張永杰 王錯磊
（河南平煤神馬節能科技有限公司）
摘要：論述了焦爐煤氣干法脫硫和濕法脫硫的工藝流程和優缺點，著重介紹了京寶焦化公司焦爐煤氣濕法脫硫的工藝流程和操作要點，闡述了高效吸收器在脫硫過程中的應用和工作原理，總結了高效吸收器的技術特點和使用效果。通過對脫硫塔進口的高效吸收器系統進行優化升級，增加了脫硫塔脫硫效率的穩定性,避免了因脫硫液脫硫效果降低而影響煤氣質量，穩定了后續工段的生產。新型高效吸收器在焦爐煤氣脫硫中的應用不僅具有顯著的經濟效益,而且具有巨大的環保意義。
關鍵詞：高效吸收器；預處理；環保技術；節能降耗
0 引言
在國內目前的化工生產中，氣液兩相或氣液固三相之間的傳質、傳熱、洗滌、物理吸收大多都是利用各式各樣的填料,通過填料強大的比表面來加強氣液兩相或氣液固三相之間的接觸,從而完成它們之間的傳質、傳熱、洗滌等物理或化學過程，也有采用特殊的塔器來加強兩相之間的接觸（如板式塔盤、鼓泡器、噴頭等）。無論采用何種形式,其最終的目的就是要加強氣液兩相的充分接觸，只有兩相之間充分接觸了，才能更好地完成它們之間的物理或化學反應過程[1-4]。
京寶焦化公司通過對脫硫塔進口進行改進優化，加裝高效吸收器，有效地對進口焦爐煤氣 進行了預處理，從而間接地增加了氣液兩相的充分接觸。
1 國內現存煤氣脫硫方法及優缺點
焦爐煤氣脫除硫化氫的方法有很多種，可分為干法和濕法兩種。
干法脫硫根據采用的脫硫劑的不同，分為氫氧化鐵法、活性炭法等，因為氫氧化鐵法所用的脫硫劑來源比較容易，所以在焦化行業中應用較多。其優點在于脫硫工藝技術簡單,成熟可靠,能夠更高程度的脫除硫化氫氣體，脫除硫化氫的同時還能脫除氤化氫、氮氧化物及焦油霧等雜質，能夠使煤氣達到很好的凈化程度，因此常使用于精細脫硫生產工藝；但其存在設備笨重、生產工藝占地面積大、更換脫硫劑時工人勞動強度大、失效脫硫劑處理成本較高且處理困難等缺點。總之，干法脫硫通常適用于煤氣要求凈化程度比較高或煤氣處理量比較小的焦爐煤氣脫硫工藝中，目前此方法在全國仍得夠到一定的應用[5]。濕法脫硫按照其反應的方式的不同，一般可分為吸收法和氧化法,吸收法為物理反應,氧化法為化學反應。京寶焦化公司煤氣脫硫生產工藝采用的就是濕法脫硫中的氧化法。濕法脫硫氧化法的優點是流程簡單，處理煤氣量大，在脫除硫化氫的同時也能脫除氧化氫，脫硫與脫硫劑再生均能連續進行，勞動強度小，脫硫效率高,能直接回收脫硫產品，此種脫硫工藝技術得到廣泛應用;其缺點在于生產過程中會產生一定量濃鹽水,通常所產生的濃鹽水處理難度大，給后續污水處理帶來了不小的壓力。但是，京寶焦化公司脫硫工藝所產生的濃鹽水直接輸送到洗煤廠用于洗煤,既節省了洗煤所用的一次水用量，又處理了濃鹽水，同時又給污水處理廠減輕了生產壓力[6-9]。
2 京寶焦化焦爐煤氣濕法脫硫工藝
濕法脫硫系統由以下設備組成:脫硫塔、噴射再生槽、貧液槽、高效吸收器、富液泵、貧液泵、水封桶何。其工藝流程如圖1所示。
來自洗脫苯工段的粗煤氣,正常生產時進入高效吸收器與貧液泵來的貧液順流高速混合，吸收煤氣中45%以上的硫化氫，氣液混合后進入脫硫塔底部進口的煤氣總管，在總管內實現氣液分離，氣體從塔內填料層與塔頂循環泵來的貧液逆流接觸，吸收煤氣中的HCN和HqS，凈化后煤氣經塔頂除霧層分離出液體,經塔頂進入凈化器總管送后序工段；高效吸收器來的脫硫液同塔內填料層下來的脫硫液相互混合，經塔底液相管線進入富液泵然后送入噴射再生槽。
吸收了硫化氫氣體的脫硫液從塔底引出，經液封槽流入循環槽。循環槽內的溶液由循環泵送經加熱器(夏季則為冷卻)后送入再生塔底部，同時由空氣壓縮機送來的壓縮空氣被鼓入再生塔底部，富液中處于還原態的脫硫劑，即可再生為氧化態，再生后的溶液(貧液)經液位調節器，返回脫硫塔循環使用。
在脫硫塔內析出的少量硫泡沫將在循環槽內不斷積累，為使硫泡沫能隨溶液進入循環泵，在槽頂部和底部分別設置溶液噴頭，噴射自泵出口引出的高壓溶液以打破泡沫和攪拌溶液。在循環槽內積累的硫泡沫也可放入收集槽，由此用壓縮空氣壓入硫泡沫槽。
研究發現大量的硫泡沫是在再生塔內生成的，并飄浮于塔頂擴大部分。由此利用位差自流入硫泡沫槽即硫泡沫攪拌器中，經過澄清分層后，清液經放液器送往循環槽，硫泡沫放至真空過濾機進行過濾處理,轉化為硫膏;濾液經真空除沫器后返回循環槽。硫膏經漏嘴放入硫熔釜，使用蒸汽間接加熱，使硫變為熔融態并與硫渣相互分離。熔融硫放入用蒸汽夾套保溫的分配器，由此以細流放至皮帶輸送機上，并用冷水噴灑冷卻，于皮帶輸送機上經脫水干燥后的硫磺產品卸至儲存槽，然后包裝入庫，進行銷售。
脫硫過程中所消耗的純堿需要進行補充。在堿液槽配制好的堿液，使用堿液泵送至高位槽，間歇或連續的送入循環槽內。在脫硫液不斷循環使用過程中，當硫氤酸鈉及硫代硫酸鈉等副鹽的濃度積累到一定程度時，會導致脫硫效率降低而影響整個系統正常操作，應抽取部分濃鹽液去提取硫氤酸鈉和硫代硫酸鈉。
2.1 濕法脫硫的主要工藝操作要點
(1) 當粗煤氣進入脫硫塔的溫度較低時，脫硫反應速度過慢,過高時會增加副反應速度，造成操作困難。因此，煤氣進入脫硫塔的溫度在30~40℃最為合適。
(2) 脫硫液的PH值適宜控制在8.0 ~ 9. 0之間，PH值較低時會導致反應速度緩慢，PH值高時會增加副反應，影響脫硫效率,增大堿液的消耗，并且使硫在脫硫塔內析出速度過快，從而易造成堵塔現象的發生。
(3) 脫硫塔溶液溫度比煤氣溫度高3 ~5℃較為理想，其取決于整個脫硫系統水平衡的需要，這樣能夠使系統中多余的水分被煤氣帶走，保障系統穩定，特別是在提取濃鹽溶液中的硫氤酸鈉和硫代硫酸鈉等副鹽時更為重要。
(4) 脫硫液中的硫氤酸鈉和硫代硫酸鈉含量總和大于250 g/L時，會使脫硫反應速率迅速降低，嚴重影響脫硫系統的正常運行，造成操作條件惡化，這時必須對脫硫濃鹽溶液的兩個副產品進行提取處理。
(5)脫硫液中各組分的理化指標任何時候均應該符合國家規定要求,否則會帶來脫硫系統不穩定，工況惡化,給生產操作增加困難，產品質量不能得到保證。
2.2 高效吸收器工作原理及應用創新點
2.2.1 工作原理2
來自洗苯工段的煤氣進入微型高效吸收器，氣體自上而下進入吸收器，吸收液由泵打入，在吸收器內經特殊的脫硫液噴灑裝置，可實現脫硫吸收液與焦爐煤氣逆向對撞接觸，達到充分有效乳化混合，使傳統的氣-液兩相通過傳質介質的接觸轉變為氣-氣兩相直接接觸。從而使氣-液接觸表面積更大，而且這些接觸表面不斷地得到迅速更新，達到高效傳質效果；氣-液反應后再通過反應器中特殊的分離裝置加強氣液兩相的徹底分離。該技術已經得到了焦化企業廣泛地實際應用,通過加強對焦爐煤氣的預先優化處理，最大程度地脫除了焦爐煤氣中的硫化氫氣體。
2.2.2創新點
(1) 創新點一：采用現代尖端傳質技術和脫硫液再生技術，使用多功能高效吸收器脫硫技術，能、快速高效地脫除焦爐煤氣中的硫。該技術是中國平煤神馬集團京寶焦化公司近年來依據濕法脫硫反應機理,以及濕法脫硫在大型工業化裝置生產中存在的諸多疑難問題而研制開發的新一代濕式氧化法脫硫技術；該技術為國內領先的節能、環保新工藝技術，打破了傳統濕法脫硫的工藝模式；對于如何提高氣液兩相的接觸效率,京寶焦化公司的技術人員依據氣液兩相之間的物理與化學過程機理，研究開發的適合于氣液兩相或氣、液、固三相之間任何物理或化學過程的多功能高效吸收器。其最大特點是工藝簡潔、流程簡單、占地面積小、投資費用低、運行費用低、溶液副反應極低。
(2) 創新點二：該技術降低了回爐煤氣中的硫化物和氤氫化物含量,從而降低了煙道廢氣氨水噴灑量，降低了氨水循環泵的負荷，節省了近20%的耗電量，節約了煙道廢氣處理成本。同時，最大限度地降低了焦爐回爐煤氣廢氣排放中的有害物質含量。多功能高效吸收器安裝在脫硫塔工段之前，對進入脫硫塔的焦爐煤氣預先進行充分的脫硫處理，能有效地脫除焦爐煤氣中的CO2、SO2、HCI、NH3、HCN以及H2S，高效吸收器單級使用脫硫效率可達35% -50%。不僅降低了化產后續精脫硫工段的生產壓力與負荷，而且降低了回爐煤氣中硫化物和氤氫化物含量，從而降低了焦爐回爐煤氣廢氣排放中的有害物質含量,優化了空氣質量指數,實現達標排放，保護環境。
(3)創新點三:該技術提高了原料煤氣的質量，減輕了焦爐煤氣制LNG生產脫硫工段的壓力，有效延長了脫硫塔脫硫催化劑的使用周期，為公司節能降耗提供了保障，降低了生產成本。多功能高效吸收器對焦爐煤氣中硫氤化合物的有效吸收，不僅降低了回爐煤氣中的有害物質含量，而且為后續液化天然氣生產脫硫工段提供預脫硫作用。焦爐煤氣制液化天然氣對原料焦爐煤氣的指標要求非常嚴格，特別是對硫化物和氤氫化合物含量的控制尤為嚴格，多功能高效吸收器的投用從源頭降低了氮硫化合物的含量，保證了生產的高效穩定的運行,提高了經濟效益。
2.3 高效吸收器在脫硫工藝中的應用及技術特點
目前，在實際應用中，該技術的脫硫效果十分顯著。其技術特點包括:(1)脫硫液硫容高，是傳統脫硫硫容的5~10倍；(2)同等工況下，脫硫液循環量是常規設計的1/10 ~ 1/5； (3)脫硫效率高。單級使用脫硫效率可達35% ~50%；(4)設備體積小，結構簡單，投資少，占地面積小；(5)氣液接觸時間極短，不足1s；(6)大大減輕了脫硫裝置的再生系統和動力系統的負荷；(7)可單獨用于粗脫硫，也可與傳統脫硫塔進行串聯使用；(8)使用范圍廣泛，不僅用于脫硫，而且適合于任何氣液兩相之間的物理或化學過程(如脫除CO2、SO2、HCI、NH3以及傳熱、洗滌、降溫、吸收等等物理過程)；(9)所需泵的揚程較低，高于氣相壓力約0.1 MPa，即可滿足生產需要。因此，與傳統的空塔噴淋塔相比，有十分明顯的優勢，適合推廣。
高效吸收器脫硫裝置現已正式運行，焦爐煤氣量已恢復到60 000 Nm3/h左右，目前在焦爐煤氣中H2S含量為4 000 ~ 5 500 mg/Nm3的情況下，出口硫化氫可控制在30 mg/Nm3以下。運行效果的具體數據見表1。
3 結論
通過在濕式氧化法煤氣脫硫塔進口加裝高效吸收器，對進口焦爐煤氣進行了有效地預處理，降低了脫硫塔的脫硫壓力，減少了脫硫液循環量，降低了能源消耗，提高了脫硫效率，優化了焦爐煤氣質量，節約了生產成本，同時提高了生產效率。該技術的應用不僅具有顯著的環保意義，而且實現了節能降耗的目的。
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