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焦炉气脱硫技术交流

日期:2020-03-13    来源:冶金焦化

国际节能环保网

2020
03/13
14:22
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关键词: 焦炉烟气脱硫 脱硫技术 脱硫方法

   焦炉煤气是宝贵的资源,作为工业或民用燃料,是一种清洁能源,具有较高的热值;作为化工原料气,可生产甲醇或二甲醚等。在炼焦过程中原料煤中约30%~35%的硫转化成H2S等硫化物,与NH3和HCN等一起形成煤气中的杂质,H2S和HCN具有很强的腐蚀性、毒性,在空气中含有0.1%的H2S就能使人致命。焦炉煤气若不脱除H2S会严重腐蚀设备;作为民用燃料会污染环境,损害人身健康;作为冶金燃料使用时则会严重影响钢铁产品与化工产品的质量;作为原料气生产甲醇会严重的影响合成触媒的使用寿命,同时在燃烧时会产生大量的二氧化硫等有害物质,污染大气,严重时会形成酸雨。
  一、焦炉气脱硫值得关注的几个问题
  焦炉气脱硫,经过几十年的发展形成了一些传统流程,该流程具有流程简单、易操作、生产稳定和建设投资低的优点,在多年的焦化生产中发挥了重要的作用。最近几年,随着焦化技术的不断进步,为了达到更好的脱硫效果,很多厂在实际运行中有了些变化,这些变化应该说还是值得借鉴的。
  1.1、脱硫塔的设置
  对于焦炉气脱硫由于进口H2S含量一般都很高,从几克到几十克每标方不等。在脱硫工程设计时一般都设计成双系统即可并联操作、亦可串联运行。双脱硫塔并联操作时,脱硫系统阻力小,单塔负荷低不容易堵塔。但脱硫效率不如双塔串联运行时高。考虑到焦炉气入口硫化氢较高,脱硫装置最好采用双塔串联的运行方式。
  从不断提高脱硫效率的角度来考虑,尤其是焦炉气制甲醇要求出口小于20g/m3,焦化厂脱硫也应该采用串联流程,为了克服塔阻力和塔堵的问题。脱硫塔的喷淋密度应大于40m3/m2·h,同时加强硫泡沫的浮选、降低悬浮硫含量等来减少堵塔的几率。
  另外,前塔可以尝试空塔喷塔(即采用高效雾化喷头取代轻瓷填料),后塔采用空塔喷淋+填料的复合型塔(即脱硫塔的中、下段采用高效雾化喷头、空塔喷淋,上段使用填料)的科学组合方式。目前这种组合方式已广泛的应用在化肥行业,具有工作硫容大、溶液循环量小,脱硫效率高,系统压降小等诸多优点,效果十分理想。我想这也可作为今后焦炉煤气脱硫发展的方向,不过由于焦炉气成分复杂,脱硫液比较脏,所以采用空塔喷淋堵塞问题还需要解决。
  1.2、高塔再生和喷射再生
  目前焦炉气脱硫的再生采用高塔再生和喷射再生两种方式。这两种方式各有特色。其区别如下
  1、高塔再生采用空压机提供的压缩空气,需要动力。压缩送风相对稳定,液位、泡沫溢流可以自动控制,由于比较高认为操作不是太方便,但有很多厂增加了视频监控系统后,操作起来比以前方便多了。
  再生槽再生采用喷射器自吸空气,再生槽再生占地面积稍大一些,高度低,不需要空压机,节省了空压机的动力消耗。
  2、高塔再生只有循环泵,贫液从再生塔顶靠位压头自流到脱硫塔内。而再生槽再生需要贫液泵和富液泵,单从动力消耗上来讲,再生槽再生比高塔再生动力消耗要大些。
  3、再生效果
  从我个人来看,喷射再生更便于观测再生、溢流状况,稍优于高塔再生,很多厂再生后贫液悬浮硫能达到0.2g/L以下,这在焦化行业属领先水平。
  4、投资方面
  高塔再生占地面积小,但设备投资较大。喷射再生,设备投资相对较小。
  当然喷射再生时喷射器易发生硫堵而影响吸空气量,造成再生槽内硫泡沫时好时坏,日常需要维护检修。具体采用那种再生方式,可根据厂家的实际情况考虑。
  1.3、调整初冷温度,加强脱硫预净化。
  由于初冷的操作温度高,使煤气中的焦油和萘等不能在初冷工序中回收下来,使焦油和萘在流程中后移,造成后续工序的严重污染,很多厂脱硫液严重的发黄,影响脱硫效率的同时也影响了硫磺质量。因此,初冷温度必须降到尽可能低的程度使其保持≤22OC,并确保电扑焦电器正常工作,使煤气中的焦油状的物质得到充份净化,萘的含量也降低,防止其在横管预冷器中冷却时形成堵塞,导致被迫停运清扫或冷却效果降低。
  1.4、脱硫系统低温化
  焦炉煤气中的氨和硫化氢在气相中并未发生化学反应,但一旦进入液相则立即发生化学反应,形成新的化合物。硫化氢溶于水,其溶解度决定于溶液温度,温度降低则硫化氢的溶解度增高,换句话说硫化氢的吸收是放热反应,且在溶液中H2S的浓度<5%时,气液相的H2S平衡受亨利定律pH2S=HC支配,
  式中PH2S—平衡时,液体表面H2S的分压,×10-6mmHg
  H—亨利系数,×10-6mmHg
  C—单位体积溶液中H2S的摩尔分数
  而亨利系数的大小取决于温度如下表,且随温度的升高而升高。
  温  度,℃       0         5        10       15       20        25       30       40
  亨利系数H:0.203   0.239   0.278   0.321   0.367   0.414   0.463   0.566
  可见,欲提高H2S的吸收推动力,降低吸收温度是最有效的措施之一
  当然提高液相的碱度提也能有效降低液相表面的PH2S。
  在没有煤气预冷塔的情况下,进入脱硫塔的煤气温度高达30~35℃,有专家计算过如温度能控制在22℃~25℃,氨含量可提高3~5g/L,H2S的解离度提高近30%。所以,脱硫系统中不设置煤气预冷却设备导致脱硫效率低下的教训,要得到重视。
  1.5、脱硫工段的位置
  考虑到对传统净化流程的改造和脱硫工艺的选择,很多厂煤气净化脱硫位置为:初冷器→电捕焦油器→ 鼓风机→中间冷却器→脱硫→洗苯塔→间接终冷塔流程说明: 1、初冷器选用横管冷却器,并设有轻质焦油喷洒洗萘装置,用低温水冷却,保证集合温度为22℃左右。这项工艺操作对后流程的打通,关系十分密切。2、为保证脱硫温度,在脱硫塔前,必须设有煤气冷却装置,确保脱硫的低温吸收。     目前很多厂考虑到煤气流程中温度梯度的合理性,采用了负压操作工艺。
  初冷器 →洗苯塔→电捕焦油器→脱硫塔→鼓风机→硫氨塔→脱硫
  全负压脱硫与上述流程的对比
  1、由于脱硫工序后置,前面设置了洗苯、电捕焦油器等设备减轻了煤气中夹带的焦油、苯、萘等有机杂质,提高了苯、萘、焦油的回收率。
  2、温度变化控制合理。煤气经初冷器冷凝降温,即使再经过洗苯、洗萘、除油、除尘等处理,温度低于30℃,满足氨法脱硫要求的吸收温度。脱硫后充分利用了鼓风机的压缩热能,将煤气温度提升至48℃--58℃,又满足了硫铵生产50℃左右最佳操作温度,系统温度实现自动控制,煤气无须再经历预冷和预热的两次换热处理,减少了水、电消耗以及剩余氨水循环降温过程的氨损失,既节能又降耗。
  3、降低了投资和运行费用。由于不再使用对脱硫煤气降温的预冷塔、剩余氨水冷却器、循环冷却氨水换热器、循环冷却氨水泵和对硫铵的煤气预热器等设备。
  二、 主要工艺参数的控制
  2.1、脱硫温度
  温度对吸收反应、再生反应、生成副盐的反应及硫泡沫的浮选都会产生较大的影响,这是原理所决定的。
  脱硫塔进口煤气温度:力争≤30℃,液温要比气温高2—5℃。
  应设有溶液换热器,冬季时换热器走蒸汽,用于加热脱硫液。在夏季时,换热器走冷却水而移走脱硫液的热量。
  2.2 、溶液成份的控制
  脱硫液中氨的浓度应保持在10—12g/L。
  副盐含量(Na2S2O3+ NaCNS)≤250 g/L
  2.3、 再生空气量的控制
  高塔再生时,控制再生塔的鼓风强度在80~130 m3/m2·h,再生槽再生时根据再生情况可在60~100 m3/m2·h之间调整。
  2.4、煤气中焦油雾含量≤20mg/m3,萘≤0.4mg/m3。随焦炉煤气夹带的焦油、奈及初苯的洗油等杂质进入脱硫液中都会对脱硫系统产生不利的影响。催化剂活性下降,吸收效果变坏。使再生出的硫泡沫浮选困难,悬浮硫高,黏附在填料上会使塔阻力升高。因此必须严格控制初冷器温度及除萘效果,保证电捕正常工作,控制好洗苯工况、严禁夹带洗油等。
  随着环保的重视,焦炉煤气脱硫的地位越来越高,希望通过不段的优化调整,使整个系统能实现经济、高效率、长周期稳定运行。
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