畢振清，沈立嵩

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司煤焦化公司，安徽馬鞍山243021）

焦?fàn)t煤氣凈化新工藝的應(yīng)用

畢振清，沈立嵩

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司煤焦化公司，安徽馬鞍山243021）

闡明了焦?fàn)t煤氣凈化工藝選擇的原則，介紹了馬鋼新區(qū)焦?fàn)t煤氣凈化所采用的新工藝及組合方案、各主要單元的技術(shù)改進(jìn)及特點(diǎn)，以及生產(chǎn)運(yùn)行情況。

新工藝；選擇；改進(jìn)；應(yīng)用

1 裝置的工藝選用

焦?fàn)t煤氣凈化裝置通常由煤氣冷凝冷卻、脫萘、除焦油、脫硫脫氰、脫氨、脫苯、鼓風(fēng)等工序組成。各工序都有不同的工藝可采用，從而組合出多種流程。煤氣凈化流程的差異主要表現(xiàn)在脫硫脫氨工藝及硫類、氨類產(chǎn)品的選擇上，其他工序的工藝設(shè)備配置大體相同。

焦?fàn)t煤氣凈化的各種工藝組合各有其特點(diǎn)，以脫硫脫氨工藝為例，水洗氨-氨水脫硫工藝（即：AS工藝）的特點(diǎn)是：流程短小、設(shè)備數(shù)量少、投資省，吸收推動(dòng)力小、吸收須控制在較低的溫度和較窄的范圍，解吸和制取低溫水消耗蒸汽量大，貯運(yùn)物流量少，工藝設(shè)備條件關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、工藝運(yùn)行時(shí)容差能力低；噴淋式飽和器法脫氨與真空碳酸鹽脫硫的組合工藝則有如下特點(diǎn)：流程長(zhǎng)、設(shè)備數(shù)量多、投資高，吸收推動(dòng)力大、吸收-解吸過程電耗高，貯運(yùn)物流量大。

我們?cè)谶x擇工藝時(shí)，依據(jù)了下述原則進(jìn)行綜合權(quán)衡：（1）達(dá)到所確定的煤氣凈化指標(biāo)；（2）滿足先進(jìn)的環(huán)保要求；（3）系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性高；（4）力求技術(shù)先進(jìn)，具有較高的裝備和自動(dòng)化水平；（5）盡可能取得好的經(jīng)濟(jì)效益，即產(chǎn)品質(zhì)好價(jià)高、運(yùn)行費(fèi)用低、投資省。

馬鋼新區(qū)焦?fàn)t煤氣凈化裝置的煤氣處理能力為13×104m3/h，與2×70孔7.63 m焦?fàn)t（干全焦220×104t/a）相配套，凈煤氣用于制氫、軋鋼加熱和CCPP機(jī)組燃料。在工藝選擇上，我們分析了煤氣凈化各工序多種工藝的特點(diǎn)，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和方案論證，確定了各工序采用的工藝，組合成所應(yīng)用的煤氣凈化流程。

整套裝置由冷凝鼓風(fēng)、脫氨（硫銨）、終冷洗苯、脫硫—硫回收、粗苯蒸餾、油庫和酚氰廢水處理站以及輔助的制冷機(jī)和循環(huán)水系統(tǒng)等單元組成，煤氣脫氨采用噴淋式飽和器生產(chǎn)硫銨、煤氣脫硫—硫回收單元采用真空碳酸鉀法脫硫配合單級(jí)克勞斯法生產(chǎn)元素硫的工藝。其主線流程如圖1所示。

來自焦?fàn)t的荒煤氣經(jīng)氣液分離后，粗煤氣經(jīng)橫管初冷器冷卻至20~22℃并同時(shí)去除其中的萘；再經(jīng)電捕焦油器去除其中的焦油霧后；由煤氣鼓風(fēng)機(jī)加壓送入硫銨單元；經(jīng)煤氣預(yù)熱器進(jìn)入飽和器，由循環(huán)母液噴灑吸收其中的氨；再進(jìn)入終冷塔冷卻到22℃～25℃后；再進(jìn)入洗苯塔，經(jīng)貧油洗滌脫除苯后，經(jīng)分離器除去夾帶的洗油滴后；進(jìn)入脫硫塔，用循環(huán)再生的貧液（K2CO3溶液）吸收煤氣中的H2S、HCN等酸性氣體；就完成了焦?fàn)t煤氣的凈化。

圖1 焦?fàn)t煤氣了凈化工藝主流程

裝置生產(chǎn)的化產(chǎn)品及采用工藝為：（1）焦油：荒煤氣經(jīng)氣液分離后的焦油氨水進(jìn)入焦油氨水分離槽，氨水、焦油和焦油渣在槽內(nèi)靜置分離，槽內(nèi)下部的焦油用泵送往超級(jí)離心機(jī)，脫水脫渣后自流入焦油槽貯存；（2）硫銨：噴淋式飽和器法；（3）輕苯：管式爐-單塔脫苯工藝生產(chǎn)輕苯和重苯，重苯混入焦油中；（4）元素硫：以真空碳酸鉀法產(chǎn)生的再生酸汽為原料，采用單級(jí)克勞斯法生產(chǎn)元素硫。

裝置所產(chǎn)污廢物及消納途徑是：（1）焦油渣：在焦油氨水分離槽內(nèi)靜置分離后沉于底部；由切割泵抽出并粉碎為細(xì)顆粒，再送回焦油氨水分離槽內(nèi)，混入焦油中排出，焦油所含焦油渣經(jīng)超級(jí)離心機(jī)分離，由焦油渣固體泵通過管道間斷送往焦?fàn)t煤塔混入裝爐煤中；（2）剩余氨水：從焦油氨水分離槽分離出的剩余氨水，自流入剩余氨水槽，經(jīng)氣浮裝置除油后，送至蒸氨塔蒸氨；蒸氨廢水經(jīng)酚氰廢水處理站的A-A-O工藝處理后達(dá)標(biāo)排放；（3）終冷外排水和脫苯分離水：作為硫銨單元的硫酸稀釋水回用或送入剩余氨水槽；（4）洗油再生殘?jiān)核腿氘a(chǎn)品焦油中混合；（5）脫硫廢液：送入剩余氨水槽；（6）放散氣和尾氣：送入荒煤氣中。

2 設(shè)計(jì)和施工尾項(xiàng)完善

整套裝置于2004年8月開始論證與工藝選擇，確定了首次引進(jìn)德國(guó)UHDE公司的真空碳酸鉀脫硫與單級(jí)克勞斯工藝，中冶焦耐負(fù)責(zé)全部詳細(xì)設(shè)計(jì)。2007年1月，裝置投產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)并完成了以下設(shè)計(jì)與施工尾項(xiàng)：（1）焦油渣在焦油氨水分離槽內(nèi)靜置分離后，沒有對(duì)大顆粒焦油渣的分離和粉碎設(shè)施，造成焦油輸送管道和輸送泵的頻繁堵塞；于焦油氨水分離槽前增設(shè)了焦油渣預(yù)分離器，底部出口增加了焦油渣切割泵將槽底部焦油渣粉碎；（2）設(shè)置于洗苯塔出口的管道捕霧器，不能將洗油霧捕集到300 mg/m3以下，洗油霧轉(zhuǎn)移到后續(xù)脫硫單元的脫硫循環(huán)液中，影響脫硫—硫回收單元運(yùn)行。設(shè)計(jì)修改了洗苯塔液體分布器，并在洗苯塔頂部集成了捕霧層；（3）脫硫單元真空泵出口至克勞斯?fàn)t的酸汽管道出現(xiàn)堵塞，采取了延緩和清理措施；（4）增加了事故池。工程尾項(xiàng)完成后，裝置運(yùn)行平穩(wěn)。

設(shè)計(jì)方業(yè)已將這些設(shè)計(jì)與施工尾項(xiàng)的完善經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的同類裝置的設(shè)計(jì)中。

3 裝置運(yùn)行效果

所有的廢液、廢渣、廢氣均密閉集中回收，貯存、轉(zhuǎn)移功能通過槽、泵、管實(shí)現(xiàn)，全程不落地，避免了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地面和大氣的污染；污廢物全部實(shí)現(xiàn)了就地消納，并在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)利用，沒有產(chǎn)生環(huán)境影響和污染轉(zhuǎn)移；從內(nèi)在指標(biāo)和外觀形象上一改傳統(tǒng)工藝的落后面貌。

煤氣凈化的各項(xiàng)指標(biāo)：焦油霧≤20 mg/m3；萘≤400 mg/m3；NH3≤30 mg/m3；H2S≤300 mg/m3；苯族烴≤4 g/m3；全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足了下游煤氣用戶的要求。

向市場(chǎng)銷售硫磺和硫酸銨產(chǎn)品均達(dá)到一級(jí)品；公司內(nèi)部轉(zhuǎn)序的化產(chǎn)品中，僅焦油的甲苯不溶物指標(biāo)超標(biāo)。

采用的降低運(yùn)行消耗的措施，如：（1）在初冷器上段回收粗煤氣的部分熱量，作為脫硫液再生所需的熱源；（2）應(yīng)用馬鋼專利技術(shù)，在初冷器下段冷卻粗煤氣的同時(shí)脫除煤氣中的萘，采用冷凝焦油、冷凝氨水和補(bǔ)充少量焦油乳濁液作為洗萘吸收劑，冷卻洗萘吸收劑的所需低溫水用量比其他工藝均低；（3）三臺(tái)煤氣鼓風(fēng)機(jī)從德國(guó)進(jìn)口，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電耗低于660 kW/臺(tái)；（4）焦油氨水分離單元采用氨水保溫靜置分離的流程，焦油脫水不消耗蒸汽；剩余氨水在單元內(nèi)的分離、轉(zhuǎn)運(yùn)采用自流方式，沒有輸送能耗；（5）把終冷單元的終冷外排水和粗苯蒸餾單元的脫苯分離水作為上游工序——硫銨單元的硫酸稀釋水回用，降低了硫銨單元的新水消耗，也相應(yīng)減少了剩余氨水量；（6）充分考慮工藝介質(zhì)的余熱利用：在脫硫液再生和粗苯蒸餾環(huán)節(jié)，設(shè)有貧富液和貧富油換熱器等，最大限度地利用介質(zhì)余熱，也節(jié)約了冷卻水的消耗；克勞斯單元設(shè)置廢熱鍋爐回收高溫過程氣的余熱生產(chǎn)蒸汽；均達(dá)到預(yù)期效果，應(yīng)用情況良好。

4 工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

馬鋼新區(qū)焦?fàn)t煤氣凈化裝置所采用的工藝，雖然工藝設(shè)備條件的關(guān)聯(lián)性不如AS工藝那么強(qiáng)，工藝條件的控制范圍也略寬松，但是每個(gè)工序依然要實(shí)現(xiàn)既定的工藝功能，否則，煤氣中的萘、焦油霧、氨、洗油霧都會(huì)對(duì)下游工序產(chǎn)生不利影響。如：有機(jī)烴類不但會(huì)轉(zhuǎn)移到脫硫液中，而且會(huì)影響脫硫液的再生及進(jìn)而導(dǎo)致煤氣脫硫效率的降低，并在克勞斯單元中發(fā)生裂解和聚合，影響催化劑的使用壽命和硫磺質(zhì)量。

工程質(zhì)量控制是工程成功與否的關(guān)鍵，包括了：設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)、施工等各方面。質(zhì)量控制的核心是工作團(tuán)隊(duì)的技術(shù)認(rèn)知能力。

設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化是提升裝置運(yùn)行效能的根本。我們?cè)谠O(shè)計(jì)階段不僅植入了上文提及的降低運(yùn)行消耗的措施，而且充分考慮了生產(chǎn)中各種操作需求，并以功能完備為基礎(chǔ)，通過功能集成，精減了設(shè)備，簡(jiǎn)化了工藝。如：初冷單元應(yīng)用了馬鋼自主開發(fā)的脫萘新工藝，與目前行業(yè)中所有工業(yè)化應(yīng)用的工藝相比，不僅設(shè)備數(shù)量最少、運(yùn)行能耗最低、初冷器阻力始終保持在800 Pa以下，而且無需倒換和使用蒸汽清掃初冷器，日常巡檢僅為確認(rèn)冷凝液排出管和洗萘液噴灑管暢通，延長(zhǎng)了初冷器使用壽命并大幅降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，后續(xù)單元也沒發(fā)生萘的堵塞；開發(fā)的克勞斯單元一體化廢熱鍋爐，集成了高溫余熱鍋爐與低溫余熱鍋爐的功能，在一臺(tái)設(shè)備中，既冷卻1300℃的高溫過程氣，又冷卻260℃的低溫過程氣，同時(shí)要保證高溫操作條件和緊急停車情況下的設(shè)備安全，使用條件特殊，設(shè)計(jì)中建立了基于高溫變形協(xié)調(diào)的撓性薄管板設(shè)計(jì)技術(shù)、優(yōu)化了傳熱、水循環(huán)和制造工藝、過流部分采取了腐蝕防護(hù)措施，設(shè)計(jì)方案為全球首例，替代了推薦的進(jìn)口產(chǎn)品，投用后達(dá)到設(shè)定的各項(xiàng)性能要求，運(yùn)行可靠。

設(shè)備的可靠性是裝置平穩(wěn)運(yùn)行的保障。在設(shè)備采購(gòu)方面，我們以設(shè)備的性能和維護(hù)運(yùn)行成本為出發(fā)點(diǎn)，篩選了引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)化的項(xiàng)目，也都取得了回報(bào)。引進(jìn)的設(shè)備如：部分儀表和自控系統(tǒng)、煤氣鼓風(fēng)機(jī)、真空泵、焦油渣輸送泵、超級(jí)離心機(jī)、焦油渣切割泵等，可靠性很高，運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備日常僅需定期進(jìn)行油品更換，維護(hù)和操作費(fèi)用很低，投資略高但收益很高；參與研發(fā)并在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用了超高溫氨分解催化劑、一體化廢熱鍋爐、新型液體分布器等，均滿足性能要求、替代進(jìn)口產(chǎn)品，節(jié)省了投資。

施工和調(diào)試的質(zhì)量既是裝置長(zhǎng)效運(yùn)行平穩(wěn)性的支撐，也是運(yùn)行指標(biāo)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)。我們嚴(yán)格控制實(shí)施過程質(zhì)量，尤其關(guān)注可能在投產(chǎn)后會(huì)產(chǎn)生不顯見影響的因素。如：各種液體分布器和傳質(zhì)部件的安裝精度、負(fù)壓系統(tǒng)的氣密性、窯爐的砌筑、砌體升溫與催化劑活化等工作。

運(yùn)行近7年，裝置尚有三個(gè)遺留問題：（1）飽和器出口煤氣夾帶酸霧，造成后續(xù)部分煤氣管道快速減??；（2）清污分流設(shè)施的雨水排放—事故水收集功能仍不完備，在事故狀態(tài)下，有污水外排的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)；（3）降低焦油甲苯不溶物的方法亟待探索。

5 結(jié)語

總體而言，該流程的各工序的工藝功能獨(dú)立；相互之間的適應(yīng)性較好；遇有停電、停汽、停水等特殊情況時(shí)，裝置恢復(fù)生產(chǎn)的時(shí)間較短；全部工序生產(chǎn)過程均由DCS控制，自動(dòng)化水平高；工藝條件的控制范圍較寬松；各工藝單元所采用的工藝和裝備水平先進(jìn)。技術(shù)及設(shè)備的優(yōu)越性能保證了系統(tǒng)運(yùn)行的本質(zhì)穩(wěn)定，也大幅降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

對(duì)于凈化工藝的選用和流程的組合，是基于具體的限制條件和滿足預(yù)期指標(biāo)；工程實(shí)施過程的內(nèi)在質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)預(yù)期指標(biāo)的保證。從這點(diǎn)意義上說，通過工藝選擇和組合，任何流程組合做到了功能完備就是適用的；關(guān)鍵在于各方面、各階段的工作質(zhì)量都要符合標(biāo)準(zhǔn)要求和設(shè)計(jì)意圖。

馬鋼新區(qū)焦?fàn)t煤氣凈化流程的應(yīng)用在優(yōu)化設(shè)計(jì)和設(shè)備研發(fā)等方面，已取得了一些創(chuàng)新成果并已推廣應(yīng)用；但尚有遺留問題待解決。

The Application of New COG Purification Processes

BI Zhenqing，SHEN Lisong
（TheCoalCokingCompanyofMasteel,Maanshan,Anhui243021,China）

The selection principle of coking gas(COG)purification processes was stated and the new processes and process combinations adopted for COG purification treatment at Masteel New Area,the technical improvements and features of the main units and production operation of the system were introduced.

new process;selection;improvement;application

TQ546.5

B

1006-6764(2014)02-0019-03

2013－11－29

畢振清（1962－），男，1983年畢業(yè)于馬鞍山鋼鐵學(xué)院焦化專業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事焦化生產(chǎn)管理和工藝技術(shù)工作。