淺談真空碳酸鉀法在焦爐煤氣脫硫凈化中的應用

聶文增

摘 要：真空碳酸鉀法是焦爐煤氣濕法脫硫技術中一種常用的脫硫方法，具有脫硫脫氰效率高、成本低、堿耗小、操作簡單等工藝特點，目前在許多焦化企業的煤氣脫硫環節都有應用。不僅凈化了煤氣，減少了對環境的污染排放，并且脫除的硫還可通過克勞斯法生產出高品質的硫磺產品，實現了污染物的回收利用，為企業帶來了良好環保效益和經濟效益。本文主要對真空碳酸鉀法的基本原理及其在煤氣脫硫中的應用進行了探討。

關鍵詞：真空碳酸鉀法；焦爐煤氣；脫硫凈化；應用探討

近年來，伴隨著工業化進程的加快，煉焦生產中，除了會產出焦炭和焦油等主要產品，同時還會產生可燃的焦爐荒煤氣，它是焦爐煉焦生產中重要的副產品，也是重要的生產燃料。焦爐煤氣是混合物，其中不僅含有甲烷、氫氣等，而且還含有硫化氫、氰化氫等有害物質，如果煤氣未經凈化處理直接燃燒排放的話，形成的二氧化硫則會對大氣環境造成極大的污染，形成酸雨，加重霧霾。因此，國家對企業的二氧化硫排放量也有嚴格的限定要求。在當前嚴峻的環保形勢下，我們必須要對焦爐煤氣進行嚴格的脫硫處理，才能降低焦化企業生產中二氧化硫等有害氣體的排放量，滿足環保要求，實現真正的清潔生產。

1 真空碳酸鉀脫硫工藝概述

煤氣中的硫主要來源于煉焦用煤中，通常以硫化氫的形式存在，原料煤中的硫約有80%會轉化為硫化氫進入到煤氣中，原料煤中的含硫量越高則煤氣中的硫化氫含量也越多，無論從環保方面考慮還是從產品質量和經濟效益考慮，煤氣中的硫化氫都是必須要脫除的。隨著焦化行業的發展，煤氣脫硫技術也在不斷地創新和改進，目前應用的煤氣脫硫技術多達幾十種，主要分為干法脫硫和濕法脫硫兩大類，邯鋼所應用的碳酸鉀脫硫法則屬于濕法脫硫中的一種。

真空碳酸鉀脫硫法的前身是美國的西伯脫硫法，其基本工藝原理就是將碳酸鉀溶液做為吸收劑，使其與煤氣直接逆向接觸，碳酸鉀與焦爐煤氣中的硫化氫和氰化氫等酸性氣體進行充分反應吸收后，再用氫氧化鈉堿溶液對焦爐氣進行二次洗滌，從而達到脫硫脫氰的目的。其工藝流程主要包括以下3個部分：

1.1 脫硫塔內的反應

焦爐煤氣經過洗苯塔脫苯處理后，進入脫硫塔進行脫硫處理。煤氣在脫硫塔內自下而上與塔內的碳酸鉀溶液逆流接觸，煤氣中的硫化氫、氰化氫和二氧化碳等酸性氣體與碳酸鉀溶液接觸反應被吸收后，脫硫后的煤氣再經塔頂的捕霧塔出塔。其反應方程式如下：

K2CO3+H2S=KHS+KHCO3，

K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3，

K2CO3+2HCN=KCN+CO2+H2O

隨著反應的持續，塔內的碳酸鉀濃度會不斷下降，這時就需要向富液槽中及時補充氫氧化鉀溶液，使之與CO2反應生成K2CO3，維持碳酸鉀濃度，保持反應效率。其反應方程式如下：

2KOH+CO2= K2CO3 +H2O

為進一步提高脫硫效率，在塔頂設置了一個氫氧化鈉堿液洗滌段，使煤氣中的硫化氫含量降低至0.20mg/m3以下。反應方程式如下：

2NaOH+H2S=Na2S+H-O

經過氫氧化鈉再脫硫后的煤氣一部分送回粗苯管式爐和焦爐，供加熱使用，其余送往用戶。

1.2 再生塔內的反應

吸收了酸性氣體的脫硫富液與來自再生塔的熱貧液接觸換熱后進入再生塔，在再生塔的真空低溫環境下再生，富液與塔底上升的水蒸氣接觸會使酸性成分解吸出來，減少了對設備的腐蝕。反應方程式如下：

2KHCO3=K2CO3+CO2+H2O

2KHS+CO2+H2O=K2CO3+2H2S

KCN+KHCO3=K2CO3+HCN

再生塔貧液經過換熱和冷卻后，分成兩段進入脫硫塔循環使用，自再生塔頂出來的酸性氣體經過冷凝除水后，通過真空泵送至硫回收工段的克勞斯爐用于生產硫磺。

1.3 廢液處理

脫硫廢液會被送入降解池，利用生物的新陳代謝對廢液中的有機物質和進行生化降解，從而降低焦化廢液對環境的污染。

2 真空碳酸鉀脫硫法應用中的常見問題及處理措施

2.1 真空泵冷卻器及出口管路堵塞

在生產的過程中，有時會出現真空冷卻泵及出口管道被雜質堵塞的情況，主要為黑色的萘結晶，這主要是由于煤氣中萘等雜質過多，在長期的循環使用下，酸氣中的雜質積累并沉積附著于冷卻壁管壁上，繼而造成了管徑變小，阻力增大直至堵塞。針對此問題，主要應從源頭采取措施，設法降低煤氣雜質含量。首先應嚴格控制噴灑液含油量（30%～50%）和溫度（30～40℃），同時加強對噴頭的清掃，避免噴頭堵塞，保證噴灑量。還可通過在真空泵加軟水的辦法，及時更新真空泵工作，減少雜質的沉積。

2.2 脫硫液變黑

脫硫液變黑后，無法進行游離鉀離子的測定，嚴重制約了脫硫生產。造成脫硫液變黑的原因主要有以下3種∶一是再生塔和管路密封不嚴，導致空氣進入后與脫硫液接觸反應，生成赤血鹽等副鹽；二是煤氣純凈度較差，其中夾帶的大量焦油、洗油等進入脫硫液，造成脫硫液變黑；三是設備腐蝕，導致循環系統內混入較多的鐵銹等雜質。針對以上原因，首先應檢查泄露，重點檢查閥門和法蘭等管路連接處，確保設備密封嚴密無泄露，使循環系統與空氣隔離；加強在冷凝電捕工段對焦油的回收，必要時在管路中設置石棉網進行再過濾，以降低煤氣中的焦油含量；加強對再生塔溫度、蒸汽量的控制，減少酸性氣體對設備的腐蝕。

3 結語

真空碳酸鉀脫硫工藝在應用的過程中體現出了良好的工藝技術優勢。我們在今后的生產過程中還應加強對一些常見問題的研究和分析，對工藝不斷進行創新改進，確保其高效穩定的脫硫脫氰效率，從而減少焦化企業的二氧化硫污染排放，使企業實現清潔生產，適應當前環保形勢的要求。

參考文獻

[1]李玉秀，白瑋，張爽.真空碳酸鉀法焦爐煤氣脫硫脫氰工藝的特點[J].燃料與化工，2009，40（3）：57.

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（作者單位：邯鋼焦化廠生產技術科）