又開始下一次凈化吸附了。幾臺脫萘塔交替進行以上的吸附、再生操作，即可實現焦爐煤氣的連續凈化。

（4）等待

冷卻完畢后，還在處于吸附工作的其他塔如果出口雜質含量指標還沒有突破產品氣要求，解吸完畢的塔可以進入等待階段。

3.2 工藝升級改造內容，以碳鋼冷軋燃氣站再生氣工藝優化改造為例

3.2.1 根據碳鋼冷軋燃氣站的煤氣管網壓力及管網現場架構，改造內容及增加的設備設施如下

1臺再生煤氣加壓機（因再生周期為1～2周，所以未考慮備機）、1臺蒸汽電加熱器、1臺再生換熱器、更換脫萘塔進出口切換用蝶閥、增加再生煤氣管道切斷閥1套、敷設再生用DN350焦爐煤氣管道107 m、DN80的蒸汽管道113 m。

3.2.2 再生氣耗量

再生時焦爐煤氣用量為1600 m3/h。3.2.3 改造后增加的主要設備性能（1）再生用焦爐煤氣羅茨風機，共1臺：煤氣流量：1600 m3/h；升壓至16 kPa；變頻電機：37 kW。

（2）再生蒸汽電加熱器1臺，蒸汽用量：～150 kg/h。

（3）再生換熱器1臺，功率：～40 kW。

（4）更換脫萘塔進出口管蝶閥，采用氣動蝶閥：DN450，PN2.5。

（5）增加再生煤氣切斷用氣動蝶閥：DN350，PN2.5。

3.2.4 區域管網

再生氣管道采用架空敷設，燃氣管道直徑為350 mm，采用鋼板管，材質為Q235-B。在管道高點設有放散裝置，管道低點設排水設施。管道的補償除考慮采用自然補償的部位外，均采用金屬波紋管補償。為防止再生管道堵塞，送出界區外的再生氣管道采用伴熱保溫,再生氣出口管道設置了蒸汽吹掃接頭,方便出現堵塞情況下進行管道清理。

3.2.5 改造工程量

本次工藝優化升級改造施工較為簡單，架空敷設再生用DN350焦爐煤氣管道107 m、DN80的蒸汽管道113 m；安裝再生用焦爐煤氣羅茨風機1臺，更換閥門6臺。整體工程未對主體設備做變更，施工量不大，設備安裝較簡單，便于實施。

4 工藝優化升級改造后的效果評價

酒鋼焦爐煤氣再生的工藝升級優化改造后，減少了人員操作強度，提高了工作效率，改善了操作環境，滿足了安全環保要求。同時，焦爐煤氣凈化系統的脫萘塔再生氣由蒸汽改為煤氣，增強了企業效益、節約了能源，符合國家倡導的節能減排政策要求。煤氣凈化系統的年總能耗由780.25 t標煤降低至目前的552.18 t標煤，節能率達到29.2%，具體能耗見表1。

表1 煤氣凈化脫萘系統利用工序能耗計算表

5 結束語

焦爐煤氣脫萘系統再生工藝 改造后，得到了酒鋼宏興鋼鐵股份公司各周邊單位的好評，取得了良好的社會效益，酒鋼宏興股份公司動力廠燃氣專業將緊跟國家節能減排的步伐，查找不足，做到依法合規生產經營。

收稿日期：2018－01－17

收到修改稿日期：2018－02－24