脫硫再生塔在焦爐煤氣脫硫系統中的應用研究

陳郭鑫

（山西焦化集團有限公司，山西 臨汾 041600）

0 引言

山西焦化集團公司5 號、6 號搗固焦爐為2×55孔TJL5550D 型復熱式搗固焦爐，設計焦炭產量為110 萬t/a，配套獨立的煤氣凈化裝置，處理能力為5.4萬m3/h。5 號、6 號焦爐產生的焦爐煤氣由配套的二化產煤氣系統負責凈化處理。其中，煤氣脫硫裝置采用以氨為堿源的HPF 法脫硫工藝，脫硫系統原設計共有3 座脫硫塔，各塔串聯進行三級脫硫。后期因生產規模擴大，對配煤比及結焦時間進行了調整，5號、6 號搗固焦爐煤氣量達到5.5～7.0 萬m3/h，平均煤氣量為6.5 萬m3/h 左右，煤氣硫化氫含量高達12 g/m3以上，煤氣量及硫化氫含量均超過設計值。正常生產運行期間，3 個脫硫塔同時運行，才能保證硫化氫含量達標并滿足下游用戶的使用要求。因不具備單塔檢修條件，每年脫硫系統停工檢修一次，脫硫系統停工檢修期間出廠焦爐煤氣硫化氫超標，嚴重影響下游用戶生產使用。另外，通過這幾年的系統運行狀況及檢修情況來看，原有3 臺脫硫塔存在脫硫液循環量不足的情況，影響脫硫效果。基于以上原因，對脫硫系統進行優化改造。焦化廠二化產作業區焦爐煤氣脫硫系統優化改造項目于2018 年3 月15 日下發項目經理責任書正式啟動，2019 年3 月20 日開始施工，2020 年5 月13 日完成項目交工驗收。2020 年6月12 日，系統開始注水添加脫硫劑，6 月15 日，系統投焦爐煤氣，轉入試生產階段，7 月15 日正式投入生產使用。

1 優化改造內容

1）對原有10 臺貧富液泵進行改型更換，額定流量由1 200 m3/h 提高至1 500 m3/h。提高了原有3 臺脫硫塔的脫硫液循環量及處理能力。

2）新增1 臺脫硫塔、再生塔及配套的空壓站、硫泡沫槽和泡沫泵等，將煤氣中的硫化氫質量濃度脫至250 mg/m3以下，并回收硫磺。新建脫硫塔投用后，具備3 塔運行、1 塔檢修的條件。

2 試生產階段存在的主要問題

因高塔再生工藝在本廠屬于第一次應用，無相關的參考數據，因此，在試生產期間出現了許多問題。

1）再生塔硫泡沫含水較大，泡沫偏稀。試生產期間，再生塔頂液位調節器開度按照50%控制，再生塔實際液位在4.8 m 左右。經過一段時間的運行發現，再生塔頂溢流出的硫泡沫較多，泡沫槽內硫泡沫含水較大，連續取硫泡沫樣送檢，含水質量分數均在80%～85%，與預期硫泡沫含水質量分數在80%以內存在較大偏差。

2）空壓風流量控制不穩定，硫泡沫溢流間斷。試生產期間，4 號再生塔空壓風流量按照設計要求控制在2 200 m3/h 左右，硫泡沫溢流不穩定，存在溢流中斷的問題。并且，再生塔硫泡沫溢流還存在周期性的突發狀況，每10～12 h 就會出現一次硫泡沫“爆發式”溢流。溢流期間，大量稀硫泡沫涌入硫道，瞬間填滿硫道。如果泡沫槽液位偏高，還會造成泡沫槽冒槽事故。

3）脫硫塔捕霧段沖洗時，再生塔硫道滿水。試生產期間，脫硫塔阻力增長至0.8 kPa。對脫硫塔捕霧段進行了沖洗，按照沖洗方案先打開捕霧段DN200 沖洗閥門，后逐步關閉入脫硫塔貧液管道DN700 閥門，隨著入脫硫塔貧液閥門的逐步關閉，入脫硫塔貧液循環量逐步降低。期間，入再生塔富液量增大，系統液位控制不平衡，造成再生塔液位突然升高，脫硫液夾帶大量硫泡沫瞬間進入泡沫槽，造成泡沫槽冒槽事故。

3 解決方案

針對以上存在的問題，通過現場排查并查閱設計方案，制定了相應的管控措施及調整方案。

1）針對再生塔硫泡沫含水較大，泡沫偏稀的問題，主要通過調節再生塔液位調節器進行調節。先后將液位調節器開度調整為40%、30%、20%和10%進行試驗，通過一段時間的試驗運行，最終將液位調節器開度調整為10%進行控制。液位調節器在10%開度下可保證一定的硫泡沫層厚度，硫泡沫含水質量分數在80%以內，平均值可以控制到70%左右，具體試驗數據見表1。

表1 液位調節器開度與硫泡沫含水的關系

2）對于空壓風流量控制不穩定的問題，主要對再生塔空壓風流量進行調整試驗，先將空壓風流量降低至2 000 m3/h、1 800 m3/h 和1 600 m3/h 進行試驗。通過一段時間的運行，最終將空壓風流量確定為1 600 m3/h 左右運行，在該流量下再生塔硫泡沫溢流穩定，再未出現過“爆發式”溢流。如果空壓風流量控制偏低，會影響脫硫富液中硫泡沫的再生，具體試驗數據見表2。

表2 空壓風流量與硫泡沫溢流情況的關系

3）對于脫硫塔捕霧段沖洗時再生塔硫道滿水的問題，結合項目單體試車時的相關記錄，對脫硫塔捕霧段沖洗方案進行了修改，明確了沖洗捕霧段前將脫硫液循環量降低至600 m3/h，后期對脫硫塔捕霧段進行沖洗。采用此方案后，再未出現再生塔硫道滿水事故，并將沖洗方法在崗位操作規程中完善、固化。

4 相關工藝參數控制

通過試生產期間的摸索和調試，4 號脫硫塔系統運行良好，出工段硫化氫指標穩定。現對整個高塔再生工藝的相關控制方法和要求進行進一步總結。

4.1 脫硫塔脫硫液循環量的控制

按照焦爐煤氣的發生量及時調節，煤氣流量在6 萬m3/h 以下時，循環量可降低至1 200 m3/h 左右。如果煤氣流量在6 萬m3/h 以上時，應及時將脫硫液循環量提高至1 500 m3/h 左右。否則，將會造成煤氣中的硫化氫吸收不充分、不完全，進而影響出工段硫化氫指標穩定。

4.2 脫硫塔空壓風流量的控制調節

空壓風流量的控制[1-2]應結合煤氣流量、泡沫含水情況總體考慮。正常生產期間，如果煤氣流量在6 萬m3/h 以下，可適當降低空壓風流量至1 200 m3/h。如果煤氣流量在6 萬m3/h 以上，應控制空壓風流量在1 600 m3/h 以上。如果硫泡沫含量較大，可適當降低空壓風流量。另外，還需要關注空壓風壓力，空壓風壓力應不低于0.5 MPa。如果壓力偏低，將會影響脫硫富液中硫泡沫的再生效果。

4.3 脫硫液質量的控制

正常生產期間，脫硫液中脫硫劑的質量濃度應控制在50 mg/L 左右。如果煤氣流量超過6.5 萬m3/h，應相應增加脫硫劑的添加量，將脫硫劑質量濃度提高至100 mg/L 左右。但脫硫劑的濃度也不應過高，否則，將會對脫硫液中副鹽的濃度產生一定影響，造成副鹽濃度偏高，進一步影響脫硫吸收效果。脫硫液中的揮發氨質量濃度應控制在3 g/L 以上，揮發氨濃度偏低，脫硫塔內硫化氫的吸收效率降低，會造成出工段硫化氫指標異常，脫硫液中揮發氨的濃度補充采用蒸氨塔濃氨水來補充，化驗濃度偏低時應及時將濃氨水切入。脫硫液中的副鹽主要有硫代硫酸銨和硫氰酸銨，該副鹽會隨著脫硫反應的進行逐漸升高，而且該反應屬于不可逆的化學反應，一旦產生，很難通過化學方法消除。所以，在日常生產中需要重點關注該部分副鹽的含量，一旦副鹽質量濃度超過250 g/L，應立即對脫硫液進行置換。

4.4 煤氣溫度的控制

應將脫硫塔內的煤氣溫度控制在30～35 ℃。為保證煤氣溫度在控制范圍內，必須保證預冷塔的正常運行，預冷塔后煤氣溫度應控制在30 ℃左右。

4.5 循環脫硫液溫度的控制

應將循環脫硫液的溫度控制在35～40 ℃。為保證循環脫硫液的溫度，應定期對循環脫硫液換熱器進行疏通清理。為保證夏季脫硫液的溫度在指標內，應使用換熱面積在250 m2以上的換熱器。

4.6 預冷后煤氣質量的控制要求

為最大限度地去除煤氣中的焦油和萘，必須保證電捕焦油器和初冷器正常操作。否則，會引起催化劑中毒，嚴重影響脫硫效率。

5 結語

通過調整工藝參數并實施相關措施，4 號脫硫塔系統運行穩定，出工段硫化氫指標達標，徹底解決了之前每年脫硫系統進行一次全面停工檢修造成出工段硫化氫超標的問題。同時，將相關的操作經驗和方法固化到了崗位操作規程，為后續的脫硫系統操作提供了可靠的依據。