加壓站焦爐煤氣凈化裝置阻損問題分析及改善

廖定榮，楊金標，閻 鵬

（新余鋼鐵集團公司第一動力廠,江西新余 338000）

前言

新鋼冷軋加壓站焦爐煤氣凈化裝置于2011年5月建成投運，主要為冷軋薄板廠、硅鋼廠、中厚板廠、制氫站提供精制焦爐煤氣。這些用戶對煤氣品質要求非常高；如冷軋薄板廠要求煤氣中的硫化氫含量必須≤10 mg/m3。變壓吸附制氫裝置的吸附劑，對焦爐煤氣所含焦油、硫化氫、萘有嚴格限定。實際運行時，由于焦爐煤氣中雜質含量超過凈化裝置設計處理能力，精制焦爐煤氣雜質成分超標，易造成用戶燒嘴堵塞和吸附劑中毒，無法正常生產。這一問題在冷軋加壓站焦爐煤氣供應量逐漸增大后，暴露出來。

1 焦爐煤氣凈化工藝及運行情況

1.1 焦爐煤氣凈化工藝

冷軋加壓站焦爐煤氣凈化裝置由9 座粗脫塔（脫硫塔）和6座精脫塔（脫萘塔）2個部分組成，采用先脫硫、后脫萘的方式運行。粗脫塔主要裝填氧化鐵脫硫劑脫除焦爐煤氣中的硫化氫，精脫塔主要裝填活性炭脫除焦爐煤氣中的萘。設計能力：當原料氣中H2S 含量≤1000 mg/m3、萘≤500 mg/m3、焦油≤50 mg/m3時，要求粗脫塔出口H2S≤10 mg/m3，精脫塔出口萘≤50 mg/m3、焦油含量≤5 mg/m3，處理焦爐煤氣能力為42000 m3/h，整個系統阻損≤2000 Pa，自投入使用開始，使用時間1年。

工藝流程示意圖見圖1。

圖1 焦爐煤氣凈化工藝簡圖

1.2 焦爐煤氣凈化裝置運行情況

焦爐煤氣管網壓力保持在5000～6000 Pa 運行。凈化裝置在投運前期，阻損一般在500 Pa 左右，3～4個月以后，阻損會逐漸上升至1000 Pa 左右；運行6個月阻損會達到2000 Pa 左右；后期最高阻損會出現≥5000 Pa的情況，導致加壓機前壓力過低、加壓機無法正常啟動，影響用戶生產。

（1）粗脫塔運行情況

粗脫塔在投運前期，阻損一般保持在200～300 Pa 左右運行，3 個月以后，會逐漸上升至500Pa左右，5 個月左右阻損會1000 Pa 以上，后期最高時會達到3000 Pa以上。在粗脫塔運行6個月左右，粗脫塔出口硫化氫含量達到20 mg/m3以上，9 個月后會達到35 mg/m3以上，導致冷軋薄板廠混合煤氣過濾網和燒嘴堵塞、連退爐被迫停產檢修情況發生。

（2）精脫塔運行情況

精脫塔的運行一般采用4塔并聯運行，2塔再生備用模式。新的活性炭裝填好，投運初期，阻損一般保持在200～400 Pa 運行；3～5 個月以后，也會逐漸上升至800 Pa以上；后期最高會超過2500 Pa。

當粗脫塔和精脫塔同時出現阻損大時，由于焦爐煤氣管網壓力在5500 Pa 左右，系統阻損很大，加壓機根本無法正常開機，造成混合煤氣無法滿足用戶配比需要，嚴重影響冷軋廠等用戶的正常生產。

加壓機、凈化裝置及混合煤氣供應系統流程示意圖見圖2。

圖2 混合煤氣系統流程示意圖

2 原因分析

在日常運行及脫硫劑更換過程中，對造成凈化裝置阻損大的原因進行了細致的分析，主要存在以下幾個方面。

2.1 粗脫塔進口管積水

由于粗脫塔采用下進上出的方式運行，進氣管存在U型結構，煤氣冷凝水容易沉積在進口管中，而底部排污管安裝在塔底管彎頭處，高于U型管底部，平時無法將U 型管中冷凝水排干凈，導致進氣管進氣面積減少，增加了系統運行阻力。

2.2 粗脫塔分層隔離間隙減小

粗脫塔脫硫劑裝填時,設計采用氧化鋁瓷球進行分層隔離，防止每層脫硫劑泄漏到下層。由于格柵板的寬度比氧化鋁瓷球略小，沒有透氣性的氧化鋁瓷球充填在格柵板的凹槽中，運行一段時間后，煤氣中的焦油、萘、硫等物質充填了瓷球之間的間隙，在格柵板處阻礙煤氣的正常流動，增大了粗脫塔的阻力。

2.3 粗脫塔脫硫劑間隙減少

在更換脫硫劑時，發現在脫硫塔中間層中心大約有直徑1.8 m 左右圓柱形的脫硫劑顏色變化不大，表明煤氣很少在該圓柱形脫硫劑內流通。分析認為，在脫硫劑裝填時，由于脫硫劑是通過塔頂部管口向塔內傾倒的，在中心部位不斷擠壓，造成中心部位脫硫劑的密度大，煤氣無法在中心部位順利通過，使塔內過流面積減少。新的脫硫劑裝填好，投運初期，阻損不明顯，隨著一段時間的運行，脫硫劑吸附飽和及硫的析出，造成脫硫劑的間隙減小，阻損會明顯增大。

2.4 精脫塔再生溫度低

經分析，精脫塔阻損大的主要原因是用于再生蒸汽壓力低，再生煤氣量在2000～2500 m3/h 時，煤氣溫度很難加熱到110 ℃以上，使精脫塔內溫度無法保持在90 ℃以上，無法完全脫出活性炭吸附的萘。由于再生溫度不能滿足活性炭完全再生需要，且由于再生煤氣在塔內自上而下，且溫度逐漸降低，使上部升華了的萘，在塔的中部或底部低溫區域再次凝華，造成精脫塔阻力就逐漸增大，阻礙了焦爐煤氣在塔內的正常流動。

3 改善方法及措施

3.1 粗脫塔增設排水管

針對粗脫塔進口管積水問題，2015 年11 月在9個粗脫塔進口管最低點安裝了DN100 排水管，將原來的排水管用盲板堵斷。這樣每次排水時，可以完全將粗脫塔進口U 型管中的積水排干凈，降低進口管流通阻力。

3.2 粗脫塔更換填料分層材料

氧化鋁瓷球作為填料分層隔離材料，主要是應用在化工行業，運行壓力至少在0.8 MPa 以上的裝置，即使產生2～3 kPa 的阻損，對整個系統的正常運行不會帶來什么影響。但在冶金企業使用時，因焦爐煤氣管網壓力偏低，一旦阻損偏大就會影響系統正常運行。2015 年4 月更換脫硫劑時，根據脫硫塔的結構和脫硫劑的裝填情況，決定取消氧化鋁瓷球，采用強度和密度符合運行要求的兩層10～12目304 不銹鋼鋼絲網替代，在防止脫硫劑漏到塔底的同時，使煤氣通過隔離床層時，所遇阻力會明顯降低。

3.3 設計脫硫劑布料裝置

針對裝料過程中脫硫劑從高處下落的沖擊，使中心部位脫硫劑密度增大情況，設計制作了布料裝置，放置在塔頂部裝料口：每次裝料時，料從園周邊分布下料，接觸塔壁后再降落到塔內，減少料與料的相互沖擊，并且每裝填10 m3左右，就調整布料裝置及下料方向，使塔內脫硫劑分布密度均衡。這樣，不僅使煤氣在塔內的過流面積得到充分利用，減少了阻損，而且提高了脫硫劑使用效率和使用時間。

圖3 為粗脫塔布料裝置改造前后裝料及氣流情況簡圖。

圖3 布料裝置改進前后對比圖

3.4 精脫塔增設人工蒸汽再生

針對精脫塔活性炭吸附的萘在再生過程中不能完全脫除的問題，通過試驗論證，運用活性炭高效再生工藝技術：即在精脫塔進口管靠近塔底部位增加DN500 人孔，定期采用人工手動對精脫塔用蒸汽直接再生。具體操作如下：將需要再生的精脫塔進出口、再生氣和解析氣盲板插除；打開頂板放散閥，用氮氣吹掃精脫塔20 min 左右，檢測CO 含量≤30 mg/m3，停止氮氣，打開人孔，向塔內直接充入130 ℃蒸汽對活性炭進行再生；塔內溫度保持100 ℃以上24 h 后停止蒸汽，封人孔，充入氮氣降溫；抽進出口盲板，煤氣置換氮氣合格后，再生塔投入運行。通過用蒸汽直接再生后，塔內阻力與新塔相差無幾。該方法不但解決了精脫塔阻損大的問題，同時減少了再生所需精制焦爐煤氣使用量2200 m3/h 左右，減小了精制系統的運行負荷，對延長系統的運行周期發揮了積極作用。

4 實施效果

通過以上改善方法，焦爐煤氣凈化裝置系統阻力下降明顯見表1。

表1 焦爐煤氣凈化裝置阻損問題改善前后對比表

粗脫塔系統阻損保持在200～400 Pa 運行，精脫塔系統阻損保持在300～800 Pa 運行，使用近一年時間，精制系統阻力變化不大，且精制焦爐煤氣中硫化氫、萘的含量沒有出現超標情況。焦爐煤氣加壓機沒有出現過因機前壓力低運行困難的情況，精制混合煤氣配比沒有受到影響，為冷軋廠、硅鋼廠、中厚板廠、制氫站等用戶的正常生產發揮了積極作用。

5 遺留問題

利用蒸汽直接吹掃再生，含萘的放散氣體直接排放會對大氣環境造成污染。后續尋求更優方案解決。