HPF法脫硫技術在本鋼焦化廠的應用

【摘要】焦爐煤氣中的硫化氫是一種非常有害的物質，在煤氣使用前必須將其除掉。本文詳細介紹了HPF法脫硫原理。從堿源及工藝等方面考慮，并結合廠實際情況，選擇了HPF法作為本鋼焦化廠脫硫工藝。該工藝投入運行后，運行效果良好。

【關鍵詞】焦爐煤氣 脫硫 HPF 工藝

【中圖分類號】V268.7【文獻標識碼】A【文章編號】1009-8585(2011)05-0-02

焦爐煤氣作為工業原料，燃燒時其中的H2S會變成SO2，對人體和設備危害極大，嚴重污染環境。另外，在各種加熱爐加熱的過程中，這些有害物對鋼材的質量有顯著的不利影響。因此，在焦化廠中設置焦爐煤氣脫硫裝置是十分必要的，不僅可以提高煤氣質量，同時還可生產硫磺或硫酸，具有較高的經濟效益和社會效益。

1 HPF氨法脫硫

HPF脫硫方法是中國科技人員在不斷總結國內已有的脫硫方法的基礎上，由鞍山焦耐院與無錫焦化廠自行研制開發的以氨為堿源，采用HPF新型高效復合催化劑從焦爐煤氣中脫硫的新工藝。

該法是以焦爐煤氣中的氨為堿源，以對苯二酚、PDS（酞菁鈷磺酸鹽）、硫酸亞鐵為復合催化劑進行脫硫的。

HPF催化劑脫硫是一種液相催化氧化反應，與其它催化劑相比，它不僅對脫硫過程而且對再生過程均有催化作用（脫硫過程是整個過程的控制步驟）。因而HPF較其它催化劑具有較高的活性和流動性（減緩了設備和管道的堵塞）。另外，在運行時脫硫液中鹽類積累速度緩慢，脫硫廢液量較其它脫硫工藝要少，因此HPF脫硫廢液的處理就簡便了，可直接回兌煉焦用煤中，在炭化室進行熱解，勿需單獨建處理裝置。國內外有關此方面的研究表明:含銨鹽的脫硫廢液兌入煉焦用煤后，對焦炭質量影響極小，其鹽類在焦爐炭化室內熱裂解而產生的H2S，絕大部分轉入焦爐煤氣中，僅有極少部分與焦碳起反應，因此焦碳含硫量增加很少，一般僅為0.03～0.05%，焦碳強度和耐磨性檢測不出明顯變化；而NH4CNS的積累沒有影響。總之，HPF法是一種操作簡單、無污染 、投資少的含銨鹽廢液處理方法。

2 HPF法脫硫工藝在本鋼焦化廠的具體實施

2.1 HPF脫硫工藝的選擇及與AS脫硫工藝的優化組合

本鋼焦化廠原有煤氣凈化系統采用AS法脫硫工藝處理焦爐煤氣，但自1995年投產以來，凈煤氣中的H2S含量居高不下，遠遠超出國家環保和工業用戶對煤氣的質量要求，已經影響到本鋼后續工序的生產及產品質量。2004年，焦化廠為配合本鋼整體生產規模擴大，需要增加焦炭生產能力，進而煤氣處理能力不足，需要新建一套10萬m3/h煤氣處理能力的煤氣凈化系統。選擇何種煤氣脫硫工藝，能夠有效地提高煤氣脫硫效率？

通過學習和參考大量文獻及同行業的生產經驗，深入研究各種脫硫工藝的反應機理，對比分析其優缺點，綜合考慮工程占地、脫硫效率、投資成本等因素，立足焦化廠的實際情況，我們認為選擇HPF法是最合適的，具有其它脫硫方法不可比擬的優越性。而且，我廠根據 AS法和HPF法各自的工藝特點，揚長避短，將兩種脫硫工藝有效優化組合，全面改善我廠的凈煤氣質量，完善了HPF法在我廠的應用。其工藝描述如下:

荒煤氣中的氨通過水洗氨配套蒸氨以濃氨水的方式產出，一方面作為氨源補充進HPF脫硫系統中，另一方面送到一回收AS煤氣凈化系統中的貧液中，這樣使得 AS法脫硫蒸氨系統貧液中的游離氨和H2S、CO2等酸性組份的解吸得到強化。解吸后貧液中的游離氨通過HPF送來的濃氨水進行補充，既保證煤氣脫硫所需的氨含量，同時又減少了貧液中H2S組份的蒸汽壓，煤氣中H2S脫除率得以提高。另外HPF煤氣中氨的回收通過濃氨水的形式補充到貧液后，隨富液送至AS的蒸氨系統，經解吸形成氨氣進而轉化為硫銨產品，有效地減少了HPF法的工程占地。兩種工藝組合工藝流程如圖所示:

2.2 HPF法堿源的選擇

基本工藝確定后，脫硫用堿源的選擇是首先需要確定的。在煉焦過程中，煤中約30％～35％的硫轉化成H2S等硫化物，與NH3和HCN等一起形成煤氣中的雜質，焦爐煤氣中H2S的含量一般為5g/m3～8g/m3。要脫除H2S必須采用有堿性的脫硫液或脫硫劑，通常堿源可分為兩類:

(1)外加堿源如改良ADA法需不斷向脫硫液（劑）中補充堿源，才能保持其堿度。

(2)利用煤氣中的氨作為堿源如AS循環洗滌法利用煤氣中的氨作為堿源。

顯然，利用煤氣中的氨作為堿源是最為經濟的，它不需要外購碳酸鈉、氫氧化鈉等堿源，既回收了煤氣中的氨，又利用其脫除硫化氫，并且產生的脫硫廢液易處理，具有工藝合理性和運行經濟性，因此，我廠將煤氣中的氨作為HPF法脫硫的堿源。

2.3 催化劑的選擇

通過對不同脫硫催化劑進行研究對比，我廠選擇了ZL催化劑，既可以簡化調配催化劑的過程，又使整個生產操作更易控制。

2.4 脫離設備的選擇

脫硫設備的選擇對脫硫系統的穩定、脫硫效率的高低，至關重要。綜合考慮工程投資及運行費用，我廠選擇了碳鋼設備進行重防腐的方案，既滿足了生產工藝的需求，又降低了工程投資。

a、脫硫塔

碳鋼制造，再作重防腐，填料選用輕瓷填料降低了設備自重，節省了投資，同時，輕瓷填料又具有阻力小、接觸面積大的特點，減輕了煤氣增壓系統的負荷。

b、再生塔

再生塔采用碳鋼塔，作重防腐處理。底部的預混噴嘴，經特殊設計易使脫硫液與再生塔空氣充分混合，再生效果良好。

c、熔硫設備

綜合考慮北方氣候和操作環境，選用熔硫釜進行熔硫，不但可以改善環境，而且硫磺純度也較高，硫膏含硫達80％以上。

2.5 脫硫廢液處理

脫硫產生的廢液，由于富含SCN-、S2O32-及各種酚、氰，不允許直接排放。經過實踐探索、研究，目前我廠選擇了將脫硫廢液送至貯煤場與煤混合，然后再送到焦爐加熱分解。

2.6 投產后運行情況及分析

2004年11月19日HPF一期投產，初期系統的運行數據表明:將兩種工藝優化組合，各項指標達到了預期效果，調研結果顯示可以清楚地發現， AS系統、HPF系統煤氣中的H2S含量也分別達到了400mg/m3和20 mg/m3以下，創造了焦化廠歷史上煤氣質量最好水平。證明了選擇HPF法煤氣凈化工藝是正確的，并且與AS系統的工藝優化是成功的。

2005年9月，HPF二期工程投產，運行兩年后，我們發現脫硫后凈煤氣中H2S含量完全可以達到200 mg/m3（設計值）以下，脫硫效果相對顯著。

鑒于HPF法脫硫效果相對良好，我廠現已將一回收AS脫硫工藝改造為HPF脫硫工藝，而且與8#、9#焦爐配套的煤氣凈化系統也采用了此工藝。

3 結語

從HPF法脫硫技術在本鋼焦化廠的應用來看，此法投資少，運行費用低，脫硫效果顯著；但其所存在的較大缺陷是硫磺產品收率低，品位不高，硫渣含硫高且處理不當易產生二次污染問題。但是，我們相信，通過大批科技人員長期不懈的努力，焦化廠的煤氣脫硫技術會不斷完善，不斷提高，日趨成熟。

參考文獻

[1]邵紅英.淺淡焦爐煤氣HPF氨法脫硫工藝[J].河北冶金，2000，6:32`34.

[2]方蔚，朱學初.HPF氨法脫硫工藝的開發[J].煤氣與熱力，1998，18，4:10`13

[3]鐘錦明，董天和，氨法HPF焦爐煤氣脫硫工藝的開發[J].燃料與化工，1997，3:152`156

[4]張巨水.焦化廠焦爐煤氣脫硫脫氰工藝的選擇[J].煤化工，1999，4:21～23

[5]Wakker J.P.，Gerritsen A. W.，and Moulijn J. A.， High temperature hydrogen sulfide and carbonyl sulfide removal with manganese oxide (MnO) and iron oxide (FeO) on gamma.-alumina acceptors[J].Ind.Eng.Chem Res，1993，32:139`149.

[6]Wakker J.P.Research on Desurfurization[J].Preprint Division of Fuel Chemistry of ACS，1990，35，1:179.