脫硫再生塔在焦?fàn)t煤氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

陳郭鑫

（山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 臨汾 041600）

0 引言

山西焦化集團(tuán)公司5 號(hào)、6 號(hào)搗固焦?fàn)t為2×55孔TJL5550D 型復(fù)熱式搗固焦?fàn)t，設(shè)計(jì)焦炭產(chǎn)量為110 萬(wàn)t/a，配套獨(dú)立的煤氣凈化裝置，處理能力為5.4萬(wàn)m3/h。5 號(hào)、6 號(hào)焦?fàn)t產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣由配套的二化產(chǎn)煤氣系統(tǒng)負(fù)責(zé)凈化處理。其中，煤氣脫硫裝置采用以氨為堿源的HPF 法脫硫工藝，脫硫系統(tǒng)原設(shè)計(jì)共有3 座脫硫塔，各塔串聯(lián)進(jìn)行三級(jí)脫硫。后期因生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，對(duì)配煤比及結(jié)焦時(shí)間進(jìn)行了調(diào)整，5號(hào)、6 號(hào)搗固焦?fàn)t煤氣量達(dá)到5.5～7.0 萬(wàn)m3/h，平均煤氣量為6.5 萬(wàn)m3/h 左右，煤氣硫化氫含量高達(dá)12 g/m3以上，煤氣量及硫化氫含量均超過(guò)設(shè)計(jì)值。正常生產(chǎn)運(yùn)行期間，3 個(gè)脫硫塔同時(shí)運(yùn)行，才能保證硫化氫含量達(dá)標(biāo)并滿足下游用戶的使用要求。因不具備單塔檢修條件，每年脫硫系統(tǒng)停工檢修一次，脫硫系統(tǒng)停工檢修期間出廠焦?fàn)t煤氣硫化氫超標(biāo)，嚴(yán)重影響下游用戶生產(chǎn)使用。另外，通過(guò)這幾年的系統(tǒng)運(yùn)行狀況及檢修情況來(lái)看，原有3 臺(tái)脫硫塔存在脫硫液循環(huán)量不足的情況，影響脫硫效果。基于以上原因，對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。焦化廠二化產(chǎn)作業(yè)區(qū)焦?fàn)t煤氣脫硫系統(tǒng)優(yōu)化改造項(xiàng)目于2018 年3 月15 日下發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理責(zé)任書正式啟動(dòng)，2019 年3 月20 日開(kāi)始施工，2020 年5 月13 日完成項(xiàng)目交工驗(yàn)收。2020 年6月12 日，系統(tǒng)開(kāi)始注水添加脫硫劑，6 月15 日，系統(tǒng)投焦?fàn)t煤氣，轉(zhuǎn)入試生產(chǎn)階段，7 月15 日正式投入生產(chǎn)使用。

1 優(yōu)化改造內(nèi)容

1）對(duì)原有10 臺(tái)貧富液泵進(jìn)行改型更換，額定流量由1 200 m3/h 提高至1 500 m3/h。提高了原有3 臺(tái)脫硫塔的脫硫液循環(huán)量及處理能力。

2）新增1 臺(tái)脫硫塔、再生塔及配套的空壓站、硫泡沫槽和泡沫泵等，將煤氣中的硫化氫質(zhì)量濃度脫至250 mg/m3以下，并回收硫磺。新建脫硫塔投用后，具備3 塔運(yùn)行、1 塔檢修的條件。

2 試生產(chǎn)階段存在的主要問(wèn)題

因高塔再生工藝在本廠屬于第一次應(yīng)用，無(wú)相關(guān)的參考數(shù)據(jù)，因此，在試生產(chǎn)期間出現(xiàn)了許多問(wèn)題。

1）再生塔硫泡沫含水較大，泡沫偏稀。試生產(chǎn)期間，再生塔頂液位調(diào)節(jié)器開(kāi)度按照50%控制，再生塔實(shí)際液位在4.8 m 左右。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，再生塔頂溢流出的硫泡沫較多，泡沫槽內(nèi)硫泡沫含水較大，連續(xù)取硫泡沫樣送檢，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在80%～85%，與預(yù)期硫泡沫含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在80%以內(nèi)存在較大偏差。

2）空壓風(fēng)流量控制不穩(wěn)定，硫泡沫溢流間斷。試生產(chǎn)期間，4 號(hào)再生塔空壓風(fēng)流量按照設(shè)計(jì)要求控制在2 200 m3/h 左右，硫泡沫溢流不穩(wěn)定，存在溢流中斷的問(wèn)題。并且，再生塔硫泡沫溢流還存在周期性的突發(fā)狀況，每10～12 h 就會(huì)出現(xiàn)一次硫泡沫“爆發(fā)式”溢流。溢流期間，大量稀硫泡沫涌入硫道，瞬間填滿硫道。如果泡沫槽液位偏高，還會(huì)造成泡沫槽冒槽事故。

3）脫硫塔捕霧段沖洗時(shí)，再生塔硫道滿水。試生產(chǎn)期間，脫硫塔阻力增長(zhǎng)至0.8 kPa。對(duì)脫硫塔捕霧段進(jìn)行了沖洗，按照沖洗方案先打開(kāi)捕霧段DN200 沖洗閥門，后逐步關(guān)閉入脫硫塔貧液管道DN700 閥門，隨著入脫硫塔貧液閥門的逐步關(guān)閉，入脫硫塔貧液循環(huán)量逐步降低。期間，入再生塔富液量增大，系統(tǒng)液位控制不平衡，造成再生塔液位突然升高，脫硫液夾帶大量硫泡沫瞬間進(jìn)入泡沫槽，造成泡沫槽冒槽事故。

3 解決方案

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查并查閱設(shè)計(jì)方案，制定了相應(yīng)的管控措施及調(diào)整方案。

1）針對(duì)再生塔硫泡沫含水較大，泡沫偏稀的問(wèn)題，主要通過(guò)調(diào)節(jié)再生塔液位調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。先后將液位調(diào)節(jié)器開(kāi)度調(diào)整為40%、30%、20%和10%進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)一段時(shí)間的試驗(yàn)運(yùn)行，最終將液位調(diào)節(jié)器開(kāi)度調(diào)整為10%進(jìn)行控制。液位調(diào)節(jié)器在10%開(kāi)度下可保證一定的硫泡沫層厚度，硫泡沫含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在80%以內(nèi)，平均值可以控制到70%左右，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 液位調(diào)節(jié)器開(kāi)度與硫泡沫含水的關(guān)系

2）對(duì)于空壓風(fēng)流量控制不穩(wěn)定的問(wèn)題，主要對(duì)再生塔空壓風(fēng)流量進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，先將空壓風(fēng)流量降低至2 000 m3/h、1 800 m3/h 和1 600 m3/h 進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，最終將空壓風(fēng)流量確定為1 600 m3/h 左右運(yùn)行，在該流量下再生塔硫泡沫溢流穩(wěn)定，再未出現(xiàn)過(guò)“爆發(fā)式”溢流。如果空壓風(fēng)流量控制偏低，會(huì)影響脫硫富液中硫泡沫的再生，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 空壓風(fēng)流量與硫泡沫溢流情況的關(guān)系

3）對(duì)于脫硫塔捕霧段沖洗時(shí)再生塔硫道滿水的問(wèn)題，結(jié)合項(xiàng)目單體試車時(shí)的相關(guān)記錄，對(duì)脫硫塔捕霧段沖洗方案進(jìn)行了修改，明確了沖洗捕霧段前將脫硫液循環(huán)量降低至600 m3/h，后期對(duì)脫硫塔捕霧段進(jìn)行沖洗。采用此方案后，再未出現(xiàn)再生塔硫道滿水事故，并將沖洗方法在崗位操作規(guī)程中完善、固化。

4 相關(guān)工藝參數(shù)控制

通過(guò)試生產(chǎn)期間的摸索和調(diào)試，4 號(hào)脫硫塔系統(tǒng)運(yùn)行良好，出工段硫化氫指標(biāo)穩(wěn)定。現(xiàn)對(duì)整個(gè)高塔再生工藝的相關(guān)控制方法和要求進(jìn)行進(jìn)一步總結(jié)。

4.1 脫硫塔脫硫液循環(huán)量的控制

按照焦?fàn)t煤氣的發(fā)生量及時(shí)調(diào)節(jié)，煤氣流量在6 萬(wàn)m3/h 以下時(shí)，循環(huán)量可降低至1 200 m3/h 左右。如果煤氣流量在6 萬(wàn)m3/h 以上時(shí)，應(yīng)及時(shí)將脫硫液循環(huán)量提高至1 500 m3/h 左右。否則，將會(huì)造成煤氣中的硫化氫吸收不充分、不完全，進(jìn)而影響出工段硫化氫指標(biāo)穩(wěn)定。

4.2 脫硫塔空壓風(fēng)流量的控制調(diào)節(jié)

空壓風(fēng)流量的控制[1-2]應(yīng)結(jié)合煤氣流量、泡沫含水情況總體考慮。正常生產(chǎn)期間，如果煤氣流量在6 萬(wàn)m3/h 以下，可適當(dāng)降低空壓風(fēng)流量至1 200 m3/h。如果煤氣流量在6 萬(wàn)m3/h 以上，應(yīng)控制空壓風(fēng)流量在1 600 m3/h 以上。如果硫泡沫含量較大，可適當(dāng)降低空壓風(fēng)流量。另外，還需要關(guān)注空壓風(fēng)壓力，空壓風(fēng)壓力應(yīng)不低于0.5 MPa。如果壓力偏低，將會(huì)影響脫硫富液中硫泡沫的再生效果。

4.3 脫硫液質(zhì)量的控制

正常生產(chǎn)期間，脫硫液中脫硫劑的質(zhì)量濃度應(yīng)控制在50 mg/L 左右。如果煤氣流量超過(guò)6.5 萬(wàn)m3/h，應(yīng)相應(yīng)增加脫硫劑的添加量，將脫硫劑質(zhì)量濃度提高至100 mg/L 左右。但脫硫劑的濃度也不應(yīng)過(guò)高，否則，將會(huì)對(duì)脫硫液中副鹽的濃度產(chǎn)生一定影響，造成副鹽濃度偏高，進(jìn)一步影響脫硫吸收效果。脫硫液中的揮發(fā)氨質(zhì)量濃度應(yīng)控制在3 g/L 以上，揮發(fā)氨濃度偏低，脫硫塔內(nèi)硫化氫的吸收效率降低，會(huì)造成出工段硫化氫指標(biāo)異常，脫硫液中揮發(fā)氨的濃度補(bǔ)充采用蒸氨塔濃氨水來(lái)補(bǔ)充，化驗(yàn)濃度偏低時(shí)應(yīng)及時(shí)將濃氨水切入。脫硫液中的副鹽主要有硫代硫酸銨和硫氰酸銨，該副鹽會(huì)隨著脫硫反應(yīng)的進(jìn)行逐漸升高，而且該反應(yīng)屬于不可逆的化學(xué)反應(yīng)，一旦產(chǎn)生，很難通過(guò)化學(xué)方法消除。所以，在日常生產(chǎn)中需要重點(diǎn)關(guān)注該部分副鹽的含量，一旦副鹽質(zhì)量濃度超過(guò)250 g/L，應(yīng)立即對(duì)脫硫液進(jìn)行置換。

4.4 煤氣溫度的控制

應(yīng)將脫硫塔內(nèi)的煤氣溫度控制在30～35 ℃。為保證煤氣溫度在控制范圍內(nèi)，必須保證預(yù)冷塔的正常運(yùn)行，預(yù)冷塔后煤氣溫度應(yīng)控制在30 ℃左右。

4.5 循環(huán)脫硫液溫度的控制

應(yīng)將循環(huán)脫硫液的溫度控制在35～40 ℃。為保證循環(huán)脫硫液的溫度，應(yīng)定期對(duì)循環(huán)脫硫液換熱器進(jìn)行疏通清理。為保證夏季脫硫液的溫度在指標(biāo)內(nèi)，應(yīng)使用換熱面積在250 m2以上的換熱器。

4.6 預(yù)冷后煤氣質(zhì)量的控制要求

為最大限度地去除煤氣中的焦油和萘，必須保證電捕焦油器和初冷器正常操作。否則，會(huì)引起催化劑中毒，嚴(yán)重影響脫硫效率。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)并實(shí)施相關(guān)措施，4 號(hào)脫硫塔系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出工段硫化氫指標(biāo)達(dá)標(biāo)，徹底解決了之前每年脫硫系統(tǒng)進(jìn)行一次全面停工檢修造成出工段硫化氫超標(biāo)的問(wèn)題。同時(shí)，將相關(guān)的操作經(jīng)驗(yàn)和方法固化到了崗位操作規(guī)程，為后續(xù)的脫硫系統(tǒng)操作提供了可靠的依據(jù)。