一塔式焦爐煤氣脫硫技術在安鋼焦化廠的應用實踐

張 方

(安陽鋼鐵股份有限公司，河南 安陽 455000)

隨著環保要求提高，沒有經過精脫硫的焦爐煤氣燃燒后廢氣二氧化硫普遍超標，解決二氧化硫超標問題是源頭治理最經濟有效的方案。安陽鋼鐵股份有限公司焦化廠焦爐煤氣脫硫原設計采用真空碳酸鉀脫硫工藝，脫硫后硫化氫指標只能達到300 mg/m3以下，無法滿足軋鋼等后續用戶的需要。2018年9月進行技術改造，新建了處理能力為160 000 m3/h的一塔式焦爐煤氣精脫硫裝置，并取得良好的效果。

1 焦爐精脫硫工藝路線選擇

脫硫后硫化氫如需達到20 mg/m3的標準要求，主要有兩種方案可供選擇：①在現有真空碳酸鉀脫硫裝置后串聯干法脫硫裝置；②在現有真空碳酸鉀脫硫裝置后串聯一級濕式氧化法脫硫裝置。以下就兩種方案進行對比分析。

經過查閱資料，對比同行不同廠家經驗，總結出干、濕法脫硫效果如表1所示。

表1 干法濕法脫硫效果對比

由表1可以看出，相比濕法脫硫，考慮提精鹽的費用，干法脫硫的優點在于一次性投資較低，能源動力消耗少，操作難度低，無廢液產生。缺點在于占地面積大，固廢量多，脫硫劑更換勞動強度大，對上道工序操作要求高。

具體到本廠的情況，綜合考慮還是新建濕法脫硫工藝較為合理，具體原因如下：①干法脫硫對上道工序要求高，操作彈性小。寶鋼湛江項目設計進口硫化氫200 mg/m3，如前道真空碳酸鉀脫硫工藝檢修，設計只能承受500 h，硫容即達到飽和需要更換，常規真空碳酸鉀脫硫工藝每年需要進行1～2次檢修，每次檢修就要更新一次脫硫劑。而濕法脫硫對前道工序要求低，鞍鋼鲅魚圈設計的塔前硫化氫500 mg/m3左右。②干法脫硫硫容較低，不適合安鋼焦化廠工況。寶鋼湛江項目1年硫容就會達到飽和，公司常規真空碳酸鉀脫硫工藝塔后硫化氫在300 mg/m3左右，如果脫到20 mg/m3以下，硫容是寶鋼湛江項目的2.8倍，也就是4個月就需要更換脫硫劑。考慮工序檢修和操作不穩定的時間，安鋼焦化廠實際脫硫劑約3個月就需要更換一次，每年需要更換的脫硫劑共8 000 m3，價值約1 280萬元。如果降低更換量必然會造成塔后硫化氫超標。③干法脫硫固廢量大，難以處理。以前安鋼焦化廠干法脫硫的脫硫劑一般都是采用填埋處理或外包處理，由于總量小，環保要求不高，尚可對付。隨著對固廢處理的要求越來越嚴，處理難度加大，按上節估算的每年8 000 m3固廢量很快就能把安陽市周邊可填埋處填滿。濕法工藝雖然有一定的廢液量，可采用提精鹽等工藝進行處理。④干法脫硫占地面積大，而且對周邊建筑都有安全距離要求，不適合安鋼焦化廠場地緊張的現狀。濕法工藝占地面積較小，提精鹽和脫硫可分開布置，更適合安鋼焦化廠現狀。

以上方案，核心問題是前段脫硫的效果，如果脫硫能夠穩定到200 mg/m3，最好小于100 mg/m3，可以考慮選用干法脫硫，能源動力消耗低、操作簡單、固廢量少，無液廢、廢氣產生。如果前段脫硫后硫化氫指標較高，則不宜選用干法脫硫，注意前段脫硫是否存在停產檢修的問題。寶鋼湛江項目設計進口硫化氫200 mg/m3，如前道真空碳酸鉀脫硫工藝檢修，設計只能承受500 h，脫硫劑就需要更換。結合本廠實際情況，還是選擇了濕法脫硫。

2 一塔式脫硫應用實踐

2.1 一塔式脫硫流程

安鋼焦化廠一塔式脫硫采用的是塔上部作為吸收段，底部作為再生槽。由真空碳酸鉀脫硫工序送來的焦爐煤氣分兩路，分別進入微型管道吸收器，預脫10%～30%的硫化氫后，再分別進入兩個并聯的脫硫氧化再生一體式塔，與塔頂噴淋下來的脫硫貧液逆流接觸洗滌，脫除硫化氫后的煤氣經捕霧段除去霧滴后送往后工序。

吸收了H2S的脫硫富液，落入塔體中部的富液緩沖段，通過液封裝置自流進入下部再生段的專用氧化再生器。與外管送來的低壓空氣在再生器內發生強烈的氧化反應，氧化反應產生大量的硫泡沫通過管道自流排至硫泡沫槽；再由硫泡沫泵加壓后送至板框式壓濾機生產硫膏；硫膏通過溜槽再進入熔硫釜生產液硫；液硫經保溫管道自流到硫黃切片機結片成型，經轉鼓內循環水冷卻后的片狀硫黃通過刮刀片剝離鼓體并破碎后，通過下料管進入到硫黃袋內，包裝成袋裝硫黃，用叉車送至倉庫堆放。

發生氧化反應后的脫硫貧液經過液位調節器進入溶液循環槽，再由溶液循環泵送入脫硫塔頂部循環噴淋脫硫，分流一小部分打入微型管道吸收器。溶液循環槽外壁設置液位調節器，實現再生裝置中溶液與硫泡沫的液面高度調節。兩臺脫硫塔的溶液各成系統，單獨各自循環，保證了溶液中的雜質含量少，從而使脫硫效果得到有效保證。

2.2 脫硫過程中的主要反應

在脫硫段內發生的主要反應如下：

堿性水溶液吸收H2S

Na2Sx+NaHCO3

在再生段內發生的主要反應如下：

2.3 一塔式脫硫主要控制指標

羅茨風機出口氣體壓力≤39 kPa；吸收段溫度30～40 ℃；再生段溫度35～40 ℃。脫硫液成分指標：總堿度，20～30 g/L；PDS，20～30 mg/L；pH值，8.5～9.1；懸浮硫，<5 g/L；硫代硫酸鈉，<75 g/L。

3 工藝優點

本次焦爐煤氣脫硫采用低壓空氣氣動切割脫硫溶液再生工藝。主要設備脫硫塔采用下部氧化再生的脫硫氧化再生一體式塔，此塔集煤氣洗滌脫硫、富液緩沖、氧化再生為一體，縮短了溶液的運行距離，降低了系統熱量和各種物料的損失，氧化反應效率高，脫硫效果好，同時節約投資和占地面積。

與傳統工藝相比，具有以下優勢：①能耗低。與同類設施相比，能耗是高塔再生、噴射氧化槽式再生的50%，一塔式噴射氧化再生的60%；②在再生器內，空氣主動切割溶液，與溶液能夠混合充分，再生反應非常迅速；③再生所需低壓空氣由低壓羅茨風機提供，主動加入空氣而不是噴射再生器的被動吸入，不會出現噴射氧化再生經常發生的喉管堵塞造成不進空氣的情況；④提供的空氣量要遠大于噴射再生吸入的空氣量，而且可根據煤氣中H2S的變化，隨時調整空氣量的大小；⑤氧化反應非常迅速，再生反應時間短，副鹽生成少，脫硫效果好；⑥不用到塔頂操作，操作安全，工人勞動強度低。

4 結語

一塔式焦爐煤氣精脫硫技術在安鋼焦化廠應用后，使焦爐煤氣中硫化氫得到有效脫除，為后續焦爐煤氣用戶廢氣達標排放奠定了基礎。裝置脫硫效果好、能耗低、占地面積小、副鹽生成少，出口焦爐煤氣硫化氫指標≤20 mg/m3，達到國內先進水平。