焦爐氣預處理TSA裝置再生廢氣處理方案的對比分析

劉秀峰(山西焦煤集團飛虹化工股份有限公司，山西 臨汾 041606)

0 引言

焦爐氣預處理裝置，通常采用變溫吸附(TSA)等技術脫除其中的苯、萘、焦油等物質。而在TSA裝置進行再生時，會使部分VOCs、硫化物、萘等有機廢物帶入再生氣中。根據GB 31571—2015《石油化學工業污染物排放標準》及GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》中對于再生廢氣的控制指標要求：非甲烷總烴<120mg/Nm3、SO2<50mg/Nm3、NOx<100mg/Nm3、苯<4mg/Nm3。由于本項目的再生廢氣直接排放無法滿足排放標準要求，因此需進行處理。

本文簡述了TSA變溫吸附凈化技術，針對焦爐氣TSA再生廢氣處理提出了三個解決方案，對三個方案的工藝流程進行了描述及投資估算與運行成本初步對比分析。

1 TSA變溫吸附凈化技術

目前工業上焦爐煤氣制甲醇裝置，大多數預加氫反應器使用壽命為半年，少數預加氫反應器運行時間為1年以上，而有些預加氫反應器使用壽命為3～5個月，同時在操作結束時催化劑層的阻力降為0.2～0.4MPa，極少樹預加氫反應器催化劑層的阻力降下降在0.5MPa以上，這對焦爐煤氣制甲醇裝置的正常運行帶來嚴重的負面影響。時間發現催化劑失活的主要原因為：首先，進料氣中的氧含量，容易導致過熱，還會氧化和鈍化硫催化劑；其次，由于苯、焦油及不飽和烴、廢氣等雜質的存在，導致催化劑顆粒表面沉積碳，這不僅會造成催化劑失活，而且還會引起催化劑床板結現象。換句話說，在常溫下通過脫苯使原油脫油脫萘操作不能滿足控制指標要求。因此，研究人員基于已經成熟的PSA變壓吸附技術開發了TSA變溫吸附凈化技術，該技術可以很好地適應焦爐煤氣制甲醇運行要求，可以用于去除焦爐煤氣中的焦油、苯、萘及不飽和烴、氨、廢氣等雜質，本文主要探討廢氣的再生處理，TSA變溫吸附工藝流程如圖1所示。

圖1 TSA變溫吸附工藝流程

每個反應器的吸附床均裝有各種吸附劑以形成組合吸附劑床層。吸附劑是兩種或多種活性炭、硅膠、焦炭、氧化鋁等組成，焦爐煤氣中的雜質被不同的吸附劑吸附后，反應器上部排出CH4、H2、CO、CO2和其他吸附不良的組分，以獲得純化的焦爐氣。

2 三個方案流程簡介

2.1 采用低溫甲醇洗后焦爐氣凈化氣作為TSA單元再生氣

自焦化廠氣柜來的焦爐煤氣經一級加壓升壓至0.6MPa送入TSA單元，脫除焦油、萘等雜質后再經二級加壓升壓至3.7MPa，進入TSA脫苯單元高壓脫苯后再進入加氫處理單元進行有機硫轉化，再利用低溫甲醇洗單元進行脫硫脫碳，使總硫≤0.1ppm、CO2≤20ppm后滿足甲烷深冷分離單元的要求生產LNG產品。現將10000Nm3/h低溫甲醇洗后焦爐氣凈化氣返回TSA裝置作為再生氣使用，再生氣經焦化廠脫苯處理后再返回焦爐氣一級加壓裝置循環使用，此為方案一。

2.2 采用LNG裝置副產的富CO氣作為TSA單元再生氣

利用深冷分離裝置副產的富CO氣(規格為0.5MPa，3.4℃，4350Nm3/h)配氮氣5650Nm3/h，合計10000Nm3/h作為TSA裝置的再生氣，此為方案二。

2.3 采用N2作為TSA單元再生氣

利用深冷分離裝置吸附劑再生尾氮氣4350Nm3/h再配新鮮氮氣5650Nm3/h，合計10000Nm3/h作為TSA裝置的再生氣，再生廢氣經廢氣裝置處理后達標排放。LNG裝置產生的富CO氣(規格為0.5MPa，3.4℃，4350Nm3/h)直接送入燃料氣管網利用，此為方案三。

目前方案三的廢氣處理裝置采用E-FLOX無火焰燃燒技術。

3 三個方案技術的優缺點對比

方案一：原焦爐氣量為74800Nm3/h，將低溫甲醇洗后的10000Nm3/h的焦爐氣凈化氣作為TSA再生氣，經過再生后返回一級加壓之前，將會使入裝置的焦爐氣量增加至84800Nm3/h，裝置的總投資將整體增加約13%。原料氣量的增加導致加氫處理裝置催化劑的裝填量也應相應的增加。

方案二：裝置的總投資將整體增加約13%原料氣量的增加導致加氫處理裝置催化劑的裝填量也應相應的增加。同時將使原料氣中的N2含量增加6.6%，使富氫氣中N2含量增加6.7%、合成氣中惰性氣量增加1.4%，影響整個合成系統，同時富CO氣量的波動將會影響整個系統的正常運行。

同時由于原料氣量的增加，導致加氫處理單元催化劑的裝填量、甲烷深冷分離單元混合制冷劑及LNG預處理單元吸附劑的消耗量也相應的增加。

4 三個方案的投資與運行費用對比

4.1 投資估算對比

三個廢氣處理方案的投資估算對比如表1。

表1 三個廢氣處理方案的投資估算對比 單位：萬元

4.2 運行費用

三個TSA再生廢氣處理方案的運行費用對比見表2。

表2 三個TSA再生廢氣處理方案的運行費用對比 單位：萬元/年

5 結語

通過上述對比可以得出，原料氣量增加約13%，方案一比方案三運行成本多約857.89萬元/年；方案二比方案三運行成本多約1094.29萬元/年。方案三中采用E-FLOX無火焰燃燒技術設備材料預算較方案一多133.06萬元、較方案二多1954.36萬元。

三個方案均可以滿足TSA再生廢氣的排放標準要求，但由于方案一與方案二，原料氣量增加，所以導致整個裝置的公用工程消耗、化學品消耗在一定程度上均有所增加。E-FLOX無火焰燃燒技術能夠滿足要求，通過無火焰燃燒后尾氣能夠滿足現行的排放標準，實現達標排放。而且可以通過副產低壓蒸汽回收部分熱量，裝置工藝路線簡單，不產生二次廢物，流程設置較合理。