李忠彥

（云南煤業(yè)能源股份有限公司）

摘要：針對(duì)云南煤業(yè)能源股份有限公司安寧分公司（以下簡(jiǎn)稱：云煤能源安寧分公司）焦化AS脫硫法后的焦?fàn)t煤氣硫化氫含量≤500mg/m³的情況，研究采用濕法PDS+栲膠一塔式脫硫再生工藝對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行二次脫硫改進(jìn)，使一塔式脫硫再生塔出口焦?fàn)t煤氣硫化氫含量低于20mg/m³，取得了良好的社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t煤氣；脫硫；脫硫再生塔

1  引言

在煉焦過程中，煤中硫分大約30%進(jìn)入了煤氣系統(tǒng)，使焦?fàn)t煤氣中含有4～10g/m³的硫化氫。含有硫化氫的煤氣作為燃料燃燒時(shí)，會(huì)生成大量硫化物和氮氧化物，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染^[1]。昆鋼焦化廠現(xiàn)有6m頂裝焦?fàn)t二座，焦炭產(chǎn)能100萬噸，分別投產(chǎn)于1994年、2002年，配套建設(shè)的煤氣凈化裝置采用AS法脫硫，凈化后煤氣含 H₂S≤500mg/m³（2013年實(shí)際平均值為460 mg/m³）。因焦?fàn)t煤氣熱值高，CO含量低，云煤能源安寧分公司利用一部分焦?fàn)t煤氣返回3#、4#焦?fàn)t進(jìn)行加熱，其它外供用戶使用。根據(jù)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16171-2012）》要求焦?fàn)t煙囪SO₂排放含量必須：≤50mg/m³，《人工煤氣標(biāo)準(zhǔn)（GB13612-2006》）中H₂S含量必須≤20mg/m³，焦化廠在使用自產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣對(duì)焦?fàn)t加熱時(shí)，現(xiàn)有的AS法脫硫后的煤氣H₂S含量指標(biāo)完全不能滿足要求。

為解決上述問題，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，我廠采用了一塔式脫硫再生塔對(duì)AS法脫硫后的焦?fàn)t煤氣進(jìn)行濕法脫硫改造，進(jìn)行二次脫硫，取得了較好的效果。

2  濕法PDS+栲膠脫硫原理

濕法脫硫是以堿性溶液（碳酸鈉溶液或氨水）進(jìn)行化學(xué)吸收，包括改良蒽醌二磺酸鈉法（改良ADA法）、栲膠法、PDS法、HPH法等^[2]，AS法煤氣脫硫是以焦?fàn)t煤氣中的氨為堿源的濕式吸收法脫硫工藝，一般洗氨塔后煤氣含H₂S≤500mg/m^3[3]。對(duì)于AS法煤氣脫硫后H₂S≤500mg/m³的焦?fàn)t煤氣，云煤能源安寧分公司采用濕法PDS+栲膠脫硫工藝方法進(jìn)行二次脫硫改造，使焦?fàn)t煤氣H₂S含量≤20mg/m³。

該法在PDS+栲膠催化劑作用下，以Na₂CO₃作為堿源實(shí)現(xiàn)脫硫目的，總反應(yīng)方程式 ：2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O

1）脫硫原理

對(duì)于無機(jī)硫：H₂S+Na₂CO₃ → NaHS + NaHCO₃

對(duì)于有機(jī)硫：RSH + Na₂CO₃ → RSNa + NaHCO₃

2）再生原理

對(duì)于無機(jī)硫：NaHS + ½O₂ → S + NaOH

對(duì)于有機(jī)硫：2RSNa + ½O₂  + H₂O → RSSR + 2NaOH

3）脫HCN原理

首先，HCN與NaHS在氧化條件下反應(yīng)，生成NaSCN,方程式如下：

4CN^- + 4HS^- + O₂ → 4SCN^- + 2H₂O

然后，NaSCN發(fā)生水解，生成NaHS和NH₄HCO₃，由于NaHS可以在再生步驟生成硫磺，而NH₄HCO₃具有良好的水溶性得以去除，從而實(shí)現(xiàn)了HCN的脫除，反應(yīng)方程如下：2SCN^- + 6H₂O → 2HS^- + 2NH₄HCO₃

3  一塔式脫硫再生塔濕法脫硫工藝

3.1   工藝流程

AS法脫硫后的焦?fàn)t煤氣從脫硫再生塔塔底進(jìn)入，自下而上與塔頂噴淋下來的脫硫液逆流接觸以吸收煤氣中的H₂S，吸收了H₂S、HCN的脫硫液從塔底自流至反應(yīng)槽反應(yīng)，然后再利用脫硫液循環(huán)泵送至脫硫再生塔上部再生段，脫硫液循環(huán)過程中根據(jù)檢測(cè)溫度值通過冷卻器將脫硫液溫度保持在35℃左右，到達(dá)再生塔頂?shù)拿摿蚋灰和ㄟ^自吸式噴射器與空氣接觸，進(jìn)行氧化再生，再生溶液自流到脫硫段噴灑脫硫，脫硫液與焦?fàn)t煤氣充分接觸反應(yīng)，吸收煤氣中H₂S，反應(yīng)脫硫后煤氣中H₂S含量小于20mg/m³，煤氣送至各用戶。從脫硫再生段溢流出的硫泡沫送至舊有熔硫系統(tǒng)。事故槽用于開工或檢修貯存脫硫液，溶堿槽用于適時(shí)補(bǔ)充堿液，地下放空槽用于脫硫液放空，整體過程見如下工藝圖1。

圖 1 焦?fàn)t煤氣二次脫硫工藝流程

3.2   工藝特點(diǎn)

(1) 采用一級(jí)一塔式脫硫，工藝流程簡(jiǎn)化，使煤氣脫硫和脫硫液再生兩級(jí)工藝合二為一，與傳統(tǒng)的脫硫塔+再生塔工藝相比，占地面積小，減少工藝設(shè)備及管道，在設(shè)計(jì)中，脫硫再生塔直徑5000mm,塔高42890mm,塔體全為S30408不銹鋼制作，耐脫硫液腐蝕，節(jié)約工程投資；

(2) 脫硫塔采用高效且比表面積大的新型花環(huán)填料，接觸面積大，耐腐蝕，利于脫硫焦?fàn)t煤氣與脫硫液充分接觸反應(yīng)；

(3) 采用鈉法為堿源脫除煤氣中的硫化氫，脫硫再生塔頂尾氣無污染物排放，不需要尾氣處理，環(huán)境友好。

(4)PDS+栲膠脫硫工藝，在栲膠存在下，H₂S脫除率大于96%，有機(jī)硫脫除率大于40%，HCN脫除率在90%以上。脫硫過程中，在PDS催化劑作用下，使煤氣中的H₂S轉(zhuǎn)化為硫磺，HCN分解為NH₃和CO₂。

(5）PDS催化劑反應(yīng)性高，催化劑應(yīng)用濃度低，用量少，脫硫液中一般只需1～3ppm就能生效，降低用戶PDS使用量，有效降低了使用成本。

3.3   脫硫再生塔工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

焦?fàn)t煤氣最大處理量：5萬m³/h

煤氣溫度：≤35℃

進(jìn)口煤氣H₂S含量：≤500mg/m³

出口煤氣中H₂S含量：≤20mg/m³

脫硫液循環(huán)量：600m³/h

脫硫塔內(nèi)噴灑脫硫液溫度：35℃

塔徑：Ф5000mm

填料：聚丙烯花環(huán)填料Ф89mm×Ф45mm×3mm

云煤能源安寧分公司煤氣鼓風(fēng)機(jī)額定壓力為18kPa,運(yùn)行中最高出口壓力為13.9KPa,終冷塔、脫硫塔、1#洗氨塔、2#洗氨塔和洗苯塔五塔阻力設(shè)計(jì)值為1.5KPa，要求出氣壓力不能低于5KPa，這樣13.9-1.5×5-5=1.4KPa。從以上數(shù)據(jù)可以得出，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過一塔式脫硫再生塔允許的最大阻力1.4KPa，實(shí)際設(shè)計(jì)中，該脫硫再生塔采用大塔徑，減少系統(tǒng)阻力，設(shè)計(jì)阻力值為≤1kPa。

4   改造前后情況

4.1  指標(biāo)對(duì)比

焦?fàn)t煤氣二次脫硫后，對(duì)一塔式脫硫再生塔出口焦?fàn)t煤氣含量與AS脫硫法工藝中的脫硫塔出口焦?fàn)t煤氣硫化氫含量經(jīng)過8天進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)行對(duì)比，由表1可知，焦?fàn)t煤氣二次脫硫后，煤氣中H₂S含量值平均小于10m/gm³，與設(shè)計(jì)要求的脫硫再生塔后H₂S含量≤20mg/m³相比較，效果更加良好。

表1 H₂S含量檢測(cè)結(jié)果比較  mg/m³

由于PDS催化劑的高效性，HCN轉(zhuǎn)化非常完全，HCN分解為NH₃和CO₂，實(shí)際生產(chǎn)中很難檢測(cè)到CN^-的存在。

4.2  效果及成本情況

一塔式脫硫再生塔脫硫工藝是在原有焦化AS法脫硫工藝的基礎(chǔ)上，在后序煤氣系統(tǒng)上再采用濕法脫硫工藝（PDS+栲膠）對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行深度濕法脫硫處理，焦?fàn)t煤氣經(jīng)AS法脫硫和PDS+栲膠法兩道工藝脫硫后，其煤氣中H₂S含量從≤500mg/m³降至≤20mg/m³。脫硫后的焦?fàn)t煤氣可實(shí)現(xiàn)SO₂減排約96%，環(huán)境效益顯著，從而為改善項(xiàng)目所在區(qū)域的大氣環(huán)境質(zhì)量做出了貢獻(xiàn)。

根據(jù)當(dāng)?shù)氐脑牧虾蛣?dòng)力供應(yīng)情況，按照煤氣處理量5萬m³/h計(jì)算，每年耗Na₂CO³需要消328t,PDS+栲膠脫硫催化劑1.01t，綜合各種原材料和動(dòng)力成本，一塔式脫硫再生塔處理單位煤氣總成本為70.46元/萬m³煤氣，經(jīng)營成本220.72萬元，處理單位煤氣經(jīng)營成本為50.39元/萬m³煤氣。

5  結(jié)語

(1)一塔式脫硫再生塔脫硫工藝是在原有焦化AS法脫硫工藝的基礎(chǔ)上，在后序煤氣系統(tǒng)上再采用濕法PDS+栲膠工藝對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行深度脫硫處理，焦?fàn)t煤氣經(jīng)AS法脫硫和PDS+栲膠濕法兩道工藝脫硫后，其煤氣中H₂S含量≤500mg/m³降至H₂S含量≤20mg/m³，滿足了用戶要求。脫硫后的焦?fàn)t煤氣可實(shí)現(xiàn)SO₂減排約96%，環(huán)境效益顯著，從而為改善項(xiàng)目所在區(qū)域的大氣環(huán)境質(zhì)量做出了貢獻(xiàn)。

(2)一塔式脫硫再生塔綜合了脫硫塔+再生塔的功能，占地面積小，對(duì)焦?fàn)t煤氣處理量大，采用大塔經(jīng)，系統(tǒng)阻力小，工藝簡(jiǎn)單，大大降低了投資建設(shè)成本，在類似焦?fàn)t煤氣脫硫中值得推廣使用。

(3)一塔式脫硫再生塔脫硫效率主要取決于脫硫液再生效果，在生產(chǎn)操作中，應(yīng)注意觀察脫硫液顏色、密度、含油情況的變化，能很好的監(jiān)控脫硫再生系統(tǒng)的運(yùn)行情況，根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)節(jié)脫硫液循環(huán)量、溶液再生量，Na₂CO₃、PDS、栲膠等用量，使二次脫硫后H₂S含量指標(biāo)在滿足≤20mg/m³情況下波動(dòng)范圍更小。

參考文獻(xiàn)

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