焦?fàn)t煤氣凈化工藝節(jié)能技術(shù)探討

毛永豐

（西山煤氣化有限責(zé)任公司，山西 古交 030200）

我國是煉制焦炭的大國，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的煉焦量非常大，2015年一季度，全國的焦炭產(chǎn)量就達(dá)到了11252萬t，如此多的煉焦量自然會(huì)產(chǎn)生數(shù)量巨大的焦?fàn)t煤氣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，除煉焦本身消耗的焦?fàn)t煤氣外，每年直接排放的焦?fàn)t煤氣達(dá)到了600多億m3，焦?fàn)t煤氣如果不經(jīng)過任何的處理，直接排放到大氣中，不僅污染環(huán)境，而且還浪費(fèi)資源，同時(shí)也給治理大氣環(huán)境帶來了巨大的成本。因此，對(duì)焦?fàn)t煤氣采取凈化工藝節(jié)能技術(shù)就顯得尤為重要。

1 焦?fàn)t煤氣概述

1.1 焦?fàn)t煤氣的概念及成分

焦?fàn)t煤氣又稱為焦?fàn)t氣，含有多種可燃成分，屬于高熱值的煤氣。它是由集中煙煤配置成煉焦用煤，經(jīng)過煉焦?fàn)t的高溫干餾，制成焦炭和焦油產(chǎn)品時(shí)所產(chǎn)生的附加產(chǎn)品，是一種可燃性的氣體，焦?fàn)t煤氣中含有多種可燃性氣體。其中最主要的成分為氫氣和甲烷，還含有一氧化碳、二氧化碳、氧氣、氮?dú)獾葰怏w，另外還含有少量的H2S等有毒氣體，是多種氣體的混合物。

1.2 焦?fàn)t煤氣的特點(diǎn)

由于焦?fàn)t煤氣是混合氣體，成分比較復(fù)雜，所以，其具有以下特點(diǎn)：1）是焦?fàn)t煤氣本身具有高發(fā)熱值，且可燃成分較高，一般能達(dá)到90%及以上。2）焦?fàn)t煤氣一般均是無色氣體，但因其成分較多且都具有臭味，還含有CO和少量的H2S，所以，它是有毒氣體。3）由于占焦?fàn)t煤氣成分最多的是氫氣，所以焦?fàn)t煤氣的燃燒速度很快，且火焰較短。4）一般焦?fàn)t煤氣的燃燒著火點(diǎn)是600℃～650℃.焦?fàn)t煤氣中各種體的含量表見表1.

表1 焦?fàn)t煤氣中各種氣體的含量表

2 凈化工藝節(jié)能技術(shù)

目前，較常用的煤氣凈化技術(shù)有正壓煤氣凈化工藝、全負(fù)壓煤氣凈化技術(shù)和半負(fù)壓煤氣凈化技術(shù)。焦?fàn)t煤氣的凈化工藝組成一般是煤氣冷卻、除焦油、脫萘、脫硫、脫氨、脫苯及煤氣增壓輸送等工藝過程。

2.1 正壓煤氣凈化工藝

煤氣凈化工藝設(shè)備一般均有鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備，脫硫、脫氨、脫苯設(shè)備在鼓風(fēng)機(jī)后。具體的工藝流程為：在設(shè)備的集氣管中匯集的未處理的焦?fàn)t煤氣由最初的80℃左右首先冷卻到22℃，最后將煤氣通過鼓風(fēng)機(jī)后溫度保持在20℃。然后使焦?fàn)t煤氣進(jìn)入到脫硫階段，將氣體升溫到30℃進(jìn)行脫硫，然后繼續(xù)升溫至55℃開始脫銨，最后進(jìn)入終冷洗苯冷卻至26℃左右。通過這一過程，可以看到未經(jīng)處理的焦?fàn)t煤氣首先經(jīng)過冷卻，又被鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了升溫，在脫硫、脫氨、洗苯的過程中被幾次升溫、降溫，正是由于這幾次的升溫、降溫帶來了大量的能量損耗，整體來講正壓煤氣凈化技術(shù)的綜合耗能比較高。

2.2 全負(fù)壓煤氣凈化工藝

同正壓煤氣凈化工藝相比，該工藝的全部?jī)艋O(shè)備均設(shè)置在煤氣鼓風(fēng)機(jī)的前面，集氣管將未經(jīng)處理的80℃左右的焦?fàn)t煤氣首先由初冷設(shè)備冷卻至適合脫硫的溫度即22℃左右，再將煤氣脫硫、脫氨，繼續(xù)洗苯，最后經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓后將煤氣排出。在凈化的全過程中，煤氣的溫度未經(jīng)歷連續(xù)的升溫、降溫，而是逐漸的變化。由于初冷設(shè)備、脫硫及脫氨設(shè)備、以及洗苯設(shè)備均安置在鼓風(fēng)機(jī)的前方，這些設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)始終處于負(fù)壓狀態(tài)下，有效地避免了升溫降溫帶來的能量耗損，為節(jié)能減排發(fā)揮著重要作用［1］.

2.3 半負(fù)壓煤氣凈化工藝

所謂的半負(fù)壓煤氣凈化工藝指的是在煤氣凈化過程中有部分設(shè)備處于鼓風(fēng)機(jī)的前面，有部分位于鼓風(fēng)機(jī)的后面，位于鼓風(fēng)機(jī)前面的設(shè)備在凈化過程中始終處于負(fù)壓的狀態(tài)，而位于鼓風(fēng)機(jī)后的設(shè)備則處于正壓狀態(tài)，因此，稱為半負(fù)壓煤氣凈化工藝。該工藝是由集氣管將未經(jīng)處理的80℃左右的焦?fàn)t煤氣首先由初冷設(shè)備冷卻至適合脫硫的溫度即22℃左右，再將煤氣脫硫后經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)將煤氣加壓后推送到脫銨設(shè)備，脫銨后經(jīng)冷卻塔冷卻后進(jìn)入到洗苯設(shè)備，將煤氣外送出來。整個(gè)過程中，僅僅利用鼓風(fēng)機(jī)將氣體升溫，煤氣的氣溫變化較正壓煤氣凈化工藝更為合理，避免了主動(dòng)的升溫、降溫工藝帶來的能量損耗，起到了節(jié)能的效果。在我國濟(jì)南鋼鐵焦化廠就是采用的半負(fù)壓焦?fàn)t煤氣凈化工藝，實(shí)際的節(jié)能效果非常顯著，排出的焦?fàn)t煤氣對(duì)大氣環(huán)境的污染情況較使用該工藝前有了明顯的改善［2］.

通過對(duì)三種焦?fàn)t煤氣凈化工藝的研究分析，可以看到，無論是全負(fù)壓煤氣凈化工藝還是半負(fù)壓煤氣凈化工藝，都有效地改善了正壓煤氣凈化工藝中不斷地升溫、降溫帶來的能量損失、耗能增加等一系列問題。尤其是全負(fù)壓煤氣凈化工藝，可以說是耗能最低，且工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，也減少了在流程過程中因升溫及降溫所需要的設(shè)備數(shù)量，降低了成本及能耗，是目前最有效的焦?fàn)t煤氣凈化工藝節(jié)能技術(shù)，但目前在我國運(yùn)用的還比較少，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)該技術(shù)的推廣和應(yīng)用，從而有效地開展節(jié)能減排，改善環(huán)境。

3 焦?fàn)t煤氣凈化工藝節(jié)能新技術(shù)

在對(duì)目前常用的焦?fàn)t煤氣凈化工藝進(jìn)行比較的同時(shí)，應(yīng)研發(fā)更多新型節(jié)能的焦?fàn)t煤氣凈化節(jié)能技術(shù)。通過研究分析，可以嘗試將煙氣用冷凝凈化法移植到焦?fàn)t煤氣凈化工藝中，利用分階段冷卻及除塵，替代傳統(tǒng)的冷凝方法，是目前發(fā)展前景良好的焦?fàn)t煤氣凈化新技術(shù)。

3.1 焦?fàn)t煤氣凈化新工藝

焦?fàn)t煤氣凈化新工藝的技術(shù)關(guān)鍵是要對(duì)整個(gè)凈化過程的溫度分布進(jìn)行精確的控制，將未經(jīng)處理的原始焦?fàn)t煤氣首先利用熱回收器進(jìn)行降溫，這是一個(gè)較好的溫度傳遞方式，可以將多余的熱量進(jìn)行回收，成為一種良好的熱源。將降溫完畢的煤氣送入到旋風(fēng)除塵器，對(duì)煤氣中的粗粉塵進(jìn)行清除，然后再將氣體送入到除塵塔中，對(duì)煤氣中的細(xì)粉塵進(jìn)行過濾吸附。煤氣從除塵塔中出來以后，已經(jīng)變得干凈無塵，再進(jìn)入到焦油冷卻分離器中，此時(shí)的溫度在400℃左右，應(yīng)及時(shí)對(duì)焦?fàn)t煤氣中的焦油進(jìn)行分離，因?yàn)樵?00℃以下，容易造成焦油的凝集，尤其是在換熱管中發(fā)生凝集，從而造成煤氣派送通道發(fā)生堵塞。可以采用對(duì)冷凝器進(jìn)行傾斜放置，便于分離出的焦油流出通道。按照工藝要求，對(duì)于冷凝分離焦油的煤氣溫度可以控制在90℃左右，最后將煤氣送入到初冷塔中脫奈，然后進(jìn)入冷卻溫度為-15℃～-20℃的冷卻室中可將H2S，SO2等有害氣體分離出來。焦?fàn)t煤氣凈化工藝節(jié)能新技術(shù)示意圖見圖1.

圖1 焦?fàn)t煤氣凈化工藝節(jié)能新技術(shù)示意圖

3.2 焦?fàn)t煤氣凈化新工藝的特點(diǎn)

通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)該工藝主要具有以下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：1）對(duì)焦?fàn)t煤氣中粉塵的清除率非常高。未經(jīng)處理的煤氣在經(jīng)過旋風(fēng)除塵和除塵室吸附除塵后，煤氣中的粉塵清除率很高，基本能夠全部清除。2）該工藝對(duì)熱回收利用率高。在原始工藝中，煤氣中的熱基本上全部隨著煤氣排出，幾乎沒有被再利用，而該工藝可以充分利用回收焦?fàn)t煤氣中的熱能源，是焦化廠最為節(jié)能和環(huán)保的項(xiàng)目，在該工藝中制冷設(shè)備的熱源就可以由回收的熱能提供［3］.

4 結(jié) 語

在焦?fàn)t煤氣凈化工藝中開展節(jié)能技術(shù)措施，通過合理的工藝不但可以有效地提高煤氣凈化效率，同時(shí)也可以節(jié)約大量的能源，尤其是熱源，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。這些措施的實(shí)施，對(duì)于高耗能、高污染的焦化企業(yè)來講至關(guān)重要。

因此，應(yīng)該進(jìn)一步加大研發(fā)的力度，對(duì)工藝中存在的不足及高耗能環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的改善，提高能源利用率，減少浪費(fèi)和污染，建設(shè)節(jié)能減排、低碳環(huán)保的焦化企業(yè)。

［1］ 岳 進(jìn)，李慧萍.全負(fù)壓煤氣凈化工藝節(jié)能、節(jié)水探討［J］.河北冶金，2011（08）：32-33.

［2］ 康春清.煤氣半負(fù)壓工藝的開發(fā)與應(yīng)用［J］.山東冶金，2008（06）：29-30.

［3］ 張炳玉，金蝶翔.焦?fàn)t煤氣凈化工藝評(píng)書［J］.包鋼科技，2001（02）：15-18.