焦爐煤氣脫硫工藝選擇及方案設計研究

陳 強

（山西焦化集團有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

由于焦爐入爐煤料自身成分的限制因素影響，在生產焦爐煤氣的過程中，煤炭中的有機硫化物將反應生成硫化氫等氣體，如不進行有效處理則容易造成嚴重的環境污染問題，因此應用焦爐煤氣脫硫工藝勢在必行。當前研究人員針對焦爐煤氣脫硫工藝進行了大量的研究，總結出較多的脫硫工藝流程，但各種焦爐煤氣脫硫工藝在所取得的效果方面則存在一定差異，這就需要結合實際情況對焦爐煤氣脫硫工藝進行優選，以實現硫化物總量排放的最小化。

1 焦爐煤氣脫硫工藝比選

某地擬新建一焦爐煤氣廠區，在規劃階段預先確定其脫硫工藝。為實現焦爐煤氣脫硫工藝的優選，本次研究首先針對當地周邊區域的13 家焦爐煤氣生產企業進行調查，結果顯示，在以上13 家企業當中，有9 家企業采用以氨為堿源的HPF 法前脫硫工藝，2 家企業采用以碳酸鈉為堿源的PDS＋栲膠法后脫硫工藝，而另外2 家企業則采用以碳酸鈉為堿源的888 法后脫硫工藝。在比選過程中，研究人員通過實地勘察和資料統計，對以上13 家企業的焦爐煤氣中的硫化氫質量濃度監測數據進行整理歸納，初步得到數據如表1 所示。

表1 不同脫硫工藝所取得的效果分析

根據表1 中的數據分析可知，HPF 法針對低濃度工況的效果較優，但在高濃度工況下則相對較為乏力。而PDS 法在低濃度和高濃度工況下均可取得較優的效果；888 法后脫硫工藝的效果則介于二者之間。

在此基礎上，為進一步探究3 種脫硫工藝的優缺點，研究人員同時分析堿源種類、催化劑種類、脫硫塔數量、脫硫效率和廢液處置等多項因素，以此進行綜合比選。分析結果顯示：1）HPF 法在設備使用年限和成本等方面較具優勢，但由于堿液pH 控制不穩定，導致脫硫效果相對不穩定；2）888 法后脫硫工藝和PDS 法在脫硫效率方面更具優勢，但成本相對偏高，且洗脫工序設備損耗較為嚴重。對此，綜合考慮多方面因素，最終確定本次選用HPF 法作為脫硫工藝，并對既有的HPF 法進行優化改進。

2 焦爐煤氣脫硫工藝方案設計

在確定應用HPF 法進行脫硫工藝后，首先對整體工藝方案進行設計，得到的工藝流程圖如圖1。

圖1 工藝流程圖

如圖1 所示，該工藝的基本流程如下：

1）對焦爐煤氣進行預冷處理，使焦爐煤氣從塔底進入脫硫塔；

2）開啟噴淋系統，使脫硫液從塔頂噴淋而下，充分接觸煤氣后吸收焦爐煤氣中的硫化氫；

3）反應后的脫硫液由管道輸送至再生塔，與空氣接觸反應，使脫硫液再生；

4）控制脫硫液返回脫硫塔塔頂，再生塔的硫磺泡沫則由泡沫槽進入熔硫釜，生成副產品單質硫。

基于上述工藝流程，研究人員通過采取以下幾方面的措施，對脫硫工藝予以改進。

一是對堿源進行優化，在傳統的濃氨水中添加氫氧化鈉與碳酸鈉。通過應用以上兩種藥品，吸收劑的堿度和pH 值得到有效提升，且穩定性也大幅度提升?；谠搩灮椒?，氨水經過焦爐煤氣凈化處理后，氫氧化鈉和碳酸鈉直接投入到脫硫液槽中，氫氧化鈉的主要作用是抑制碳酸鈉水解，降低碳酸氫鈉作用，提高堿度的pH 值，從而提高脫硫率[1-2]。

二是對脫硫液溫度進行調整。根據理論分析可知，當環境溫度較高時，脫硫液中的氨含量將顯著降低。通過以往的經驗可知，脫硫液中的氨含量與溫度的關系近似如圖2 所示。

圖2 脫硫液中的氨含量與溫度的關系

根據圖2 可知，當環境溫度升高至40 ℃以上時，脫硫液中的氨質量濃度顯著降低至4.0 g/L 以下，此時溶液的pH 值也降低至7.5 以下，導致脫硫效果受到嚴重限制[3]。針對這一問題，本次對脫硫工藝進行改造，將脫硫液泵出口的一部分脫硫液使用低溫水進行冷卻，而后這部分脫硫液再經由換熱器冷卻系統，回到脫硫液泵當中。

三是對壓縮空氣管道進行改進?？紤]到傳統HPF法對于壓縮空氣含量難以實現有效控制，本次采用控制壓縮空氣含量的理念進行優化設計。在該模式下，由于既有系統中的壓縮管道調節閥門設置在壓縮空氣主管上部，且壓縮空氣分管位置未設置調節閥門，因此對整套系統的壓縮空氣量進行控制[4-5]。由此，設計人員在壓縮空氣管道上增加一條管道，該管道承擔壓縮空氣的供給，以解決壓縮空氣量不穩定的問題。

在應用以上優化措施后，得到改進后的工藝流程如下：

1）將焦爐煤氣輸送至預冷塔，并啟動噴淋裝置，使煤氣與冷卻塔頂噴灑的循環冷卻液逆向接觸，使煤氣溫度降低至30 ℃左右；同時冷卻塔下部將循環冷卻液送至冷卻器，用低溫冷卻器將其冷卻至28 ℃，再控制其進入到冷卻塔的循環噴灑系統中，冷卻液中的剩余氨水及時更新冷卻液，其余的循環冷卻液從脫硫塔頂部溢出，送入冷凝鼓風工段。

2）預冷后的焦爐煤氣進入脫硫塔，與脫硫塔頂噴淋下的脫硫液進行逆向接觸，接觸完成后，將其送入副產品加工工段。

3）脫硫液從塔底流出，進入反應槽，通過脫硫液循環泵將其送入到再生塔，再生塔通過壓縮空氣裝置，使溶液在再生塔內氧化再生，從而達到循環利用的目的。

4）再生以后的冷卻液從塔頂的液位調節器自流到脫硫塔循環系統，便于循環使用。浮在再生塔頂部的泡沫，則通過高差流入到泡沫槽，經過泡沫泵送入到壓濾機除水處理進行回收利用，生成副產品。

3 應用效果及討論

在確定優化改進的HPF 工藝后，將其應用于該廠區的焦爐煤氣脫硫環節，并對其脫硫效果進行檢測，檢測結果如表2 所示。

表2 改進型HPF 工藝的脫硫效果

從表2 表中的數據不難看出，應用本次改進型HPF 工藝進行脫硫后，脫硫效率與以往相比得到了大幅度提升，有效改善了焦爐煤氣的質量，降低了硫化物的排放量，有利于改善周圍生態環境，也符合國家環保節能經濟發展戰略要求。

4 結語

整體來看，在本次研究中，針對某焦爐煤氣生產廠區的實際情況，結合相關案例，對當前主流的幾種焦爐煤氣脫硫工藝進行比選，并綜合多方面的因素，確定最具可行性的工藝模式。在此基礎上，對既有的工藝模式進行優化，優化后的結果顯示，該工藝取得了相對較優的脫硫效果，在保持原有的HPF 脫硫工藝的基礎上，更加符合焦爐煤氣的生產要求，同時又提高了脫硫率，環境效益較為明顯。