張永杰 王錯(cuò)磊
（河南平煤神馬節(jié)能科技有限公司）
摘要：論述了焦?fàn)t煤氣干法脫硫和濕法脫硫的工藝流程和優(yōu)缺點(diǎn)，著重介紹了京寶焦化公司焦?fàn)t煤氣濕法脫硫的工藝流程和操作要點(diǎn)，闡述了高效吸收器在脫硫過(guò)程中的應(yīng)用和工作原理，總結(jié)了高效吸收器的技術(shù)特點(diǎn)和使用效果。通過(guò)對(duì)脫硫塔進(jìn)口的高效吸收器系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，增加了脫硫塔脫硫效率的穩(wěn)定性,避免了因脫硫液脫硫效果降低而影響煤氣質(zhì)量，穩(wěn)定了后續(xù)工段的生產(chǎn)。新型高效吸收器在焦?fàn)t煤氣脫硫中的應(yīng)用不僅具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,而且具有巨大的環(huán)保意義。
關(guān)鍵詞：高效吸收器；預(yù)處理；環(huán)保技術(shù)；節(jié)能降耗
0 引言
在國(guó)內(nèi)目前的化工生產(chǎn)中，氣液兩相或氣液固三相之間的傳質(zhì)、傳熱、洗滌、物理吸收大多都是利用各式各樣的填料,通過(guò)填料強(qiáng)大的比表面來(lái)加強(qiáng)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(zhì)、傳熱、洗滌等物理或化學(xué)過(guò)程，也有采用特殊的塔器來(lái)加強(qiáng)兩相之間的接觸（如板式塔盤、鼓泡器、噴頭等）。無(wú)論采用何種形式,其最終的目的就是要加強(qiáng)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(xué)反應(yīng)過(guò)程[1-4]。
京寶焦化公司通過(guò)對(duì)脫硫塔進(jìn)口進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，加裝高效吸收器，有效地對(duì)進(jìn)口焦?fàn)t煤氣 進(jìn)行了預(yù)處理，從而間接地增加了氣液兩相的充分接觸。
1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)存煤氣脫硫方法及優(yōu)缺點(diǎn)
焦?fàn)t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(jù)采用的脫硫劑的不同，分為氫氧化鐵法、活性炭法等，因?yàn)闅溲趸F法所用的脫硫劑來(lái)源比較容易，所以在焦化行業(yè)中應(yīng)用較多。其優(yōu)點(diǎn)在于脫硫工藝技術(shù)簡(jiǎn)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(shí)還能脫除氤化氫、氮氧化物及焦油霧等雜質(zhì)，能夠使煤氣達(dá)到很好的凈化程度，因此常使用于精細(xì)脫硫生產(chǎn)工藝；但其存在設(shè)備笨重、生產(chǎn)工藝占地面積大、更換脫硫劑時(shí)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、失效脫硫劑處理成本較高且處理困難等缺點(diǎn)?？傊煞摿蛲ǔ＿m用于煤氣要求凈化程度比較高或煤氣處理量比較小的焦?fàn)t煤氣脫硫工藝中，目前此方法在全國(guó)仍得夠到一定的應(yīng)用[5]。濕法脫硫按照其反應(yīng)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(yīng),氧化法為化學(xué)反應(yīng)。京寶焦化公司煤氣脫硫生產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，處理煤氣量大，在脫除硫化氫的同時(shí)也能脫除氧化氫，脫硫與脫硫劑再生均能連續(xù)進(jìn)行，勞動(dòng)強(qiáng)度小，脫硫效率高,能直接回收脫硫產(chǎn)品，此種脫硫工藝技術(shù)得到廣泛應(yīng)用;其缺點(diǎn)在于生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量濃鹽水,通常所產(chǎn)生的濃鹽水處理難度大，給后續(xù)污水處理帶來(lái)了不小的壓力。但是，京寶焦化公司脫硫工藝所產(chǎn)生的濃鹽水直接輸送到洗煤廠用于洗煤,既節(jié)省了洗煤所用的一次水用量，又處理了濃鹽水，同時(shí)又給污水處理廠減輕了生產(chǎn)壓力[6-9]。
2 京寶焦化焦?fàn)t煤氣濕法脫硫工藝
濕法脫硫系統(tǒng)由以下設(shè)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(lái)自洗脫苯工段的粗煤氣,正常生產(chǎn)時(shí)進(jìn)入高效吸收器與貧液泵來(lái)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(jìn)入脫硫塔底部進(jìn)口的煤氣總管，在總管內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣體從塔內(nèi)填料層與塔頂循環(huán)泵來(lái)的貧液逆流接觸，吸收煤氣中的HCN和HqS，凈化后煤氣經(jīng)塔頂除霧層分離出液體,經(jīng)塔頂進(jìn)入凈化器總管送后序工段；高效吸收器來(lái)的脫硫液同塔內(nèi)填料層下來(lái)的脫硫液相互混合，經(jīng)塔底液相管線進(jìn)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(jīng)液封槽流入循環(huán)槽。循環(huán)槽內(nèi)的溶液由循環(huán)泵送經(jīng)加熱器(夏季則為冷卻)后送入再生塔底部，同時(shí)由空氣壓縮機(jī)送來(lái)的壓縮空氣被鼓入再生塔底部，富液中處于還原態(tài)的脫硫劑，即可再生為氧化態(tài)，再生后的溶液(貧液)經(jīng)液位調(diào)節(jié)器，返回脫硫塔循環(huán)使用。
在脫硫塔內(nèi)析出的少量硫泡沫將在循環(huán)槽內(nèi)不斷積累，為使硫泡沫能隨溶液進(jìn)入循環(huán)泵，在槽頂部和底部分別設(shè)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(huán)槽內(nèi)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(fā)現(xiàn)大量的硫泡沫是在再生塔內(nèi)生成的，并飄浮于塔頂擴(kuò)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(jīng)過(guò)澄清分層后，清液經(jīng)放液器送往循環(huán)槽，硫泡沫放至真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾處理,轉(zhuǎn)化為硫膏;濾液經(jīng)真空除沫器后返回循環(huán)槽。硫膏經(jīng)漏嘴放入硫熔釜，使用蒸汽間接加熱，使硫變?yōu)槿廴趹B(tài)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(xì)流放至皮帶輸送機(jī)上，并用冷水噴灑冷卻，于皮帶輸送機(jī)上經(jīng)脫水干燥后的硫磺產(chǎn)品卸至儲(chǔ)存槽，然后包裝入庫(kù)，進(jìn)行銷售。
脫硫過(guò)程中所消耗的純堿需要進(jìn)行補(bǔ)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(xù)的送入循環(huán)槽內(nèi)。在脫硫液不斷循環(huán)使用過(guò)程中，當(dāng)硫氤酸鈉及硫代硫酸鈉等副鹽的濃度積累到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致脫硫效率降低而影響整個(gè)系統(tǒng)正常操作，應(yīng)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(diǎn)
(1) 當(dāng)粗煤氣進(jìn)入脫硫塔的溫度較低時(shí)，脫硫反應(yīng)速度過(guò)慢,過(guò)高時(shí)會(huì)增加副反應(yīng)速度，造成操作困難。因此，煤氣進(jìn)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(shí)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速度緩慢，PH值高時(shí)會(huì)增加副反應(yīng)，影響脫硫效率,增大堿液的消耗，并且使硫在脫硫塔內(nèi)析出速度過(guò)快，從而易造成堵塔現(xiàn)象的發(fā)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(gè)脫硫系統(tǒng)水平衡的需要，這樣能夠使系統(tǒng)中多余的水分被煤氣帶走，保障系統(tǒng)穩(wěn)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(shí)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(shí)，會(huì)使脫硫反應(yīng)速率迅速降低，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成操作條件惡化，這時(shí)必須對(duì)脫硫濃鹽溶液的兩個(gè)副產(chǎn)品進(jìn)行提取處理。
(5)脫硫液中各組分的理化指標(biāo)任何時(shí)候均應(yīng)該符合國(guó)家規(guī)定要求,否則會(huì)帶來(lái)脫硫系統(tǒng)不穩(wěn)定，工況惡化,給生產(chǎn)操作增加困難，產(chǎn)品質(zhì)量不能得到保證。
2.2 高效吸收器工作原理及應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)
2.2.1 工作原理2
來(lái)自洗苯工段的煤氣進(jìn)入微型高效吸收器，氣體自上而下進(jìn)入吸收器，吸收液由泵打入，在吸收器內(nèi)經(jīng)特殊的脫硫液噴灑裝置，可實(shí)現(xiàn)脫硫吸收液與焦?fàn)t煤氣逆向?qū)ψ步佑|，達(dá)到充分有效乳化混合，使傳統(tǒng)的氣-液兩相通過(guò)傳質(zhì)介質(zhì)的接觸轉(zhuǎn)變?yōu)闅?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(dá)到高效傳質(zhì)效果；氣-液反應(yīng)后再通過(guò)反應(yīng)器中特殊的分離裝置加強(qiáng)氣液兩相的徹底分離。該技術(shù)已經(jīng)得到了焦化企業(yè)廣泛地實(shí)際應(yīng)用,通過(guò)加強(qiáng)對(duì)焦?fàn)t煤氣的預(yù)先優(yōu)化處理，最大程度地脫除了焦?fàn)t煤氣中的硫化氫氣體。
2.2.2創(chuàng)新點(diǎn)
(1) 創(chuàng)新點(diǎn)一：采用現(xiàn)代尖端傳質(zhì)技術(shù)和脫硫液再生技術(shù)，使用多功能高效吸收器脫硫技術(shù)，能、快速高效地脫除焦?fàn)t煤氣中的硫。該技術(shù)是中國(guó)平煤神馬集團(tuán)京寶焦化公司近年來(lái)依據(jù)濕法脫硫反應(yīng)機(jī)理,以及濕法脫硫在大型工業(yè)化裝置生產(chǎn)中存在的諸多疑難問題而研制開發(fā)的新一代濕式氧化法脫硫技術(shù)；該技術(shù)為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的節(jié)能、環(huán)保新工藝技術(shù)，打破了傳統(tǒng)濕法脫硫的工藝模式；對(duì)于如何提高氣液兩相的接觸效率,京寶焦化公司的技術(shù)人員依據(jù)氣液兩相之間的物理與化學(xué)過(guò)程機(jī)理，研究開發(fā)的適合于氣液兩相或氣、液、固三相之間任何物理或化學(xué)過(guò)程的多功能高效吸收器。其最大特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)潔、流程簡(jiǎn)單、占地面積小、投資費(fèi)用低、運(yùn)行費(fèi)用低、溶液副反應(yīng)極低。
(2) 創(chuàng)新點(diǎn)二：該技術(shù)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(huán)泵的負(fù)荷，節(jié)省了近20%的耗電量，節(jié)約了煙道廢氣處理成本。同時(shí)，最大限度地降低了焦?fàn)t回爐煤氣廢氣排放中的有害物質(zhì)含量。多功能高效吸收器安裝在脫硫塔工段之前，對(duì)進(jìn)入脫硫塔的焦?fàn)t煤氣預(yù)先進(jìn)行充分的脫硫處理，能有效地脫除焦?fàn)t煤氣中的CO2、SO2、HCI、NH3、HCN以及H2S，高效吸收器單級(jí)使用脫硫效率可達(dá)35% -50%。不僅降低了化產(chǎn)后續(xù)精脫硫工段的生產(chǎn)壓力與負(fù)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?fàn)t回爐煤氣廢氣排放中的有害物質(zhì)含量,優(yōu)化了空氣質(zhì)量指數(shù),實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，保護(hù)環(huán)境。
(3)創(chuàng)新點(diǎn)三:該技術(shù)提高了原料煤氣的質(zhì)量，減輕了焦?fàn)t煤氣制LNG生產(chǎn)脫硫工段的壓力，有效延長(zhǎng)了脫硫塔脫硫催化劑的使用周期，為公司節(jié)能降耗提供了保障，降低了生產(chǎn)成本。多功能高效吸收器對(duì)焦?fàn)t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(zhì)含量，而且為后續(xù)液化天然氣生產(chǎn)脫硫工段提供預(yù)脫硫作用。焦?fàn)t煤氣制液化天然氣對(duì)原料焦?fàn)t煤氣的指標(biāo)要求非常嚴(yán)格，特別是對(duì)硫化物和氤氫化合物含量的控制尤為嚴(yán)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(chǎn)的高效穩(wěn)定的運(yùn)行,提高了經(jīng)濟(jì)效益。
2.3 高效吸收器在脫硫工藝中的應(yīng)用及技術(shù)特點(diǎn)
目前，在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)的脫硫效果十分顯著。其技術(shù)特點(diǎn)包括:(1)脫硫液硫容高，是傳統(tǒng)脫硫硫容的5~10倍；(2)同等工況下，脫硫液循環(huán)量是常規(guī)設(shè)計(jì)的1/10 ~ 1/5； (3)脫硫效率高。單級(jí)使用脫硫效率可達(dá)35% ~50%；(4)設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，占地面積小；(5)氣液接觸時(shí)間極短，不足1s；(6)大大減輕了脫硫裝置的再生系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)的負(fù)荷；(7)可單獨(dú)用于粗脫硫，也可與傳統(tǒng)脫硫塔進(jìn)行串聯(lián)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(xué)過(guò)程(如脫除CO2、SO2、HCI、NH3以及傳熱、洗滌、降溫、吸收等等物理過(guò)程)；(9)所需泵的揚(yáng)程較低，高于氣相壓力約0.1 MPa，即可滿足生產(chǎn)需要。因此，與傳統(tǒng)的空塔噴淋塔相比，有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，適合推廣。
高效吸收器脫硫裝置現(xiàn)已正式運(yùn)行，焦?fàn)t煤氣量已恢復(fù)到60 000 Nm3/h左右，目前在焦?fàn)t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(yùn)行效果的具體數(shù)據(jù)見表1。
3 結(jié)論
通過(guò)在濕式氧化法煤氣脫硫塔進(jìn)口加裝高效吸收器，對(duì)進(jìn)口焦?fàn)t煤氣進(jìn)行了有效地預(yù)處理，降低了脫硫塔的脫硫壓力，減少了脫硫液循環(huán)量，降低了能源消耗，提高了脫硫效率，優(yōu)化了焦?fàn)t煤氣質(zhì)量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。該技術(shù)的應(yīng)用不僅具有顯著的環(huán)保意義，而且實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。
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