焦爐煤氣制合成氣的脫硫及凈化工藝技術

張 鑫

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046299)

焦爐煤氣作為焦炭制成過程中煤炭經過高溫干餾環(huán)節(jié)所產生的氣態(tài)產品，其在煉焦產品總質量中占據著15%～18%的比重，是位于焦炭產品之下的第二大煉焦產品。據相關統(tǒng)計顯示，我國目前焦爐煤氣年產量為1 331.2億m3，除去一半用來進行燃料回收，還有665.6億m3的焦爐煤氣可以應用到其他工業(yè)領域中，但由于國內焦化產業(yè)長期以來將工作重心放于焦炭生產方面，未能對焦爐煤氣回收利用充分重視，不少焦化企業(yè)處于經濟因素的考慮，未能建設起相應的焦爐煤氣凈化回收裝置，大量焦爐煤氣未被回收利用，而是直接排放燃燒。每年未被利用的焦爐煤氣高達300多億m3，經濟損失高達數百億元，在造成極大資源浪費的同時，對周邊環(huán)境也造成了十分嚴重的污染。對此，為了實現焦爐煤氣的有效回收利用，滿足當前實現綠色工業(yè)、循環(huán)經濟

與建設節(jié)約型社會的發(fā)展要求，本文簡要對焦爐煤氣凈化回收工藝進行介紹，并介紹了相應的應用情況，為日后的焦化工藝提供一定的借鑒參考。

1 焦爐煤氣的成分組成

焦爐煤氣是在進行焦炭生產時在高溫干餾工序所產生的氣態(tài)產物，剛生產出來的焦爐煤氣溫度為550 ℃，需要進行多次冷卻才能開展相關的工序處理。在焦爐煤氣中，富含大量化學物質，如，苯、萘、焦油、硫醚、硫磺、噻吩、HCN、NH3、CS2、COS、H2S等，其具體的含量比例如表1所示。經過凈化提取后，焦爐煤氣將轉變?yōu)榛貭t煤氣，一般情況下回爐煤氣氣體組分為：氫氣54%～59%、甲烷23%～28%、一氧化碳5.5%～7%、二氧化碳1.5%～2.5%、氧氣0.3%～0.7%、氮氣3%～5%、CnHm2%～3%[1]。

表1 焦爐煤氣的主要組成含量 g/m3

2 焦爐煤氣凈化脫硫技術

2.1 焦爐煤氣的凈化工序

焦爐煤氣凈化工作具有處理量大、工序多、流程長的特點，在進行凈化處理時涉及設備種類多，操作參數復雜。隨著科學技術的不斷進步，焦爐煤氣凈化工藝由二十世紀五六十年代的濃氨水流程與硫銨流程逐步演變?yōu)橄鄬^為先進的氨回收技術和脫硫脫氰技術，常見的氨回收技術有濃氨氣分解技術、Phosam法等，而常見的脫硫技術有TH法、AS法、MEA法及真空碳酸鹽法等。近年來，隨著科學技術的日新月異，越來越多的新技術應用到了焦爐煤氣凈化工藝中，例如，PDS脫硫技術、濃氨水轉化碳酸氫銨、通過磷銨溶液吸氨來制取無水氨等。在進行具體的焦爐煤氣凈化工序時，生產企業(yè)應當按照實際情況及相關用戶所提出的煤氣質量要求，做到因地制宜，選擇合理高效的凈化工藝。焦爐煤氣凈化工藝一般情況下可以分為7個基礎工序，即，煤氣冷卻、煤氣除萘、焦煙霧去除、煤氣輸送、煤氣洗氨、煤氣脫苯及脫硫脫氰等。在具體生產時并沒有固定的工藝生產順序，而是應當從實際需求來進合理組合[2]。

目前，我國關于焦爐煤氣凈化方面的技術水平已經和國外先進水平相接軌，經過凈化處理的焦爐煤氣質量能夠與國外同類產品平齊，在進行焦爐煤氣凈化時，各工序可以選擇的凈化技術如下：在煤氣冷卻階段，可以采用上升管汽化冷卻、循環(huán)氨水冷卻、兩段式多重冷卻劑焦爐煤氣顯熱利用等方式進行冷卻；在除萘階段，可以使用富油洗萘再生、蒽油除萘再生及輕質焦油洗萘等方式；在焦油霧清除階段，可以通過熱氨水清掃、電捕器電場整流、電捕器氮封等方式進行除霧；在洗氨階段，可以通過濃氨氣分解、無飽和器硫銨生產、噴灑式飽和器硫銨生產等方式來進行洗氨；在脫苯階段，則可以通過高效換熱設備、高效脫苯塔、高效加熱爐等方式進行脫苯；在脫硫脫氰階段，通過HPF法、FRC法、AS循環(huán)洗滌法等方式都可以取得很好的脫硫脫氰效果。

2.2 焦爐煤氣的脫硫工藝

在焦爐煤氣凈化工藝中，脫硫脫氰是最為關鍵的工藝流程之一，目前較為常見的脫硫脫氰技術有兩種，一種是干法脫硫，另一種是濕法脫硫，干法脫硫工藝相對限制條件較大，在焦爐煤氣凈化中難以大面積使用，通過濕法脫硫技術，可以有效地去除硫化氫和氰化氫，被廣泛應用到工業(yè)生產中。在進行焦爐煤氣脫硫脫氰處理時，通過濕法脫硫技術和廢液處理技術的有效結合，可以形成多種不同的脫硫脫氰流程，在進行實際生產時，應當將濕法脫硫技術和干法脫硫技術的優(yōu)點集中到一起，通過濕法脫硫技術去除大部分焦爐煤氣中的硫化氫，再通過干法脫硫技術來對殘余硫化氫進行精脫，實現脫硫凈度有效提升。既具備濕法脫硫技術可以進行在線調整的優(yōu)勢，又具備干法脫硫技術快速高效的優(yōu)點，避免出現干法脫硫技術中脫硫劑失效時間短的不足[3]。

在進行實際生產時，根據客戶對產品中硫化氫及氰化氫含量提出的不同要求，可以采取具備不同脫硫效率的相應脫硫工藝來進行生產。一般情況下，在冶金企業(yè)中，用來進行煉鋼使用的燃料大多數都是焦爐煤氣，相應的硫化氫質量濃度要求在250 mg/m3以下，氰化氫質量濃度為150 mg/m3以下，因此，可以通過AS循環(huán)洗滌法來進行焦爐煤氣處理，得到符合要求的相應成品。當焦爐煤氣用來充當城市煤氣、甲醇用和氨用合成原料氣時，通過濕式氧化法里的改良ADA法、FRC法及TH法等，可以實現脫硫效率的提升。在進行煤炭煉焦時，煤炭中的硫將部分轉化為各類硫化物。并和氰化氫、氨氣等成為煤氣雜質。為了脫除氰化氫和硫化氫，必須使用堿性脫硫液來進行脫硫工序。堿源可以從兩個方面來獲得，一種是外加堿源，例如，在真空碳酸鹽法、改良ADA法、薩爾費班法及干法脫硫工藝中，正是通過碳酸鈉、氫氧化鐵及乙醇胺作為堿源。另一種是通過焦爐煤氣中含有的氨充當堿源，例如，AS循環(huán)洗滌法、TH法、FRC法等都是通過這種方式實現堿源添加。通過這種方式，在進行洗氨時可以對焦爐煤氣中存在的氰化氫、硫化氫進行脫除，具有良好的經濟性和工藝合理性。該技術成為了目前焦爐煤氣脫硫工藝中的研究重點，受到了普遍關注。

在焦爐煤氣的脫硫脫氰工藝中，濕式氧化法由改良ADA法、砷堿法、對苯二酚法等逐步轉變?yōu)檩^為先進的HPF法、FRC法、THFA，以氨作為堿源的濕式氧化法發(fā)展速度較快，工藝流程較為成熟，在這種方法中以氨作為堿源對焦爐煤氣中的氰化氫及硫化氫進行吸收，在催化劑作用下，吸收液和氧氣進行脫硫，脫硫脫氰效率較高。目前，我國開發(fā)了一種濕式氧化HPF法，這種方法以焦爐煤氣中含有的氨作為堿源，通過苯二酚、PDS及硫酸亞鐵作為復合催化劑實現脫硫脫氰，在完成脫硫脫氰工序后，廢液同配煤共同進行煉焦步驟，實現高溫分解。這項工藝具備效率高、成本低、消耗少的優(yōu)點，但在硫回收方面仍然存在著一定的不足，需要進一步完善。

3 結語

在當前的焦化產品工業(yè)中，焦爐煤氣是一種富含高經濟價值的氣體產物，通過對焦爐煤氣的回收利用，可以實現綠色工業(yè)、資源節(jié)約的時代發(fā)展要求。通過對焦爐煤氣進行凈化脫硫，可以進行回收利用，實現煤炭資源的充分利用，更好地提升企業(yè)綜合效益，實現可持續(xù)性發(fā)展。