焦爐煤氣凈化脫硫工藝技術探討

劉剛

【摘 要】焦爐煤氣凈化回收是能源高效利用和循環經濟的典范，各種先進的煤氣凈化技術不僅將焦爐煤氣資源“吃干抹凈”，而且有效地降低了能耗，為企業創造了可觀的經濟效益和環保效益，促進了焦化企業的高質量發展。

【關鍵詞】焦爐煤氣;凈化工藝;現狀;發展趨勢

前言

未經過凈化處理的焦爐煤氣被稱為荒煤氣，是煤在焦爐炭化室的高溫蒸餾作用下揮發出的黃褐色汽氣混合物，其中含有較多的煤粉塵、二氧化硫、硫化氫、焦油以及其他多環芳烴類污染物。由于其成分復雜，污染物較多，未經處理的荒煤氣是不能供給煤氣用戶使用的，否則很容易造成管路堵塞、環境污染等問題;

1焦爐煤氣的成分特性

焦爐煤氣的氣量大、熱值低，每冶煉1t生鐵大約可以產生1700～2500m3的焦爐煤氣，目前國內焦爐煤氣的產量高達700億～800億m3/月。焦爐煤氣中的可用成分是一氧化碳，占28%～33%，其余成分為二氧化碳、氫氣、氮氣和甲烷等，因此可燃成分較少，熱值較低，一般為3344～4180kJ/m3。焦爐煤氣中主要的含硫物質為有機硫和無機硫，總硫濃度為100～200mg/Nm3。無機硫以H2S為主，有機硫主要是羰基硫（COS），此外還有少量的二硫化碳、硫醚、硫醇、噻吩等。研究者們對企業不同焦爐煤氣硫分進行了取樣監測，發現COS濃度大多為100～200mg/Nm3，H2S濃度在100mg/Nm3以內。

2無機硫脫除工藝

焦爐煤氣中無機硫的主要存在形式是H2S，H2S的脫除工藝相對于有機硫較為成熟，其最早是應用在焦爐煤氣凈化中，目前常見的技術包括干法脫硫和濕法脫硫。

2.1干法脫硫

干法脫硫即用固體吸收劑或者氧化劑直接對H2S進行吸附或者氧化，常用技術為活性炭吸附。先通過重力除塵器的初步除塵，再經過固定床的活性炭吸附脫除煤氣中的無機硫，此方法脫硫精度高，操作簡單，能有效脫除煤氣里的無機硫，但對有機硫幾乎沒有去除效果，且需要對脫硫劑進行定期更換，會產生大量固廢。

2.2濕法脫硫

濕法脫硫屬于成熟工藝，即在吸收塔內噴淋吸收液與焦爐煤氣接觸，可以比較徹底地脫除煤氣里的H2S，該法在焦爐煤氣洗滌上已有廣泛應用。濕法脫硫包括物理吸收法、物理化學吸收法、化學吸收法和濕式氧化法等方法。目前效果較好的是濕式氧化法，即采用催化劑在液相下進行氧化還原反應，H2S被弱堿溶液吸收、氧化后析出單質硫，同時吸收液得到再生。該方法流程簡單、投資較低、操作彈性大，對H2S的吸收具有選擇性，可以回收單質硫，結合焦爐煤氣氣量較大的特點，焦爐煤氣脫H2S可選用濕式氧化法，具體工藝可分為FRC法、TH法、HPF法、改良ADA法、AS法、PDS+栲膠法和888法，不同工藝的區別主要表現在吸收液所需的堿源和氧化催化劑上。

3有機硫脫除工藝

限于以往的排放標準，傳統的煤氣凈化工藝主要關注粉塵和無機硫的脫除，對有機硫的去除效果不夠，無法實現真正意義上的全硫脫除。焦爐煤氣的凈化需要重點關注有機硫，尤其是COS的脫除。COS的脫除主要有胺吸收法、氧化法、加氫還原法和水解轉化法等。胺吸收法是靠化學作用直接吸收COS并與吸收劑形成新的廢液，不能回收單質硫，去除率在61%左右，難以滿足焦爐煤氣大氣量凈化的要求，成本偏高。氧化法是在氧化劑的作用下，通過反應將COS氧化成單質硫，但氧化法對氧化環境和氧化劑要求嚴格，不易控制。因此本文將主要討論加氫還原法和水解轉化法在焦爐煤氣凈化工程應用上的可行性。

3.1加氫還原法

加氫還原法目前主要應用在石化行業，即COS在催化劑的作用下通過加氫轉化成H2S后再進行脫除，其優點是轉化率高，可達99.99%。但是該反應對壓強要求較大，通常為3.5～4.0MPa，反應溫度為280℃～400℃，對反應設備要求較高。除此之外，該反應需在較低的CO濃度下才能有較高的COS轉化率，對于應用廣泛的Fe-Mo系催化劑來說，需要CO濃度小于8%時才能發揮出較好的轉化率，但焦爐煤氣中的CO濃度在30%左右，這就需要先將CO濃度降至10%以下才能進行COS的轉化反應。對于企業來說，高壓設備和CO去除環節將增加環保成本。

3.2水解轉化法

與加氫還原法相比，水解轉化法的優勢較為明顯，在較低溫度（100℃～200℃）和較低壓力15～30kPa下即可完成高效轉化，轉化率大于99%。水解轉化法大規模推廣需要解決的核心問題是水解催化劑的開發，高活性、高壽命、較強的抗中毒能力是開發的主要目標。

4變溫吸附凈化工藝

所謂變溫吸附工藝屬于當前最新的焦爐煤氣凈化脫硫工藝。在相同壓力條件下，伴隨溫度的不斷升高，焦爐煤氣的硫化物吸附能力就會呈現快速下降趨勢，這就是變溫吸附工藝技術。它其中利用到了大量吸附劑，在一定條件下有效吸附焦爐煤氣中的各種雜質成分。如果溫度升高，則吸附容量會逐漸變小;如果在常溫狀態下，大量氣態的硫化氫會與空氣中的氧氣結合并產生化學反應，該化學反應屬于放熱反應，其反應速度不快，但如果加入催化劑則會加速反應。目前最常用的催化劑為活性炭，因為活性炭的吸附能力較強，所有的脫硫工藝都會在活性炭表面完成，合理利用活性炭表面的能量分子吸附硫化氫并產生水霧，而遇到水霧的硫化氫則會直接溶解，達到脫硫效果。在脫除氨成分過程中，則要考慮到氨不具備弱堿性質，因此需要將其與硫化氫（酸性物質）相結合，達成酸堿中和目標，如此更有利于硫化氫分子的有效吸附，進一步提升脫硫速率。

結束語

常規焦爐煤氣生產工藝主要運用到了蒸汽轉化技術，所以該轉化過程中產生大量雜質也在所難免，這就造成了大量的環境污染問題。為了解決這一問題，必須思考降低焦爐煤氣中所含有的焦油、有機硫、氰化物等雜質成分，展開有效凈化工作。所以本文中就專門提出了新干法脫硫凈化工藝與變溫吸附脫硫凈化工藝，希望參考、實踐應用兩大工藝凈化焦爐煤氣中雜質，提高企業生產質量與生產經濟效益。

參考文獻：

[1]田向農.焦爐煤氣凈化工藝節能技術的應用[J].山西化工，2020，40（02）：109-110.