侯瑞芳

(山西西山煤氣化有限責任公司，山西 古交 030205)

引 言

煤炭經(jīng)高溫干餾后的產(chǎn)物為當前煤炭資源利用的主要途徑，而煤炭經(jīng)高溫處理后所產(chǎn)生的煤氣中會含有一定量的H2S等產(chǎn)物。由于H2S具有較強的腐蝕性和毒性，不僅會在后期焦爐煤氣的使用中對管道等造成腐蝕，而且還會污染環(huán)境[1]。因此，需對煤炭高溫煉焦所得焦爐煤氣進行脫硫操作。本文著重對焦爐煤氣脫硫工藝進行選擇，并對具體脫硫工藝方案進行設計。

1 焦爐煤氣脫硫工藝對比分析

目前，在實際應用中具有代表性的脫硫工藝包括A.S法煤氣脫硫工藝、HPF法脫硫工藝以及碳酸鈉+PDS脫硫工藝。

1) A.S法煤氣脫硫工藝僅利用煤氣中的NH3在脫硫液中的循環(huán)來脫除H2S，主要涉及氨硫循環(huán)洗滌系統(tǒng)和脫酸蒸氨裝置。在實際應用中，A.S法煤氣脫硫工藝存在管道阻塞、腐蝕及系統(tǒng)帶油等問題，雖然該工藝下脫硫效率可達98%，但僅可保證脫硫后焦爐煤氣中的H2S質(zhì)量濃度不超過200 mg/m3，而我公司為城市煤氣氣源廠，H2S質(zhì)量濃度應小于20 mg/m3。

2) HPF脫硫工藝以氨為堿源，HPF為催化劑，屬于濕式液相催化氧化脫硫工藝。為保證HPF脫硫工藝的效率，需嚴格控制焦爐煤氣及脫硫液的溫度，降低焦爐煤氣中的雜質(zhì)，以及控制焦爐煤氣及脫硫液中的含氨量。在實際應用中，HPF脫硫工藝無法將焦爐煤氣中H2S凈化至20 mg/m3；經(jīng)HPF脫硫工藝后所得產(chǎn)物的質(zhì)量較差，且該工藝要求進入脫硫塔煤氣中的焦油質(zhì)量濃度不大于50 mg/m3，而我公司投產(chǎn)初期電捕后焦油霧質(zhì)量濃度基本在100 mg/m3左右，無法滿足條件。

3) 碳酸鈉+PDS脫硫工藝采用碳酸鈉為堿源將焦爐煤氣中的H2S進行吸收，通過鼓入空氣再生成為單質(zhì)硫，再進入熔硫釜中形成硫磺。在實際應用中，碳酸鈉+PDS脫硫工藝主要存在脫硫廢液難以解決的問題，排出的脫硫廢液主要通過提鹽、制酸等方式消化，但也是治標不治本，仍存在污染物，目前最常用的主要通過摻入配合煤中煉焦進行解決。

綜上所述，上述三種脫硫工藝的關(guān)鍵指標對比如表1所示。

表1 三種脫硫工藝關(guān)鍵指標對比

2 焦爐煤氣脫硫工藝的選擇

2.1 脫硫工藝選擇原則

焦爐煤氣脫硫所選用工藝應滿足如下原則：

1) 保證所選脫硫工藝對焦爐煤氣進行處理后，焦爐煤氣中H2S等含量滿足環(huán)保的相關(guān)指標要求，每立方米焦爐煤氣中H2S含量不得大于20 mg；

2) 脫硫工藝作為焦爐煤氣凈化處理中的一個環(huán)節(jié)，其工藝選擇應保證與其前后的洗氨和氨加工工藝相配套。即，根據(jù)該焦爐煤氣凈化環(huán)節(jié)中洗氨或氨加工的工藝選擇脫硫工藝。如，當焦爐煤氣中洗氨和氨加工工藝為硫酸銨工藝，其對應的脫硫工藝最佳為濃硫酸工藝，可為脫硫工藝提供原料，無需專門提供化學藥品帶來安全隱患。

3) 應根據(jù)焦化廠的發(fā)展規(guī)劃和管理的簡便性選擇最佳脫硫工藝。

2.2 焦爐煤氣脫硫堿源的選擇

一般的，針對焦爐煤氣中的H2S等雜質(zhì)常采用堿性的脫硫液和脫硫劑進行處理。在實際中，常通過外加堿源或直接利用焦爐煤氣本身的氨作為堿源達到脫硫的目的[2]。堿源選擇的一個重要依據(jù)為焦爐煤氣本身的含氨量：

1) 當焦爐煤氣中H2S質(zhì)量濃度較低為3 g/m3～5 g/m3時，以焦爐煤氣中自身的氨為堿源即可達到脫硫的效果；

2) 當焦爐煤氣中H2S質(zhì)量濃度較大且大于8 g/m3時，此時焦爐煤氣自身的氨為堿源已經(jīng)無法達到預期的脫硫效果。因此，需采用外加堿源的方式達到脫硫目的。

2.3 焦爐煤氣脫硫工藝的確定

鑒于我公司焦爐煤氣中H2S質(zhì)量濃度為10 g/m3左右，大于8 g/m3，脫硫堿源選擇外加堿源的方式，其對應的脫硫工藝包括有薩爾費班法、真空碳酸鹽法或干法等脫硫工藝。結(jié)合對上述脫硫工藝脫硫效率、投入成本以及運行成本等因素的綜合考慮，最終確定選擇以碳酸鹽為堿源的脫硫工藝，對應的具體工藝流程圖如圖1所示。

3 焦爐煤氣脫硫工藝的方案設計

目前，我廠針對焦爐煤氣凈化的處理能力為3萬m3/h，其工藝流程主要經(jīng)過了如下階段：荒焦爐煤氣→氣液分離器→橫管初冷器→電捕焦油器→煤氣鼓風機→飽和器→終冷塔→洗苯塔→脫硫再生塔→得到滿足要求的焦爐煤氣[3]。

上述焦爐煤氣凈化工藝流程中后期的脫硫再生綜合塔為完成脫硫工藝的關(guān)鍵設備，完成經(jīng)洗苯處理后焦爐煤氣的脫硫操作，其對應的脫硫工藝為碳酸鈉+PDS脫硫工藝，具體脫硫方案為：

經(jīng)洗苯塔處理后的焦爐煤氣經(jīng)除油器處理后進入脫硫再生塔，并將脫硫塔中焦爐煤氣的溫度控制在30 ℃，該塔上部為脫硫段，裝填3層輕瓷花環(huán)填料，Na2CO3作為吸收劑，從塔頂部噴淋，與自下而上的焦爐煤氣逆流接觸，達到吸收焦爐煤氣中H2S的目的。以碳酸鈉為堿源的脫硫工藝流程圖如第89頁圖2所示。

圖1 脫硫工藝流程圖

該脫硫工藝涉及到的主要設備及材質(zhì)：脫硫再生塔主要材質(zhì)為Q235-A，共2套；羅茨風機，共2套；熔硫釜，不銹鋼材質(zhì)，共3套。此外，為該脫硫工藝配置如下環(huán)保措施：

1) 為系統(tǒng)配置充氮壓力平衡系統(tǒng)，保證脫硫過程中所產(chǎn)生的廢氣不被直接排放至空氣中；

2) 將系統(tǒng)中所產(chǎn)生的放空液和漏液進行集中回收處理；

3) 將脫硫操作所產(chǎn)生的廢液傳送至原料氨水槽中進行處理，保證廢液不經(jīng)處理后不允許直接排放[4]。

經(jīng)實踐表明，采用碳酸鈉+PDF脫硫工藝對焦爐煤氣進行脫硫操作后所得凈焦爐煤氣的H2S質(zhì)量濃度小于20 mg/m3。

4 總結(jié)

焦爐煤氣中H2S不僅會對管道造成腐蝕，而且還會污染環(huán)境。因此，需采取高效的脫硫工藝對焦爐煤氣中的含硫雜質(zhì)進行處理。結(jié)合我廠焦爐煤氣中H2S的含量最終確定選擇碳酸鈉+PDS脫硫工藝，具體總結(jié)如下：

1) 根據(jù)我廠粗焦爐煤氣中H2S質(zhì)量濃度為10 g/m3左右，選擇外加堿源的碳酸鈉+PDS脫硫工藝；

圖2 以碳酸鈉為堿源的脫硫工藝流程圖

2) 將洗苯塔處理后的焦爐煤氣經(jīng)除油器處理其中油滴后，送入脫硫再生綜合塔，防止煤氣中攜帶的洗油破壞脫硫母液，影響再生硫泡沫，達到脫硫的效果；

3) 經(jīng)實踐應用表明，采用碳酸鈉+PDS脫硫工藝后，焦爐煤氣中H2S的質(zhì)量濃度小于20 mg/m3,基本可以穩(wěn)定在10 mg/m3左右。