焦爐荒煤氣脫硫化氫技術開發與應用

張佳煒

（河鋼宣鋼焦化廠，河北宣化 075100）

在焦化行業中，焦爐煤氣加熱后的煙氣是國家環保監管的重點，在煙氣末端治理的同時，從源頭上降低焦爐煤氣硫含量，更加高效合理。宣鋼焦化廠煤氣凈化系統采用AS脫硫技術，在運行過程中，出現脫硫效率降低，凈煤氣H2S含量升高等問題，脫硫后煤氣中的硫化氫含量高達700～1 000mg/m3，難以滿足工業生產和環保的要求。

鐵基離子液體因為具有優良的催化氧化性能已被廣泛應用于H2S 的脫除，并取得了顯著的效果。研究表明，鐵基離子液在脫硫過程中表現出高效穩定的性能，經過空氣再生后的Fe基離子液體仍然具有良好的脫硫能力，鐵基離子液對H2S 的脫除效果＞99%。

宣鋼焦化廠從焦爐煤氣中雜質組分的既有特征出發，結合AS氨法脫硫工藝特點，利用鐵基有機離子型濕法氧化脫硫技術，形成新的焦爐煤氣脫硫工藝，實現了焦爐煤氣H2S含量≤20mg/m3的超低排放目的。

非水相離子液脫硫技術采用鐵基陽離子與有機陰離子相結合的離子液作為脫硫劑。這種脫硫液保留了絡合鐵脫硫效率高的優點，又解決了絡合鐵法堿溶液消耗高的問題。

1 脫硫離子液性質

1.1 鐵基離子液反應原理

鐵基離子液體氧化硫化氫脫硫過程是氣液相催化反應，鐵基離子液體吸收硫化氫的反應過程可以認為是伴有雙分子不可逆反應的化學吸收過程。其反應機理如下[4]：

1.2 硫化氫流量對脫硫率的影響

通過實驗測試了硫化氫流量在30～60mL/min變化時，硫化氫脫除效率與硫化氫流量的關系如圖1所示。

圖1 脫硫率與硫化氫流量之間關系

由圖1可知，脫硫效率隨著硫化氫流量的增加逐漸減小。硫化氫流量的增加導致氣體在氧化反應器中的停留時間減少，從而使得硫化氫與離子液體的接觸時間變短，最終導致處理效果變差。實驗結果表明：焦爐煤氣流量變化的同時，脫硫液流量要進行相應的調整。

1.3 硫化氫濃度對脫硫效率的影響

研究了硫化氫濃度對脫硫率的影響，見圖2。不同濃度的硫化氫氣體來源于硫化氫氣體與氮氣所配的混合氣。

圖2 脫硫率與硫化氫濃度之間關系

硫化氫濃度在（1 000～20 000）×10-6變化時，從圖2可以看出：當硫化氫濃度≤10 000×10-6時，硫化氫的脫除率可以達到100%；隨著硫化氫的濃度逐漸增大，脫硫率逐漸減小，但減小的幅度很小。在一定范圍內硫化氫濃度對脫硫率的影響不是很明顯。實驗結果表明：焦爐煤氣流量不變的情況下，硫化氫濃度有所變化，脫硫效率不會明顯降低。

1.4 反應溫度對脫硫效率的影響

反應溫度在30～90℃時，脫硫率與溫度之間的關系如圖3。

圖3 脫硫率與反應溫度之間關系

由圖3可見，鐵基離子液體處理硫化氫氣體溫度使用范圍寬，在30～90℃使用，其凈化效率≥99%；在一定溫度范圍內隨著反應溫度的升高，脫硫效率逐漸升高直至100%，然后再升高反應溫度脫硫效率不會降低，仍然保持100%。溫度的影響是兩方面的：一方面溫度的升高使反應速率增大、使氣體在離子液體中的傳質更好；另一方面溫度的升高會降低氣體在離子液體中的溶解度。實驗結果表明：焦爐煤氣相同流量的硫化氫氣體濃度有所變化，脫硫效率不會明顯降低。

2 離子液脫硫工藝

2.1 工藝流程

根據鐵基離子脫硫液的特點，宣鋼焦化廠對原有的2#備用洗氨塔改造為脫硫塔。焦爐煤氣由塔下部進入，與脫硫劑貧液反應，脫除煤氣中大部分硫化氫及氰化氫。脫硫后凈化煤氣通過塔頂排出，進入洗苯塔。

脫氨后生成的硫銨富液進入塔底儲液段，并通過泵送入硫銨生產系統。

脫硫后的脫硫富液，通過泵送入再生槽再生成貧液。部分富液通過循環泵重新送往塔內脫硫。再生槽采用頂部噴射再生及底部鼓泡再生相結合的工藝，將脫硫富液充分氧化再生。再生后的脫硫貧液及硫黃顆粒混合物進入沉降罐沉降分離，分離后的貧液送入脫硫塔脫硫。沉降的硫黃液經固液分離后，硫黃入熔硫釜熔硫（工藝流程見圖4）。

圖4 脫硫工藝流程圖

2.2 運行過程中的問題及措施

2.2.1 脫硫液中含有焦油、萘等雜質，黏度增大

由于焦爐煤氣含有焦油、萘等雜質，有機相離子液在脫除硫化氫的同時，將煤氣中的焦油、萘的等有機物吸收，造成離子液含焦油、萘等物質，嚴重影響離子液性能，使系統出現離子液黏度增大，性能改變，硫黃不易沉淀分離等現象。

優化措施：在原脫硫系統方案設計的基礎上增加除焦油側線系統，連續采出1%左右的離子液，通過加熱、靜止、分離等工序，將焦油、萘等雜質脫除。

2.2.3 酸性離子液腐蝕

原設計脫硫離子液劑為弱酸性，在運行過程中對系統腐蝕較大，引起管道、儀表腐蝕等，影響系統連續運行。

優化措施：根據脫硫效果及運行情況，在不影響脫硫效果的情況下，更換離子液部分有機離子，離子液調整為弱堿性，并通過NaOH調整pH至7～8。加堿后脫硫劑產生的復鹽由硫黃分離系統隨分離水排出至氨水系統。

2.2.3 硫黃泡沫增加

由于脫硫劑改為堿性離子液，脫硫泡沫增加，造成融硫釜靜止分離困難，現有熔硫釜不能完全處理脫硫產生的硫泡沫。

優化措施：增加硫泡沫處理設施：加設20m2板框壓濾機2臺，增加硫黃漿液泵兩臺，硫泡沫直接泵送入板框壓濾機壓濾，濾餅直接落下裝袋，或落入原有脫溶釜攪拌成濃稠漿液，通過硫黃漿液泵送入熔硫釜熔硫。

2.3 改造后運行效果

鐵基離子液脫硫工藝在經過系統優化后運行一個月，脫硫效果顯著，焦爐煤氣硫化氫含量由1 500～2 000mg/m3降低至10mg/m3以下，達到了生產、環保要求（表1）。

表1 脫硫數據統計

3 結語

采用離子型濕法氧化脫硫工藝，實現負壓條件下的焦爐煤氣高效脫硫，脫除后硫化氫＜20mg/m3，滿足城市煤氣超低排放的標準。對AS負壓工藝做了優化和完善，實現了設備的長效運行，解決了傳統濕法氧化脫硫技術中的運行成本高、工作負荷大以及二次污染嚴重等問題。