焦化廠脫硫工藝的改造及效果評價

宮麗斌

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司職業(yè)病防治所，山西 太原 030053)

引 言

焦化廠為對原煤進(jìn)行再處理的場所，經(jīng)焦化廠處理后的原煤可適用于其他各種行業(yè)對煤炭發(fā)熱量的需求。焦?fàn)t煤氣為煤炭焦化處理的副產(chǎn)物，其可應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中。近年來，根據(jù)我國相繼發(fā)布的一系列關(guān)于污染物排放的標(biāo)準(zhǔn)，要求焦?fàn)t煤氣作為燃料其含硫量要盡可能低。因此，對焦化廠脫硫工藝提出了更高的要求[1]。本文著重對某焦化廠脫硫工藝進(jìn)行改造，并對改造后的效果進(jìn)行驗證。

1 焦化廠脫硫工藝現(xiàn)狀研究

某焦化廠年設(shè)計焦化生產(chǎn)能力為360萬t，為保證焦?fàn)t煤氣中含硫量滿足相關(guān)環(huán)保要求，為其設(shè)置了兩組焦?fàn)t煤氣凈化裝置，而且每組焦?fàn)t煤氣凈化裝置所采用的脫硫工藝不同。其中，第一組凈化裝置所采用的脫硫工藝AS循環(huán)氧化法脫硫工藝；第二組凈化裝置所采用的脫硫工藝為ADA濕式氧化法脫硫工藝。

目前，基于上述脫硫工藝流程所獲得的焦?fàn)t煤氣中各種雜質(zhì)的含量如表1所示。

表1 脫硫工藝效果對比

1.1 一組脫硫工藝現(xiàn)狀

一組脫硫工藝是基于AS循環(huán)氧化法所實現(xiàn)的，該脫硫工藝主要經(jīng)歷的工藝步驟為：在H2S洗滌塔內(nèi)吸收酸性氣體、采用NaOH溶液進(jìn)一步吸收硫化氫，涉及到的設(shè)備包括有H2S洗滌塔、1#洗氨塔、2#洗氨塔[2]。

經(jīng)實踐表明，在不同季節(jié)內(nèi)基于上述脫硫工藝對H2S的控制效果不同。在冬季，一組脫硫工藝對焦?fàn)t煤氣凈化后H2S的質(zhì)量濃度小于0.5 g/m3；在夏季，一組脫硫工藝對焦?fàn)t煤氣凈化后H2S質(zhì)量濃度小于0.7 g/m3。目前，一組脫硫工藝的最高脫硫效率僅為91.73%，且對設(shè)備的腐蝕性較大。

1.2 二組脫硫工藝現(xiàn)狀

二組脫硫工藝是基于ADA濕式氧化法所實現(xiàn)的，涉及到的設(shè)備包括脫硫塔和再生塔。二組脫硫裝置處理焦?fàn)t煤氣的能力為64 000 m3/h,焦?fàn)t煤氣中H2S的質(zhì)量濃度可由7 g/m3降低至0.3 g/m3。

經(jīng)實踐表明，二組脫硫工藝最高脫硫效率可達(dá)97%。但是，目前基于二組脫硫工藝反應(yīng)后的硫泡沫流動性較差，容易造成脫硫塔阻塞，需定期對設(shè)備進(jìn)行檢修，且每次檢修需耗時25 d，極大地增加了脫硫工藝運行的成本[3]。

2 脫硫工藝的改造及效果評價

目前，該焦化廠基于上述兩組不同脫硫工藝最終獲得焦?fàn)t煤氣燃燒產(chǎn)物中SO2的含量不符合相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的SO2排放濃度低于50 mg/m3的要求，需對當(dāng)前脫硫工藝進(jìn)行優(yōu)化。以下將對上述兩組脫硫裝置及其對應(yīng)的脫硫工藝進(jìn)行改造。

2.1 一組脫硫工藝的改造及效果評價

2.1.1 一組脫硫工藝的改造

影響AS循環(huán)氧化法脫硫工藝最終脫硫效果的指標(biāo)包括操作溫度、氣液接觸時間、吸收液流量計吸收劑的濃度。因此，將從對上述參數(shù)控制的方式實現(xiàn)對脫硫工藝的改造。

1)氣液接觸時間越長，對H2S的吸收效果越好。因此，根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)將氣液接觸時間控制在5 s之內(nèi)，可通過改變脫硫塔貧液的入口改變氣液接觸時間；

2)操作溫度包括吸收溫度和脫酸塔頂溫度。其中，將吸收溫度優(yōu)化控制在20 ℃～23 ℃；基于理論計算將脫酸塔頂溫度控制在95 ℃～97 ℃[4]；

3)經(jīng)理論表明，液氣比例越高越有利于對H2S的吸收，綜合考慮對H2S的吸收效果和操作成本，將液氣比控制在1.5 m3/km3左右。

2.1.2 一組脫硫工藝的效果評價

經(jīng)對一組脫硫工藝改造后，基于脫硫改造后工藝凈化處理后H2S的含量如表2所示。

表2 一組脫硫工藝改造效果

經(jīng)對一組脫硫工藝改造后期脫硫效率由91.73%增大至96.21%。

2.2 二組脫硫工藝的改造及效果評價

2.2.1 二組脫硫工藝的改造

針對二組脫硫裝置的運行現(xiàn)狀，其主要問題為脫硫處理后硫泡沫流動性差容易造成相關(guān)設(shè)備堵塞，增加了設(shè)備檢修次數(shù)，進(jìn)而增加了脫硫成本[5]。鑒于上述問題，針對二組脫硫工藝采用重選脫硫劑的方案進(jìn)行改造。

經(jīng)對多種脫硫劑的性能和成本進(jìn)行綜合考慮，最終選用HJ-H脫硫劑。基于HJ-H脫硫劑僅需加入適量的碳酸鈉即可完成脫硫操作，而且整個操作程序相對簡單便于實施。此外，催化劑濃度與脫硫效率有直接關(guān)系，經(jīng)研究可知，基于HJ-H脫硫劑進(jìn)行脫硫操作，隨著催化劑濃度的升高對應(yīng)脫硫效率的關(guān)系如圖1所示。

如圖1所示，當(dāng)催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于28×10-6時，對應(yīng)脫硫效率的變化明顯，且脫硫效率已達(dá)到95%；隨著催化劑濃度的繼續(xù)增大，對應(yīng)脫硫效率變化不明顯。綜合考慮脫硫效率和催化劑成本將基于HJ-H脫硫劑所選用催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在29×10-6左右。

圖1 催化劑與脫硫效率之間的關(guān)系

2.2.2 二組脫硫工藝的效果評價

經(jīng)對二組脫硫工藝改造后，基于脫硫改造后工藝凈化處理后H2S的質(zhì)量濃度如表3所示。

表3 二組脫硫工藝改造效果

經(jīng)對一組脫硫工藝改造后脫硫效率由97%增大至98.08%；更重要的是，將脫硫劑更換后對應(yīng)硫泡沫的浮選效果較好，流動性好，不容易造成相關(guān)設(shè)備的堵塞，同時也降低了相關(guān)設(shè)備的檢修費用。

3 結(jié)論

焦化廠針對焦?fàn)t煤氣中脫硫操作能夠有效降低其中的含硫量，進(jìn)而保證焦?fàn)t煤氣作為燃料時其排放的SO2滿足相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，本文針對某焦化廠對其涉及到的兩組脫硫工藝進(jìn)行改造，具體總結(jié)如下：

1)針對一組脫硫工藝采用優(yōu)化操作時間、氣液接觸時間以及氣液比等相關(guān)參數(shù)，使其脫硫效率從91.73%增大至96.21%；

2)針對二組脫硫工藝采用HJ-H脫硫劑替換傳統(tǒng)脫硫劑的思路進(jìn)行改造，使得其脫硫效率由97%增大至98.08%的同時從根本上解決了硫泡沫流動性不好導(dǎo)致設(shè)備堵塞的問題。