HPF脫硫工藝參數的研究與改進

孫治民 張桐

摘 要：介紹了HPF脫硫工藝的原理、流程、特點以及實際操作數據。通過分析，對操作參數進行調整，取得了較好的效果。

關鍵詞：HPF工藝;脫硫;焦爐煤氣;操作參數

Abstract：HPF process introduced the principle of processes， characteristics， as well as actual operating data。By analysis ， the operating parameters have been adjusted ，the better result has been achieved ， there is more deep understanding on HPF Process ，design concept and mechanism.

Key word：HPF Process;gas desulphurization;COG;catalyst Operating

0 引言

本鋼焦化廠沙窩分廠現有2座7m焦爐，焦炭生產能力為150萬t/a。采用HPF濕式氨法脫硫工藝，煤氣處理量為76000m3/h，于2008年11月投產，經過技術攻關，整個脫硫系統運行良好，脫硫塔后煤氣H2S指標控制在100mg/m3以下。在保證脫硫塔后煤氣H2S指標的同時，優化操作參數，年節約成本約700萬元，具有明顯的經濟效益和環保效益。

1 HPF法脫硫工藝的特點

本鋼焦化廠沙窩分廠HPF法脫硫工藝是根據氨法液相HPF催化脫硫反應原理，以氨為堿源，HPF為催化劑的焦爐煤氣濕法脫硫，其反應是一種催化、氧化反應。

HPF法脫硫用NH3代替外堿作為脫硫反應的堿源，在經濟效益方面，不需外來堿源的補充，降低了生產成本;在脫硫液成份方面，由于NH3水溶液是弱堿，含量的高低不會造成堿度的太大波動，易于控制溶液的堿度和pH值，避免pH值過高造成溶液副鹽增加速度過快，降低脫硫效率;在硫泡沫處理方面，生成的硫泡沫顆粒大，易于與溶液分離。

2 影響HPF氨法脫硫主要因素

影響HPF氨法脫硫主要因素可分為點：設備因素和生產操作因素。

2.1 設備狀況

①影響脫硫塔塔吸收效率的主要原因是填料的堵塞及損壞狀況，脫硫液噴頭及再分布器的工作狀況;②影響各種換熱器換熱效率的因素是結構及堵塞情況;③影響再生塔效率的因素是脫硫循環液組成，空氣過剩系數，預混噴嘴的數量及開度，液位調節器高度等情況[1]。

2.2 生產操作

①影響脫硫效率的因素是吸收溫度，脫硫液循環量，脫硫液質量，脫硫液含氨;②影響吸收溫度的因素煤氣入脫硫塔溫度即預冷塔的運行狀況，影響脫硫液油入塔溫度是換熱器和冷卻器的運行狀況;③影響脫硫液質量的因素是再生風量，定期排濃縮液，液位調節器高度的控制;④泡沫槽排清液的操作，清液含硫量的控制也影響到脫硫液的質量。

3 HPF氨法脫硫操作

3.1 脫硫液中氨含量的控制

氨法脫硫過程，實際上是酸堿中和反應，因而脫硫液中游離氨的含量會直接影響煤氣的脫硫效果[2]。我廠的生產實踐證明，脫硫液中游離氨含量達到2g/L以上時，脫硫效果能達到99%以上。

3.2 煤氣及脫硫液溫度的控制

我廠實踐經驗表明：當脫硫液溫度高于42℃時，脫硫效率只有60%左右，同時副鹽含量增長很快。因而在生產過程中，煤氣溫度保持在25-30℃，脫硫液溫度控制在27℃。為達到理想的煤氣溫度，我廠總結出以下經驗：

3.2.1 重視初冷器的操作

我廠采用的是4臺4700m2橫管冷卻器并聯操作，可以將煤氣溫度降低至21℃。為達到此溫度要求，低溫水溫度控制在18℃以下，初冷器具有良好的換熱效果。

3.2.2 加強預冷塔操作

在脫硫和再生操作中，前者是放熱反映，但溫度太低不利于再生操作。經綜合考慮，我們將煤氣溫度控制在25℃，脫硫液溫度控制在28℃，同時預冷器阻力應控制在500Pa以下。

3.2.3 氨源供給方式

經氣浮除油后的剩余氨水代替濃氨水補入反應槽，大大降低了對設備及管道的腐蝕。

3.3 液氣比的控制

增加液氣比可使傳質面迅速更新，同時可降低溶液中的H2S分壓差，提高氣液兩相間H2S的分壓差，以提高吸收推動力，有利于脫硫效率的提高。當液氣比達到一定程度后，脫硫效率不再明顯增加，反而會增加動力消耗。我廠單塔進料流量控制在1200m3/h。

3.4 再生空氣量與再生時間的控制

氧化1kgH2S的理論空氣量為2m3，在生產實踐中，由于浮選泡沫的需要，我廠單個再生塔的鼓風強度一般控制在1200m3/h。為保證再生反應的充分進行，再生時間控制在40min左右。

3.5 脫硫液中雙副鹽的控制

在脫硫催化再生過程中，會產生副反應，生成NH4CNS

和（NH4）2S203，當雙副鹽積累到一定程度時，會大大降低脫硫效率，因而必須定期排鹽，以降低整個系統中的鹽含量，我廠雙副鹽的含量控制在200g/L以下。

3.6 懸浮硫的控制

循環液中存在著單質硫必須提出。否則不僅會影響脫硫效率，而且會造成系統堵塞。從我廠的生產實踐來看，懸浮硫含量應控制在1.5g/L以下。

3.7 煤氣系統阻力的控制

脫硫塔采用2臺花環填料塔串聯操作。當整個脫硫系統阻力大于1500Pa時。即使工藝參數符合指標要求，也會因噴淋不均勻，造成吸收不完全，影響脫硫效果。

3.8 煤氣中雜質的控制

HPF氨法脫硫工藝要求進入脫硫塔的煤氣中焦油含量≤50mg/m3。我廠采取了以下措施：

3.8.1 控制好初冷后煤氣溫度

我廠橫管初冷器后煤氣溫度控制在18-21℃之間，在這個溫度下，煤氣中的大部分焦油和萘等雜質被冷凝下來，隨冷凝液進入機械化澄清槽[2]。

3.8.2 開好電捕焦油器

電捕焦油器在高壓電場作用下，煤氣中的焦油霧被捕集下來，進一步降低了煤氣中焦油的含量，為保證電捕焦油器的正常運行，定期用熱氨水或蒸汽清掃。

3.8.3 利用預冷塔

在預冷塔中，能夠進一步去除煤氣中的焦油和萘，因而，控制好預冷塔循環液噴灑溫度至關重要。我廠循環噴灑液溫度控制在28℃以下，同時用剩余氨水作為補充水，以降低噴灑液中的焦油含量。

3.9 催化劑的添加

催化劑在脫硫和再生過程中，均起很大作用。催化劑的添加方式直接影響到系統中催化劑濃度和均勻度。在生產過程中，我廠將催化劑的添加方式由每天添加一次催化劑改為定時添加，脫硫液中催化劑濃度變化較小，硫泡沫生成穩定。

實施步驟如下：①催化劑ZL的濃度由40ppm將至10ppm（圖1）;②揮發氨的濃度由12g/L將至2g/L左右（圖2）;③脫硫廢液外排量由每日50t降至35t左右;④加強預冷塔操作，將煤氣溫度控制在25℃，脫硫液溫度控制在28℃，同時預冷器阻力應控制在500Pa以下。

整理數據，總結優化經驗，得出結論：脫硫塔后H2S在試驗期間沒有明顯變化，由于吸收溫度比較低，脫硫效果仍然比較高（圖3）。

4 結論

在保證脫硫塔后，H2S小于100的情況下，催化劑ZL的濃度由40ppm將至10ppm，年耗催化劑由20t將至5t左右，僅此一項年節約成本約500萬元左右。揮發氨的濃度由12g/L將至2g/L左右，脫硫液的堿度降低有效的阻止了設備及管道的腐蝕程度，年節約成本約200萬元左右。脫硫廢液外排量由每日50t降至35t左右，一年減少外排量約5000t，大大較少了運輸成本，具有明顯的經濟效益和環保效益。經過以上工藝優化，年節約成本700萬元。

參考文獻：

[1]范伯云，李哲浩.焦化廠化產生產問題[M].北京：冶金工業出版社，1998.

[2]季廣詳，新建焦化廠的工藝選擇與環境保護[J].煤化工，2005，33（1）：28-33.

作者簡介：

孫治民（1982- ），男，漢族，遼寧本溪人，學士，2005年本科畢業于中南大學化學工程與工藝專業，工程師，現從事煤化工工藝方面工作。