試論高硫煤煉焦過程的脫硫技術

【摘 要】以有機硫為主的高硫煤，洗選后精煤硫份比原煤更高。焦煤中的硫份只有 30%-50%經裂解進入煤氣中，大部分硫殘留在焦炭中，根據硫份在焦炭中的位置，可將脫硫技術分為入爐前脫硫，焦化過程脫硫和煤氣脫硫三個階段過程，本文主要探討了高硫煤入焦爐前物理、化學法脫硫，焦化過程高溫加氫（焦爐煤氣）脫硫工藝和煤氣中硫元素回收利用進行最終脫硫。

【關鍵詞】焦煤入爐前脫硫；碳化過程加氫脫硫；回收煤氣脫硫

1.焦煤入焦爐前脫硫

1.1無機硫的脫除

無機硫脫除一般以物理法為主，它主要以硫鐵礦和硫酸鹽的形態存在于煤的夾層中，以地質結合為主，由于國內原煤洗選工藝一般以脫灰為主，原煤中無機硫的脫除率一般在40%左右，如將原煤洗選粒度降至一定程度，硫鐵礦的脫除率可大幅提高，因此只要將部分洗煤設備和工藝加以改進，即可有效的提高無機硫的脫除效率，目前，國內外已有成熟的設備，通過優化洗選工藝，脫除原煤中的硫鐵礦。它工藝可靠，脫除效率高、投資省、運行成本低，已得到洗煤行業的高度重視，一些專業的洗煤廠商已將脫除無機硫做為設計重點，主要采用重力法、浮選法、磁選法等幾種工藝。

重力法是按煤和硫鐵礦比重差異進行脫硫，這是目前焦煤脫硫的主要手段，使用重介質旋流器可以實現低密度，高精度的分選，分選粒度下限可以達到 0.1-0.2mm，能有效地排除未充分解離的中間密度的硫鐵礦與煤的連生體，而獲得較高回收率的低灰低硫精煤，高密度的硫鐵礦使用重介工藝可使煤與硫鐵礦進行有效的分離，且脫除率較高。

浮選法主要處理重介質分選粒度下限微未級的細微粒煤，上限可以達到0.3mm 以上，彌補了重介質分選的粒度范圍，在該粒度狀況下，煤與硫鐵礦連生體已基本被分離，只要選用合適的浮選制，利用顆粒表面潤濕差異和空氣微泡有條件吸附而形成的表面張力就能有效的分離出硫鐵礦和灰分，微泡浮選柱具有明顯的去硫除灰能力，而且對微末級的極細粒煤效果非常好。

磁選法主要利用硫鐵礦自身的磁性對其進行脫硫，它是根據煤效組份與硫鐵礦的磁性差異進行脫硫。它是浮選法的工藝補充，主要針對 0.3mm 以下的泥煤中的硫鐵礦，但因硫鐵礦磁性較小，雖然顯順磁性的，需專用的磁選機和較復雜的流程，因此國內洗選廠家選用有限。

1.2 有機硫脫除

有機硫的脫除是一個復雜的氧化還原過程，一般的工藝條件很難有效的脫除，目前，理論上論證、試驗較多的工藝有：氧化法、硝化法、氯解法、熱解法，堿液法等多種化學脫硫方法，且綜合脫硫效率能達到 20-60%。如：利用濃氨水滲透打斷與煤分子的有機結合健，再經過洗選分離出無機硫；利用熱堿液浸泡焦煤8個小時以上（需加熱進行恒溫），生成硫代硫酸鹽再分離；在密封容器中和一定的高溫、高壓條件下，加入空氣氧化煤中有機硫；用NO2有選擇性的氧化煤中的硫分，并以熱堿液處理后水洗；氯乙稀液萃取煤中硫組份；高溫加氫法等。雖然化學脫硫方法較多，且脫硫效率也較高。但裝置投資大，生產費用高，處理煤量規模小，易造成二次污染，生產條件要求高等弊端，很難規模化生產，只能用于超凈化煤的處理。但有機硫含量高的原煤，一般含灰量較低，價格也偏低，可做為煤焦的配煤，控制焦炭中的總硫和總灰份。

1.3 生物脫硫

煤的生物脫硫工藝比較簡單，是所有脫硫工藝中投資和運行費用最低的一種方法，它利用某一種針對性強的好氧菌的氧化特性，將煤中的硫鐵礦，硫酸鹽及煤分子中的噻吩硫氧化成離子狀態、單質硫（生成硫酸）達到脫硫的目的，且對煤質不產生影響。

2.炭化過程脫硫

煤在炭化過程脫硫，是提高焦炭質量的一項重要的措施，目前有二種方法，一種是傳統的縛硫焦，使用鈣基和鋇基縛硫劑使焦炭中的硫份降低 0.1～0.2 個百分點，效果明顯，但缺陷是增加了焦炭中的灰份，需使用灰份較低的煤，在焦煤資源日趨緊張的今天，該方法已基本被淘汰。另一種方法煤是在炭化室結焦的過程中、適時、適量、適溫的通入氫氣或焦爐煤氣（含氫55%左右），氫與硫鐵礦發生還原反應，生成 H2S 和 Fe，與噻吩類硫化物反應生成碳氫化合物和硫化氫。根據可行性研究表明，在新建焦爐設計時增加一個加氫（焦爐煤氣）系統是可行的，但實際應用時的脫硫效果還需進一步驗證，要實現煤在炭化過程脫硫的可行性，需具備以下幾方面條件。

2.1參與反應的氫氣量（焦爐煤氣）

它取決于焦炭中總硫的控制，經凈化的回爐煤氣量應占總量的20%。這部分煤氣取至回爐煤氣預熱器，溫度 80℃左右。煤氣壓力1500～2000pa 即可滿足工藝條件。

2.2回爐煤氣溫度

因冷煤氣可使爐溫降低，延長結焦時間，因此需要利用焦爐蓄熱室設計一套加熱系統，將煤氣加熱至500度左右，該系統如在已建焦爐改造，難度很大，但新建焦爐就比較容易的實現。

2.3 選擇合適的炭化室溫度通入煤氣脫硫

根據理論計算和試驗結果顯示，氫氣脫硫最佳炭化室溫度為 900 度左右，即焦餅中心出現孔隙時的結焦后期，揮發份逸出 80～85%時，焦餅中S與H2反應的推動力最大。

2.4氫化脫硫反應時間控制

反應時間的控制，取決于爐型，煤質，氫氣的溫度、壓力和量，頂裝煤焦爐，焦餅結焦中后期，爐墻還承受焦餅一定的側壓力，阻力較大，后期收縮后焦餅孔、隙較大，有利于 H2S 反應。

3.煤氣脫硫

煤氣脫硫成熟的工藝較多，下面作一簡單的技術分析：

3.1以氨為堿源的 HPF 脫硫工藝的特點是脫硫效率高，脫硫后的煤氣含硫量小于 200mg，但有難處理的鹽類廢液，易造成二次污染；生產尾氣含氨量高也易造成二次污染；脫硫產品硫磺的純度低，質量差，脫硫成本高；由于再生塔排出尾氣和廢液帶氨量較大，可使氨的損失達15%，不但污染了環境，也浪費了氨源；一次性投資大，設備能耗高，生產成本增加，因此新設計的脫硫裝置裝重點考慮節能減排。

3.2 AS 法脫硫工藝：該工藝雖然脫硫過程不產生污染且硫磺純度高，但脫硫效率較低，煤氣含硫不易達標，且設備材料防腐要求高，生產成本高，推廣使用受到一定限制。

3.3 真空碳酸鉀脫硫工藝：該工藝特點是元素硫質量好，效益好于其它工藝，但需外購堿源、脫硫效率低，脫硫后煤氣含硫較高，另外該脫硫裝置放在洗苯塔后，故存在一定的污染和腐蝕問題。

3.4 FAS 氨為堿源濕式吸收工藝：該工藝是在 HPF 法基礎上優化創新的一種工藝，該工藝增大了脫硫塔傳質面積，脫硫效率高；在脫酸前增加脫氰裝置，提高了脫氰效率；裝置回收的硫磺純度高，系統無廢液產生，工藝比較先進，但設備較多，一次性投資偏大。

綜合煤氣脫硫工藝，雖然脫硫效率、二次污染、一次性投資、生產成本、工藝復雜程度有差異，但脫硫效率都能達到或接近國家指標要求，因此，處理的工藝難度要小于固態脫硫。

4.結論

隨著大型鋼鐵企業對焦炭質量要求不斷提高和低硫煉焦煤資源儲量的日趨減少，尋求高硫煤煉焦的有效應用工藝的確定還有許多技術問題需要解決，它需要相關行業的共同努力，以便加快新的、高效的脫硫工藝工業化。

【參考文獻】

[1]張曉林.焦爐煤氣脫硫方法的新進展[J].燃料與化工，2011，（05）.

[2]劉軍利，唐惠慶，郭占成.煤氣部分返回煉焦過程焦炭脫硫[J].燃料化學學報，2004，（03）.

[3]徐建平.高效的高硫煤物理洗選脫硫技術[J].中國煤炭，2001，（03）.