焦爐煤氣深度凈化脫硫工藝的應用與改進分析

高山虎

關鍵詞：深層凈化;脫硫;改進

中國是煉焦大國，全國煉焦企業超過200家，焦化產品有上百種。然而在煉焦的過程中會產生大量的煤氣，會嚴重污染環境，雖經過回收處理，但是煤氣中還含有微量的雜質，嚴重影響了焦爐煤氣的發展，所以要通過深度凈化工藝來去除煤氣中所含有的雜質，保證焦爐煤氣的質量。

1 深度凈化脫硫工藝方法簡介

1.1 萘醌二磺酸法（TH法）

萘醌二磺酸法是由日本公司開發，該方法的催化劑是1.4-萘醌和2-硫磺酸，堿源為氨水。萘醌二磺酸法包括兩個反應，即吸收反應和再生反映。吸收反應是煤氣在脫硫塔中和氨水產生的反應;再生反映是氨水在再生塔中與空氣中的氨氣所產生的反應。

1.1.1 TH法工藝流程

將進過初步冷卻并且脫除了煤焦油之后的煤氣進入冷洗萘塔中，在洗萘塔的上段和下段分別噴灑氨水進行冷卻，在中段噴灑洗油來去除煤氣中含有的萘。之后煤氣進入脫硫塔，之后噴灑再生塔中的吸收液促進吸收反應，脫硫脫氰之后再從塔頂排出。用泵將吸收液送至再生塔下端，使之與空氣壓縮機送入再生塔的壓縮空氣并流上升進行再生反應。吸收液被空氣氧化再生之后，再流入脫硫塔進行循環的使用。在循環過程中將生成硫磺等物質影響脫硫率。所以，需要從再生塔的外部排放一部分的吸收液，吸收液作為廢液被送到濕式氧化法處理裝置，吸收液被轉化成硫酸銨母液。再生塔的頂端排出的廢氣經過第一回收站和第二回收站分別用硫酸銨母液和噴水洗凈后排入大氣。

1.1.2 TH法工藝的優點

一是該工藝自帶脫硫劑氨，運行成本低;二是該工藝流程簡單，方便操作，消耗的蒸汽少，脫硫率相對比較高。

1.1.3 TH法的缺點

一是脫硫的裝置需要高溫高壓，脫硫液對設備有較強的腐蝕性;二是該法的催化劑較少，難以購買，加大了成本。

1.2 苦味酸法（FRC法）

苦味酸法的催化劑為苦味酸，吸收液為氨水的氧化法脫硫工藝。該方法是日本大阪煤氣公司于1958年開發，中國也采用了此項工藝。

FRC法的優點：脫硫效率高;所用苦味酸消耗少，成本低。

FRC法的缺點：苦味酸屬于危險品，易爆炸，運輸以及儲存成本高;流程長，占地大，投資成本高。

焦爐煤氣進入脫硫塔中，從脫硫塔頂部噴灑含有苦味酸的吸收液，煤氣與吸收液進行吸收反應，脫硫脫氰之后從塔頂排除。富液從脫硫塔底部排除之后進入了再生塔，進行再生反應之后，打入脫硫塔進行循環利用。循環過程中，再生塔生成了硫磺漿液，硫磺漿液進入燃燒爐燃燒，得到了硫磺和硫酸。

1.3 HPF法

HPF法是由我國鞍山焦化耐火材料設計院和無錫焦化廠共同研制開發得出，此項工藝是將催化劑HPF與吸收液混合，堿源是利用了煤氣中所含有的氨，將煤氣中的硫化氫脫除。該工藝操作簡單，裝置少，催化劑具有較高的活性;但其廢液污染嚴重。

初預冷之后的煤氣從脫硫塔底部進入，在脫硫塔頂部噴灑吸收液，煤氣與脫硫液產生反應后，去除了煤氣中所含有的H2S，之后脫硫液從塔底排除進入到再生塔，脫硫液通過與空氣進行再生反應后被氧化再生，之后返回脫硫塔頂，循環反應的產物硫磺泡沫經過泡沫槽進入到熔硫釜，制成硫磺。

1.4 AS法

AS法是由宣鋼焦化廠首次引進，該方法的堿源是煤氣自身所含有的氨，并且不需要使用催化劑。該工藝自帶堿源，無需外購;腐蝕性問題較少;工藝流程短，簡單易操作;污染少;但該工藝脫硫效率低。

焦爐煤氣經過加壓之后進入終冷塔去除所含的焦油，之后由終冷塔底部進入脫硫塔，在脫硫塔頂端噴灑氨水使之與煤氣進行反應，煤氣中的H2S被吸收，吸收反應中形成的富液從塔底進入循環池。之后進入再生塔，與再生塔中的空氣進行反應，空氣使液相中的NH4HS分解成H2S并且進入氣相，再生反應后的吸收液再流入脫硫塔進行循環使用。

2 我國常用的幾種脫硫方法對比以及脫硫工藝存在的問題

現用我國焦化廠常用的集中脫硫工藝進行對比見表1。

從表1可以看出，FRC法凈化能力相對于TH法和AS法較好，且脫硫率以及脫氯化氫的效率在三者中也處于優勢。AS法在投資和成本方面來說相對較低。以上幾種方法在我國相對比較成熟，所采用的焦化企業較多。然而我國焦化企業煤氣凈化和脫硫工藝仍存在一些問題。一是凈化脫硫的工藝體系不完整，對于焦爐煤氣中所含的其他雜質的脫除研究比較缺乏;二是，我國焦爐煤氣凈化脫硫率相對較低，對于含有機硫200-600mg/m3的整體脫除率只有93%左右，從而影響了我國焦煤的質量，使得硫指標無法滿足合成催化劑的要求;三是催化劑活性不高，催化劑在使用的過程中，溫度會升高到350攝氏度左右，然而較高的溫度會降低彈性，催化劑消耗增大，增加了企業的成本。四是外送煤氣的壓力不穩定。外送煤氣的壓力要大于8kPa，否則會導致后續生產的不穩定，為了保證外送煤氣的壓力，焦化廠要根據自己實際情況來開啟主加壓機來保證壓力的供應。另外，由于主加壓機啟動后會導致催化劑的大量消耗，增加企業的運行成本。五是脫硫技術難以推廣，由于某些企業的脫硫設備主要是由國外引進，雖然技術先進但是投資成本高，且工藝復雜，生產條件要求教苛刻，所以不能廣泛的推廣。

3 解決對策以及改進的方法

針對焦爐煤氣深度凈化脫硫工藝中存在的問題，從加強凈化脫硫工藝研究、提高脫硫效率、增強催化劑的活性、穩定外來煤氣的壓力等幾方面進行改進。

3.1 加強凈化脫硫工藝研究

現在我國對于煤氣中其他雜質的去除研究相對較少，以干法凈化工藝為例，傳統的干法凈化脫硫工藝現已經不能達到良好的凈化效果，無法滿足焦爐煤氣向高效率邁進的需求，所以要加強研究和開發，加強對凈化脫硫工藝以及催化劑等方面的開發，使凈化脫硫工藝與技術更加先進，對煤氣中其他雜質的去除效率提高，滿足焦化煤氣企業的需求。

3.2 提高焦爐煤氣脫硫工藝的脫硫效率

①在吸收過程中，根據手冊可知，氣體與液體的比值在30-35L/m3脫硫液噴灑密度在50-55m3/（m2/h）之間。而濕法脫硫塔的直徑是4.6m，脫硫液的循環量是750m3/h。由此可知，在脫硫過程中，脫硫塔中脫硫液噴灑密度為453/（m2/h），小于50，所以得出脫硫液循環量沒有達到標準，影響了硫化氫的吸收。焦化工廠可以增加一臺循環泵來提高脫硫液的循環量，使噴灑密度達到標準。有利于催化劑在循環過程中再生;②在氧化的過程中，當反應的溫度和反應物濃度同等的情況下，HS-的氧化速度與活化能相關，而催化劑的作用就是降低HS-的活化能。催化劑的濃度越高，HS-的活化能越低，加速HS-的氧化，有效促進了吸收反應。所以要加強催化劑的投入量，從而提高脫硫效率。

3.3 增強催化劑的活性

在催化劑的使用中，使用了具有較低溫度活性的催化劑，從而加強催化劑在高溫過程中的活性，降低催化劑的消耗量。這種低溫活性的催化劑相對于傳統的催化劑來說可以更有效的加強加氫轉化效率，提高焦爐煤氣的凈化效果，尤其對含有十分復雜的有機硫的焦爐煤氣。

3.4 穩定外來煤氣的壓力

由于主加壓機的開啟會增加催化劑的消耗量，增加焦化廠的運行成本，所以我們通過使用解析風機來穩定煤氣的壓力。可以在解析風機的出口管上增加三通管，由三通管連接解析風口和煤氣主管，將煤氣加壓后再供給用戶。這樣可以避免主加壓機的頻繁使用，減少了企業的運行成本。

4 結論

由于焦爐煤氣中的雜質含量較多，并且燃燒會對環境造成嚴重的污染，因此要加強焦爐煤氣的質量，去除煤氣中所含有的雜質。所以本文介紹了焦爐煤氣深層凈化和脫硫工藝的流程，并且對三種脫硫工藝進行了對比，得出了我國焦爐煤氣凈化與脫硫現存的一些問題，如脫硫效率低、凈化工藝不完整、催化劑活性低、煤氣壓力不穩定等相關問題，并針對問題對焦化廠提出了一些改進的建議。從而提高焦化廠的脫硫率，保證焦爐煤氣的質量。

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