煤化工行業脫硫工藝的優化研究

柴曹江

（冀中能源峰峰集團有限公司，河北 邯鄲 056000）

0 引 言

煤化工行業是能源化工領域的重要組成部分，其生產過程中會產生大量的硫化物，脫硫工藝的科學應用，是煤化工行業環境保護的關鍵措施，有效減少硫化物的排放，保護環境。尤其是在我國能源供應較為緊張的情況下，脫硫工藝的應用優勢也更為突出，但是相應脫硫技術在實踐操作中仍存技術難題，限制了技術作用的發揮。基于此，需積極探索煤化工行業脫硫工藝的優化策略，提高其工藝水平，消除技術操作中的缺陷及問題，促進整個行業的技術創新與進步。

1 煤化工行業脫硫工藝的應用優勢

1.1 環保優勢

在煤化工行業運行中，煤炭燃燒會產生二氧化硫等有害氣體，脫硫工藝可以有地效減少二氧化硫的排放，降低大氣污染物的排放量，改善空氣質量。而二氧化硫是酸雨的主要來源之一，脫硫工藝能夠減少二氧化硫的排放，從而減少酸雨對環境的危害。

1.2 經濟優勢

優化選擇適宜的脫硫工藝，可提高燃煤利用率，減少能源浪費，降低生產成本。經過脫硫工藝處理后的煤炭更加清潔，便于增強煤炭的市場競爭力，擴大煤炭的利潤空間。

1.3 技術優勢

現階段煤化工行業中可選擇及應用的脫硫工藝較多，具體包括濕法脫硫、干法脫硫、生物脫硫等多種技術，實際操作中應根據不同的燃煤條件、環境要求進行針對性選擇。

2 煤化工行業常用脫硫工藝

在煤化工行業實際運行階段，涉及多個生產工序及流程，而生產階段會形成大量廢氣，其中含有大量的硫化物，為了保護環境，就需要煤化工行業采取適宜、有效的脫硫工藝，減少廢氣中的硫化物排放。

目前，煤化工行業常用的脫硫工藝主要有濕法脫硫、干法脫硫及生物脫硫等，這些工藝在應用過程中具有一定的優勢與局限性，需根據實際情況進行選擇、優化。

2.1 濕法脫硫工藝

濕法脫硫工藝是通過在煙氣中噴淋石灰石漿液或石膏漿液，利用其中的堿性成分與二氧化硫發生化學反應，生成硫酸鈣或硫酸鈣水合物，將二氧化硫轉化為固體顆粒物，達到脫硫的目的。其中的石膏法應用中，需將空氣鼓入吸收塔的漿液中，促使亞硫酸鈣經過氧化反應轉變為石膏，整體脫硫率高，即使結垢及堵塞，也便于運用措施加以控制，脫硫效率較高，但是這種石膏法運用中的前期投資比重高，磨損腐蝕情況顯著，脫硫所產生的副產物石膏處理難度大。

氨法脫硫技術也屬于濕法脫硫中的一種，由于具有高效、低能耗的優勢，目前也在煤化工行業得到了廣泛應用，在技術操作中通常將氨作為吸收劑，對煤氣與煙氣中的氣體進行高效吸收，脫硫過程所依據的是氣液相反應，不僅反應速度較快，更便于提高吸收劑的利用效率，促使脫硫效果始終維持在較高水平。

隨著技術的創新發展，煤化工行業中可選擇的脫硫技術類型也在不斷增多，但是二氧化硫濃度、液氣比、吸收液濃度及煙氣流速等指標、因素，都會影響實際脫硫效率，尤其是pH 值，對脫硫效率的影響作用最為顯著，所選擇的脫硫劑不同，pH值也將隨之出現明顯變化，一旦該值高于預設標準，則可能導致堵塞與結垢等問題發生，脫硫劑運用能力、脫硫效率也會有所下降。

因此，在氨法脫硫技術應用中，也應對各項影響要素進行嚴格把控，對其工藝參數進行優化調整，以保證脫硫效率。

2.2 干法脫硫工藝

干法脫硫的本質是煙法脫硫，過程中涉及應用粒狀或粉狀的催化劑、脫硫劑，將煙氣中的硫化物氣體消除。

干法脫硫工藝是一種基于化學反應原理的脫硫技術，可利用固體脫硫劑去除煙氣中的硫化物，其工藝優勢在于，工藝操作簡單、便捷，基本不會出現污酸處理及污水等問題，脫硫過程中的能耗小，經過凈化后，煙氣溫度會明顯提高，便于通過煙囪進行排氣擴散，無“白煙”現象，無需進行二次加熱，腐蝕性不高。

為了改善干法脫硫工藝操作中的局限性，干法煙氣脫硫技術也得到了升級及優化，通過將生石灰消化、灰循環增濕有機結合，并根據脫硫需求進行一體化設計，可促使消石灰能夠快速進入到循環脫硫反應中，煙氣在反應器中也能夠保持高速流動狀態，脫硫副產物以干態為主，系統運行中基本無水產生，可運用氣力完成高質量輸送，脫硫后的煙氣也無需再進行加熱就能夠直接進行排放，脫硫效率較高。

2.3 生物脫硫工藝

生物脫硫工藝應用中，所依據的主要是循環流化床技術原理，屬于現代新型煙氣半干法脫硫工藝，通常將消石灰粉作為吸收劑，操作中直接向煙氣中噴灑工藝霧水，對煙氣中的酸性物質進行增濕、活化，而后運用干粉吸收劑進行多次循環，于吸收塔中與煙霧污染物之間進行接觸，并形成化學反應，將吸收劑與煙氣的接觸時間延長，高效完成脫硫工序，其產物一般為具有流動性質的干粉混合物，可有效消除二次污染問題，更便于進行綜合利用利用，但是該工藝更適宜在含硫量低于2%的條件下應用，能夠有效提升脫硫效率，一旦煤中的硫量超出這一標準，則需在爐中增設脫硫系統。因此，生物脫硫工藝具有較高的硫脫除效率，能夠適應各種煤化工生產條件，減少硫化物的排放，具有環保優勢，該工藝具有較高的靈活性、適應性，能夠根據實際情況進行調整與優化。

《公約》要求各締約國采取強有力的措施，保障舉報人的安全。但我國現有關于舉報人保護的法律規定過于原則，不利于保護舉報人。因此，亟需作出專門保護舉報人的如下規定:第一，在檢察機關、公安機關內部成立專門的舉報人保護機構并明確其職責;第二，完善對舉報人損害補償制度，應至少包括舉報人為舉報所支付的交通費、住宿費、生活費等相關費用。而且“對舉報人直接或間接損失的補償支出，應列入國家財政予以保障”。［13］

例如，硫氧化菌是一類能夠利用硫化合物作為能源的微生物，它們可以將二氧化硫氧化為硫酸鹽。在煤化工行業的生物脫硫工藝中，還可根據需求利用硫氧化菌對含硫廢氣進行處理，其工藝流程主要包括生物氧化池、生物濾池等環節，在生物氧化池中，硫氧化菌通過氧化反應將二氧化硫轉化為硫酸鹽，然后通過生物濾池等設備進行固液分離，最終得到含有硫酸鹽的固體產物。

硫氧化菌脫硫工藝具有操作簡單、能耗低、對環境友好等優點，但也存在著對廢氣硫化物濃度、溫度的要求較高等限制。

硫氧化菌脫硫是一種高效、經濟、環保的脫硫技術，適用于多種煤化工生產條件、含硫氣體濃度，在實際應用中需根據具體情況選擇合適的脫硫工藝、技術路線，加強該技術的研發與改進，提高其處理效率及應用范圍。

3 煤化工行業脫硫工藝的優化措施

3.1 優化工藝流程

（1） 應加強對原料煤的預處理，包括篩選與破碎。通過調整篩選設備的參數，確保原料煤的粒徑均勻，以提高脫硫效率。應引入先進的破碎設備，如沖擊式破碎機，減小原料煤的粒徑，使其更適合脫硫工藝的需求。還可選擇含硫量較低的原料煤，降低脫硫過程的難度、成本。在原料煤的預處理環節，通過破碎、篩選、洗煤等手段，去除雜質、低含硫量的部分，提高脫硫效率。

（2） 在脫硫過程中，使用高效的脫硫劑，如氧化鈣、氫氧化鈣等，以提高脫硫效果，合理安排各工序的順序，實現資源的充分利用，提高整個工藝流程的效率；最后，根據原料煤的含硫量、具體類型，選擇合適的脫硫劑，提高脫硫效果、效率。常見的脫硫劑包括石灰石、活性炭、氫氧化鈣等，具體應根據實際情況進行選擇。

為了對煤化工脫硫工藝的應用效果進行分析，對河北邯鄲某焦化廠的煙氣凈化系統進行改造，在總煙道內增加一套干法脫硫劑噴射系統，在噴射系統后對布袋除塵裝置進行改造，采用低壓脈沖布袋除塵裝置更換原有的除塵袋，同時系統中增加加熱爐和增壓風機，在煙道的入口處均設置了偏流板，用于保證入口處煙氣氣流的最大速度偏差在5%以內，防止氣流紊亂導致的脫硫效率下降。通過對油畫前后廢氣監測，優化前SO2的排放濃度約為58 mg/m3，優化后排放濃度約為20 mg/m3。

優化前后出口SO2濃度變化情況如圖1 所示。

圖1 優化前后出口SO2 濃度變化情況Fig.1 Change of outlet SO2 concentration before and after optimization

3.2 設備優化

在煤化工行業脫硫工藝中，設備的選型對于工藝的效率及能耗有著重要影響：

（1） 應選擇耐腐蝕、耐磨損、高效率的設備，如噴霧干燥脫硫塔、吸附塔、氧化再生器等，確保設備的能耗較低，基于自動化控制功能，提高整個脫硫階段的穩定性及可靠性，保證脫硫效果。

（2） 設備的適配性考慮也十分重要，需考慮設備的適應性，包括對不同廢氣成分的適應性、對操作參數變化的適應性等，以確保設備在不同工況下都能夠保持良好的處理效果。設備使用期間也要加強定期檢查及維護，確保設備保持正常、穩定運行，進一步延長設備的可使用壽命。

（3） 積極研發新型設備，如自動化、智能化的脫硫設備，實現對操作參數的精確控制與實時監測，以提高整個脫硫過程的自動化程度、可靠性。

3.3 優化工藝參數

工藝參數對脫硫效果具有重要影響，在優化工藝參數時，應考慮原料煤的性質、脫硫劑的種類與濃度、溫度、接觸時間等因素。由于脫硫過程涉及到化學反應，反應溫度對反應速率和效果有顯著影響，通過實驗確定最佳反應溫度，并嚴格控制工藝過程中的溫度。

不同反應溫度對應脫硫效率對比見表1。

表1 不同溫度對應的脫硫效率Table 1 The desulfurization efficiency corresponding to the different temperatures

由表1 可見，隨著脫硫液反應溫度的增加對應脫硫效率先增大后減小，其對應的拐點溫度為40℃。因此，綜合考慮應將脫硫液反應溫度控制在40 ℃為最佳。

相對的，脫硫溶液在設備中的循環時間決定著脫硫效果，循環時間越長，脫硫效果越好，但同時也增加了能耗，應根據實際情況，通過實驗確定最佳循環時間。除此之外，應建立完善的監控系統，實時監測工藝過程中的各項參數，如溫度、壓強、溶液pH 值等。根據監測數據，及時調整工藝參數，確保脫硫效率。同時建立反饋機制，及時收集及處理工藝過程中的問題，優化工藝流程。

3.4 加強對先進脫硫技術的探索應用

隨著煤化工行業的發展，脫硫的工藝要求也在逐步提高，為了切實解決脫硫過程中的難題，就需積極應用先進的脫硫技術，實現高效、高選擇性的脫硫，以保證整體脫硫效率。如電子束輻射法脫硫技術，是新型的脫硫技術，能夠利用高能電子束對氣體和液體進行照射，使硫化物發生化學反應，生成無害的物質，這種方法具有較高的脫硫效率，適用于高濃度、高污染物的處理，在煤化工行業中，可利用電子束輻射法對轉化后的氣體進行深度處理，減少污染物的排放；膜分離法則是一種新型的分離技術，可利用膜的孔徑大小選擇性地分離氣體中的組分，其優勢在于具有較高的選擇性、分離效率，適用于各種濃度的硫化物脫除。

在煤化工行業中，可利用膜分離法對煙氣和轉化后的氣體進行后處理，減少污染物的排放，同時降低處理成本。

因此，脫硫工藝的優化及選擇中，都應結合煤化工行業的具體情況及處理需求，選擇更為適合的脫硫技術，綜合考慮技術的經濟性、可行性、安全性等因素，確保技術的順利實施與長期運行。此外，還可通過優化工藝流程、強化設備管理、加強運行管理等措施，進一步提高脫硫效率、降低處理成本，減少環境污染問題。

4 結 語

綜上所述，煤化工行業在運行及發展中，都應明確脫硫工藝所發揮的作用，不僅要結合實際情況，選擇適宜的脫硫技術，更需采取措施對工藝流程、工藝參數等方面進行優化，增強脫硫工藝的實用性，以符合煤化工行業的高標準要求，在降低投入成本的同時，對環境進行保護，以推動煤化工行業的現代化、持續性發展。