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        淺談外部因素對濕法脫硫的影響

        2022-07-07 03:33:28
        氮肥與合成氣 2022年7期
        關(guān)鍵詞:洗油焦油冷器

        賈 鵬

        (長春東獅科技(集團)有限公司, 吉林長春 130000)

        1 焦油、洗油對脫硫系統(tǒng)的影響及應(yīng)對措施

        1.1 焦油、洗油的危害

        煤氣中焦油、洗油對脫硫系統(tǒng)的影響主要有兩個方面:一是消泡。焦油、洗油本身具有消泡作用,再生浮選過程中,在脫硫再生槽內(nèi)難以形成泡沫層,脫硫液中懸浮硫含量高,硫顆粒易附著在脫硫塔填料上,造成脫硫塔堵塞[1];硫顆粒沉淀在槽底,日積月累會堵塞脫硫液管道,出現(xiàn)脫硫液循環(huán)量進出失衡現(xiàn)象,引發(fā)脫硫液吸空、冒槽、淹塔封煤氣等事故。二是催化劑中毒。油類物質(zhì)黏性強,易吸附或包裹在催化劑表面,從而造成催化劑失活,無法有效參與再生反應(yīng)。

        1.2 焦油、洗油的來源分析

        1.2.1 煤氣夾帶

        焦爐產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)高壓氨水噴灑后溫度降至80 ℃左右?;拿簹庵泻写罅康慕褂汀⑤?、煤粉等雜質(zhì),經(jīng)初冷器冷卻降溫至18~21 ℃時,可將煤氣中90%以上的雜質(zhì)去除,再經(jīng)過電捕焦油器進一步凈化,煤氣中雜質(zhì)質(zhì)量濃度控制在50 mg/m3以下,能夠滿足工藝要求。實際生產(chǎn)中,焦爐煤氣成分受煤種、爐溫、集氣管壓力的影響,煤氣中雜質(zhì)含量變化大,一旦初冷器、電捕焦油器運行效果差,或者是初冷器、電捕焦油器處于熱洗清掃期間,易造成煤氣含油超標,對負壓脫硫及前置脫硫系統(tǒng)造成沖擊。洗苯塔捕霧器(層)效果差以及洗苯煤氣溫度超過32 ℃時,洗苯后煤氣夾帶洗油高,對后置脫硫系統(tǒng)造成沖擊[2]。

        煤氣帶油可通過煤氣含油化驗進行定量監(jiān)測,也可使用濾紙在脫硫塔前取樣口處吸收定性監(jiān)測(見圖1)。

        (a) 濾紙正面

        圖1中可看出煤氣夾帶洗油嚴重。實踐證明,脫硫液屬于堿性溶液,油類在脫硫液中不分層,在脫硫液中不易辨別。

        1.2.2 含油濃氨水補充到脫硫系統(tǒng)

        焦化廠采用氨法脫硫工藝較多。脫硫液中氨含量是保證脫硫效率的重要指標,一般控制氨質(zhì)量濃度在7 g/L以上。理論上,控制入脫硫塔煤氣溫度在32 ℃以下,可減少再生過程中氨逃逸,煤氣中的氨含量能夠滿足脫硫工藝要求。如果入脫硫塔煤氣溫度高于32 ℃,氨揮發(fā)損失大,脫硫液中氨含量不足時,一般需將蒸氨生產(chǎn)的濃氨水補充到脫硫系統(tǒng)。

        通常濃氨水的顏色為淡黃色。焦化廠自產(chǎn)濃氨水中因萘或輕質(zhì)油含量高,導致顏色發(fā)黃或發(fā)黑。濃氨水直接補充到脫硫液后半年,脫硫液顏色逐漸變?yōu)樯罹G甚至發(fā)黑,泡沫逐漸減少,最終脫硫系統(tǒng)癱瘓。

        (a) 濃氨水中萘、輕質(zhì)油含量多

        1.3 解決措施

        1.3.1 優(yōu)化脫硫系統(tǒng)前煤氣指標

        對于負壓脫硫、前置氨法脫硫,重點做好初冷器、電捕焦油器、預冷器的運行管理。初冷器后煤氣溫度宜控制在18~21 ℃,每降低1 ℃,煤氣中含萘質(zhì)量濃度約減少0.05 g/m3。通過初冷器冷卻噴灑可將大部分萘、焦油、煤粉從煤氣中分離出去,再通過電捕焦油器、預冷器,進一步降低煤氣中的焦油、煤粉等雜質(zhì),保證進入脫硫塔煤氣中的焦油質(zhì)量濃度小于50 mg/m3、萘質(zhì)量濃度小于200 mg/m3[3]。初冷器、電捕焦油器、預冷器熱洗清掃時,調(diào)整脫硫再生塔液位調(diào)節(jié)器,保持大溢流,通過泡沫將雜質(zhì)帶出,避免消泡后單質(zhì)硫沉積。

        對于后置堿法脫硫,要控制洗苯塔后煤氣溫度低于32 ℃。通過降低煤氣溫度,以及定期更換洗苯塔頂部捕霧層或增設(shè)捕霧器,減少煤氣夾帶洗油。

        1.3.2 補氨位置的選擇

        濃氨水不建議直接補充至脫硫液系統(tǒng),可將濃氨水或熱氨氣補充到循環(huán)氨水系統(tǒng)或脫硫前煤氣系統(tǒng)中,既能減少濃氨水帶油對脫硫液的影響,又能避免脫硫系統(tǒng)漲液。受條件限制,濃氨水確需補充脫硫系統(tǒng)時,應(yīng)控制蒸氨塔頂部分縮器溫度在88~92 ℃,提高濃氨水質(zhì)量分數(shù)至15%以上。增設(shè)陶瓷管過濾器,提高氣浮除油機除油效率,對剩余氨水預處理除油,降低蒸氨塔蒸餾出的氨水含油量。

        1.3.3 補充催化劑

        酞菁鈷類催化劑抗油性能差,一旦出現(xiàn)再生槽消泡、脫硫液發(fā)黑現(xiàn)象,基本上可定性為脫硫液含油所致。首先,分析油的來源,采取措施進行源頭治理;其次,按理論消耗量的2~3倍添加催化劑,保持脫硫液中有效催化劑含量滿足生產(chǎn)要求;最后,加大再生風量,提高再生效果,將脫硫液中的硫氫化鈉轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫,提高脫硫效率。采取措施后,一般3~5 d后脫硫系統(tǒng)即可恢復正常。

        1.3.4 壓濾除油

        加大再生槽溢流,通過壓濾機濾布過濾除油,加快脫硫系統(tǒng)恢復正常。

        1.3.5 添加洗衣粉

        1.3.6 采用抗油性好的催化劑

        脫硫前煤氣帶油含量持續(xù)升高,即使采取相關(guān)措施,系統(tǒng)泡沫層也不易形成,懸浮硫易沉降堵塞脫硫塔填料或設(shè)備管道。此時,建議將催化劑更換為DSH型高硫容抑鹽催化劑。該催化劑是多金屬催化中心復合型催化劑,抗油發(fā)泡性能好,硫容高,脫硫效率高,可應(yīng)對煤氣持續(xù)帶油的惡劣生產(chǎn)狀態(tài),解決脫硫液帶油消泡、懸浮硫沉降堵塞設(shè)備的問題。

        2 萘、煤粉對脫硫系統(tǒng)的影響及應(yīng)對措施

        2.1 煤氣中萘、煤粉含量高的原因分析

        較高的煉焦溫度、爐頂空間溫度,以及炭化室煤裝不滿、焦爐煤氣停留時間長等因素都會造成煤氣中萘含量升高。集氣管壓力低于100 Pa、配合煤粒度細、熱浮力大等因素會造成煤氣中煤粉含量急劇增加[4]。

        2.2 萘、煤粉對脫硫的影響

        脫硫塔內(nèi)萘、煤粉易與單質(zhì)硫聚合,懸浮掛料在填料層、捕霧層上,導致脫硫塔阻力上升快。

        2.3 降低煤氣中萘、煤粉含量的措施

        通過煤氣風機回流,穩(wěn)定控制集氣管煤氣壓力為100~150 Pa,控制爐頂空間溫度在800 ℃以下,采取措施控制裝煤量,減少爐頂空間,降低煤氣停留時間。

        通過初冷器間接冷卻,將煤氣的溫度控制在18~21 ℃。煤氣流速的降低利于萘、煤粉的析出,采用體積分數(shù)為40%~60%的輕質(zhì)焦油、氨水冷凝液噴灑吸收,降低煤氣中大部分萘和煤粉的含量。

        煤氣經(jīng)過初冷器冷卻除萘后,進入電捕焦油器,焦油、萘被捕集,萘溶解在焦油中,隨焦油流出。電捕后,焦爐煤氣中,萘的質(zhì)量濃度一般控制在200 mg/m3以下,可滿足脫硫系統(tǒng)對萘、煤粉含量的要求。

        3 焦爐煤氣脫硫系統(tǒng)漲液原因分析及應(yīng)對措施

        3.1 脫硫系統(tǒng)漲液原因分析

        3.1.1 化合水

        無醛標簽遵循一物一碼機制,每枚標簽都有一組對應(yīng)的二維碼、序列號及安全碼。標簽激活之后會綁定獨一無二的追溯信息,可掃描下圖中的演示二維碼查看追溯頁面。

        脫除硫化氫時,伴隨氧化還原反應(yīng),不管硫化氫轉(zhuǎn)化為硫黃還是副鹽(硫代鹽、硫酸鹽、硫氰酸鹽),硫化氫中的氫離子均會轉(zhuǎn)化為化合水,反應(yīng)式如下。

        (1)

        (2)

        (3)

        (4)

        理論上,每脫除1 t硫化氫生成0.53 t化合水,以100萬t/a焦炭產(chǎn)能為例,煤氣發(fā)生量為5萬m3/h,硫化氫質(zhì)量濃度為5~8 g/m3,生成化合水質(zhì)量為3.18~5.09 t/d。

        3.1.2 煤氣夾帶及飽和水

        焦爐煤氣因流速高、出口距設(shè)備頂部高度差小、捕霧設(shè)備效果差等因素,易夾帶大量噴灑液進入脫硫塔,造成脫硫液漲液。

        同樣壓力下,溫度越高,煤氣含飽和水越多。如果脫硫塔出口煤氣溫度低于進口煤氣溫度,則煤氣中部分飽和水會進入脫硫系統(tǒng)。

        3.1.3 外部水

        泡沫泵機封冷卻水、催化劑活化用水、蒸汽凝水、生活用水等外部水進入脫硫系統(tǒng)。

        3.1.4 補加濃氨水

        氨法脫硫中,脫硫液中的揮發(fā)氨隨溫度升高產(chǎn)生逃逸。脫硫塔出口煤氣溫度高于32 ℃,焦爐煤氣中的氨不能滿足脫硫所需的氨質(zhì)量濃度要求(≥7 g/L),脫硫效率降低,需要補充濃氨水來提高堿源。一般焦化廠利用蒸氨工序產(chǎn)生的濃氨水補充進入脫硫系統(tǒng),以100萬t/a焦炭產(chǎn)能為例,質(zhì)量分數(shù)為10%~12%的濃氨水產(chǎn)量約為30 t/d。

        3.2 減少脫硫液漲液的措施

        在脫硫塔前煤氣管道處增加捕霧器,并在煤氣管道上增設(shè)水封,減少煤氣夾帶。

        控制脫硫塔出口煤氣溫度高于進口煤氣溫度5 ℃以上。以100萬t/a焦炭產(chǎn)能為例,煤氣發(fā)生量為5萬m3/h,經(jīng)過脫硫塔后,煤氣溫度從26 ℃提高到31 ℃,煤氣中飽和水質(zhì)量流量將增加到0.385 t/h,即理論上脫硫系統(tǒng)減少飽和水質(zhì)量約為9 t/d,大于脫硫反應(yīng)化合水的生成量。

        生產(chǎn)中勤巡檢,避免機封冷卻水竄漏進入脫硫系統(tǒng);機封冷卻水及脫硫生活用水外排,禁止進入脫硫系統(tǒng);催化劑活化用水改為脫硫液活化。

        控制脫硫液及煤氣溫度,保持脫硫塔出口煤氣溫度小于32 ℃,減少氨逃逸,不補充濃氨水,或者將濃氨水、氨氣補入脫硫前煤氣系統(tǒng)。

        4 結(jié)語

        焦爐煤氣與脫硫液的組分復雜,脫硫過程中副反應(yīng)多,影響脫硫效率的因素也多,若不能及時發(fā)現(xiàn)潛在的風險,糾正平時操作中的不規(guī)范行為,會造成脫硫工序的混亂。為保證煤氣脫硫工序長期穩(wěn)定、高效運行,要從煤氣凈化的源頭入手,管控好初冷器、電捕焦油器、預冷器或洗苯塔的運行,避免煤氣中的雜質(zhì)進入脫硫系統(tǒng),為脫硫系統(tǒng)創(chuàng)造良好的生產(chǎn)工況。

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