焦化HPF脫硫制酸工藝現狀分析及改進

熊 英，王興浩，尹文亮，羅永濤，李 鵬，邢小寧

(河南金馬能源股份有限公司，河南 濟源 459000)

目前，在我國主流焦化行業中，解決以氨為堿源的HPF濕法脫硫中脫硫液鹽含量以保證脫硫效率穩定的問題：一種是通過外排脫硫廢液經濃縮提鹽[1]，提鹽后的低鹽水回用系統保證脫硫系統水的平衡；另一種是外排脫硫廢液制取濃硫酸。其中，脫硫廢液濃縮提鹽就是將脫硫廢液依次經過活性炭脫色、壓濾、真空濃縮、溶解、結晶、離心分離等工序過程，最終得到硫酸銨和硫氰酸銨產品。其工藝優勢是投資較低，工藝操作簡單，但解決不了作業現場工況惡劣，環境異味大等一系列問題。此外，提鹽[2]產生的硫氰酸銨產品，其特性易于潮解，對儲存條件有較高要求，產品市場需求量較小，價格波動較大，銷售困難。

脫硫廢液制酸工藝[3]就是以再生塔頂的硫泡沫(成分為單質硫和脫硫液)為原料制取濃硫酸，從而實現對脫硫廢液的無害化處理和焦爐煤氣凈化系統中硫資源的有效循環利用，符合國家發展綠色經濟政策和環保要求。本文介紹了脫硫廢液制酸工藝和實際運行中出現的問題以及改進措施，以期對同行業生產有所參考。

1 脫硫廢液制酸工藝簡介

圖1 脫硫廢液制酸工藝流程

脫硫廢液制酸由預處理、焚燒、凈化、干吸、轉化、尾吸六大單元構成[4]，其目的是將脫硫泡沫中的硫元素與富氧空氣氧化燃燒產生SO2過程氣，后經換熱、凈化、干燥、轉化、吸收生產濃硫酸。

脫硫單元的硫泡沫送入離心機分離，濾液部分送往濃縮塔，其余回用脫硫。分離出來的漿液與來自濃縮塔的鹽濃縮液混合后送至焚燒爐。混合液在廢液噴槍內經壓縮空氣霧化后噴出，在高溫條件下與升溫后的富氧空氣氧化燃燒生成SO2過程氣。過程氣經蒸發器換熱冷卻，然后依次通過增濕塔、冷卻塔、洗凈塔及凈化電捕，得到相對潔凈的過程氣。過程氣進入干燥塔脫除其中夾帶的水分后經SO2風機送往轉化工序。轉化后的過程氣經一吸塔和二吸塔吸收產生濃硫酸，尾氣進入尾吸塔和尾吸電捕處理后，進入VOC廢氣回收管道。

2 運行中的問題及解決措施

脫硫廢液制酸系統經過一段時間的運行，出現了預處理單元原液加熱器堵塞、轉化工序第III換熱器堵塞、干吸工序阻力升高[5]等問題，我們針對這些問題進行了分析和改進。

2.1 原液加熱器堵塞

原液加熱器的作用是將濾液與低壓蒸汽進行換熱升溫，其中管程是離心后的濾液，殼程是低壓蒸汽。在運行一段時間后，出現濾液槽往濃縮塔注入濾液時，濾液泵出口壓力高，然而出口短節處可放出濾液，懷疑原液加熱器列管堵塞。通過拆卸原液加熱器封頭，可觀察到內部堵塞物。

通過對離心機濾液取樣如圖2所示，發現離心機濾液中在靜止30 min后，燒杯底部有沉淀物，經過濾后焚燒，產生刺激性氣味且水溶液成酸性，判定沉淀物主要成分是硫磺。

圖2 離心機濾液和靜置30 min后濾液Fig.2 Centrifuge centrifuge and resting for 30 min

從濾液的取樣結果來看，離心機固液相分離效果不理想，濾液中帶有部分硫磺，從而導致原液加熱器列管堵塞。我們對離心機內部水平位和相關參數進行調節以保證離心機固液分離的效果，取樣結果如圖3所示，明顯可見調節后得到的濾液經60 min靜置，底部的沉淀物大量減少。

圖3 離心機濾液和靜置60 min后濾液Fig.3 Centrifuge centrifuge and resting for 60 min

2.2 第III換熱器管程堵塞

在運行一段時間后，SO2風機機后壓力升高，在干燥塔、一吸塔、二吸塔壓差未見明顯增大的情況，我們對轉化第I-IV換熱器前后過程氣壓力進行測量，結果如表1所示。

表1 第I-IV換熱器前后管程過程氣壓差Table 1 Process pressure difference between front and rear piping process of I-IV heat exchanger

經表1結果上可以看出第III換熱器管程進出口過程氣壓差大，判定第III換熱器管道堵塞。從工藝介質流動來看，第III換熱器管程是轉化后的高溫過程氣，殼程為SO2風機后未轉化的低溫過程氣，管程中的高溫流體介質在與殼程低溫流質換熱中，管程冷凝雜質沉積堵塞列管。通過將換熱器頂部封頭割除后如圖4所示，發現第III換熱器中的504根列管均存在不同程度的堵塞。

圖4 清理前及清理后的第III換熱器內部列管Fig.4 Internal column pipe of the III heat exchanger before and after cleaning

經討論分析，造成該結果的根源是硫漿焚燒的不完全，造成雜質進入后續單元，其二是低溫氣體進入換熱器冷凝后冷凝液未及時外排。通過以下措施進行改進：

(1)定期對換熱器進行排液操作；

(2)提高入焚燒爐富氧空氣純度，保證硫漿在焚燒爐中完全燃燒；

(3)加強對富氧空氣質量的監測，避免因分子篩的破碎隨富氧空氣進入焚燒爐，增加過程氣中雜質含量；

(4)加強蒸發器底部旋轉密封閥排灰排渣，使后續過程氣中雜質組分減少；

(5)降低凈化工序過程氣溫度和提高洗凈塔循環流量，增加凈化電捕的沖洗頻次，通過凈化洗滌進一步降低過程氣中雜質。從改進后運行的現狀來看，第III換熱器管程前后壓差較為穩定。

2.3 干吸塔阻力升高

運行中出現干吸塔阻力升高，其原因是絲網除霧器出現阻塞，阻礙過程氣的通過，造成該現象的原因主要是酸泥等雜質堵塞，如圖5所示。通過對絲網除霧器沖洗，然后熱空氣烘干后使用。

圖5 干吸塔絲網除霧器Fig.5 Dry suction tower screen deatome

除此之外，干吸壓差升高還受干吸塔循環硫酸酸溫、循環硫酸酸濃等因素影響。我們通過以下措施進行改進：

(1)降低過程氣中雜質含量；

(2)對提高干吸塔換熱器換熱效率，有效降低入干吸塔循環硫酸的溫度；

(3)通過干吸、一吸、二吸酸槽串酸或補加軟水操作，穩定濃硫酸的酸濃，保證一吸塔酸濃在98.3%[6]。

3 結 論

脫硫廢液制酸，雖然從根本上降低了HPF濕法脫硫產生的硫磺二次污染的問題，但在實際運行情況來看，該工藝對操作人員的要求較高，各個參數的控制較為嚴格，需要重點做好以下工作：

(1)保證脫硫來的硫泡沫在離心機中的分離效率，使入焚燒爐的硫漿流量穩定；

(2)焚燒工序中硫漿與富氧空氣充分燃燒，保證焚燒后過程氣氧氣含量大于5%，避免不充分燃燒造成硫漿帶入蒸發器堵塞列管或帶入凈化堵塞凈化換熱器和冷卻塔填料；

(3)提高凈化效率使過程氣相對潔凈，穩定干吸循環硫酸濃度和酸溫，從而保證轉化、干吸壓差穩定。