張永杰  王錯(cuò)磊

（河南平煤神馬節(jié)能科技有限公司）

摘要：論述了焦?fàn)t煤氣干法脫硫和濕法脫硫的工藝流程和優(yōu)缺點(diǎn)，著重介紹了京寶焦化公司焦?fàn)t煤氣濕法脫硫的工藝流程和操作要點(diǎn)，闡述了高效吸收器在脫硫過(guò)程中的應(yīng)用和工作原理，總結(jié)了高效吸收器的技術(shù)特點(diǎn)和使用效果。通過(guò)對(duì)脫硫塔進(jìn)口的高效吸收器系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，增加了脫硫塔脫硫效率的穩(wěn)定性,避免了因脫硫液脫硫效果降低而影響煤氣質(zhì)量，穩(wěn)定了后續(xù)工段的生產(chǎn)。新型高效吸收器在焦?fàn)t煤氣脫硫中的應(yīng)用不僅具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,而且具有巨大的環(huán)保意義。

關(guān)鍵詞：高效吸收器；預(yù)處理；環(huán)保技術(shù)；節(jié)能降耗

0  引言

在國(guó)內(nèi)目前的化工生產(chǎn)中，氣液兩相或氣液固三相之間的傳質(zhì)、傳熱、洗滌、物理吸收大多都是利用各式各樣的填料,通過(guò)填料強(qiáng)大的比表面來(lái)加強(qiáng)氣液兩相或氣液固三相之間的接觸,從而完成它們之間的傳質(zhì)、傳熱、洗滌等物理或化學(xué)過(guò)程，也有采用特殊的塔器來(lái)加強(qiáng)兩相之間的接觸（如板式塔盤、鼓泡器、噴頭等）。無(wú)論采用何種形式,其最終的目的就是要加強(qiáng)氣液兩相的充分接觸，只有兩相之間充分接觸了，才能更好地完成它們之間的物理或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程^[1-4]。

京寶焦化公司通過(guò)對(duì)脫硫塔進(jìn)口進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，加裝高效吸收器，有效地對(duì)進(jìn)口焦?fàn)t煤氣 進(jìn)行了預(yù)處理，從而間接地增加了氣液兩相的充分接觸。

1  國(guó)內(nèi)現(xiàn)存煤氣脫硫方法及優(yōu)缺點(diǎn)

焦?fàn)t煤氣脫除硫化氫的方法有很多種，可分為干法和濕法兩種。

干法脫硫根據(jù)采用的脫硫劑的不同，分為氫氧化鐵法、活性炭法等，因?yàn)闅溲趸F法所用的脫硫劑來(lái)源比較容易，所以在焦化行業(yè)中應(yīng)用較多。其優(yōu)點(diǎn)在于脫硫工藝技術(shù)簡(jiǎn)單,成熟可靠,能夠更高程度的脫除硫化氫氣體，脫除硫化氫的同時(shí)還能脫除氤化氫、氮氧化物及焦油霧等雜質(zhì)，能夠使煤氣達(dá)到很好的凈化程度，因此常使用于精細(xì)脫硫生產(chǎn)工藝；但其存在設(shè)備笨重、生產(chǎn)工藝占地面積大、更換脫硫劑時(shí)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、失效脫硫劑處理成本較高且處理困難等缺點(diǎn)?？傊?，干法脫硫通常適用于煤氣要求凈化程度比較高或煤氣處理量比較小的焦?fàn)t煤氣脫硫工藝中，目前此方法在全國(guó)仍得夠到一定的應(yīng)用^[5]。濕法脫硫按照其反應(yīng)的方式的不同，一般可分為吸收法和氧化法,吸收法為物理反應(yīng),氧化法為化學(xué)反應(yīng)。京寶焦化公司煤氣脫硫生產(chǎn)工藝采用的就是濕法脫硫中的氧化法。濕法脫硫氧化法的優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，處理煤氣量大，在脫除硫化氫的同時(shí)也能脫除氧化氫，脫硫與脫硫劑再生均能連續(xù)進(jìn)行，勞動(dòng)強(qiáng)度小，脫硫效率高,能直接回收脫硫產(chǎn)品，此種脫硫工藝技術(shù)得到廣泛應(yīng)用;其缺點(diǎn)在于生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量濃鹽水,通常所產(chǎn)生的濃鹽水處理難度大，給后續(xù)污水處理帶來(lái)了不小的壓力。但是，京寶焦化公司脫硫工藝所產(chǎn)生的濃鹽水直接輸送到洗煤廠用于洗煤,既節(jié)省了洗煤所用的一次水用量，又處理了濃鹽水，同時(shí)又給污水處理廠減輕了生產(chǎn)壓力^[6-9]。

2  京寶焦化焦?fàn)t煤氣濕法脫硫工藝

濕法脫硫系統(tǒng)由以下設(shè)備組成:脫硫塔、噴射再生槽、貧液槽、高效吸收器、富液泵、貧液泵、水封桶何。其工藝流程如圖1所示。

來(lái)自洗脫苯工段的粗煤氣,正常生產(chǎn)時(shí)進(jìn)入高效吸收器與貧液泵來(lái)的貧液順流高速混合，吸收煤氣中45%以上的硫化氫，氣液混合后進(jìn)入脫硫塔底部進(jìn)口的煤氣總管，在總管內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣體從塔內(nèi)填料層與塔頂循環(huán)泵來(lái)的貧液逆流接觸，吸收煤氣中的HCN和HqS，凈化后煤氣經(jīng)塔頂除霧層分離出液體,經(jīng)塔頂進(jìn)入凈化器總管送后序工段；高效吸收器來(lái)的脫硫液同塔內(nèi)填料層下來(lái)的脫硫液相互混合，經(jīng)塔底液相管線進(jìn)入富液泵然后送入噴射再生槽。

吸收了硫化氫氣體的脫硫液從塔底引出，經(jīng)液封槽流入循環(huán)槽。循環(huán)槽內(nèi)的溶液由循環(huán)泵送經(jīng)加熱器(夏季則為冷卻)后送入再生塔底部，同時(shí)由空氣壓縮機(jī)送來(lái)的壓縮空氣被鼓入再生塔底部，富液中處于還原態(tài)的脫硫劑，即可再生為氧化態(tài)，再生后的溶液(貧液)經(jīng)液位調(diào)節(jié)器，返回脫硫塔循環(huán)使用。

在脫硫塔內(nèi)析出的少量硫泡沫將在循環(huán)槽內(nèi)不斷積累，為使硫泡沫能隨溶液進(jìn)入循環(huán)泵，在槽頂部和底部分別設(shè)置溶液噴頭，噴射自泵出口引出的高壓溶液以打破泡沫和攪拌溶液。在循環(huán)槽內(nèi)積累的硫泡沫也可放入收集槽，由此用壓縮空氣壓入硫泡沫槽。

研究發(fā)現(xiàn)大量的硫泡沫是在再生塔內(nèi)生成的，并飄浮于塔頂擴(kuò)大部分。由此利用位差自流入硫泡沫槽即硫泡沫攪拌器中，經(jīng)過(guò)澄清分層后，清液經(jīng)放液器送往循環(huán)槽，硫泡沫放至真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾處理,轉(zhuǎn)化為硫膏;濾液經(jīng)真空除沫器后返回循環(huán)槽。硫膏經(jīng)漏嘴放入硫熔釜，使用蒸汽間接加熱，使硫變?yōu)槿廴趹B(tài)并與硫渣相互分離。熔融硫放入用蒸汽夾套保溫的分配器，由此以細(xì)流放至皮帶輸送機(jī)上，并用冷水噴灑冷卻，于皮帶輸送機(jī)上經(jīng)脫水干燥后的硫磺產(chǎn)品卸至儲(chǔ)存槽，然后包裝入庫(kù)，進(jìn)行銷售。

脫硫過(guò)程中所消耗的純堿需要進(jìn)行補(bǔ)充。在堿液槽配制好的堿液，使用堿液泵送至高位槽，間歇或連續(xù)的送入循環(huán)槽內(nèi)。在脫硫液不斷循環(huán)使用過(guò)程中，當(dāng)硫氤酸鈉及硫代硫酸鈉等副鹽的濃度積累到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致脫硫效率降低而影響整個(gè)系統(tǒng)正常操作，應(yīng)抽取部分濃鹽液去提取硫氤酸鈉和硫代硫酸鈉。

2.1 濕法脫硫的主要工藝操作要點(diǎn)

(1) 當(dāng)粗煤氣進(jìn)入脫硫塔的溫度較低時(shí)，脫硫反應(yīng)速度過(guò)慢,過(guò)高時(shí)會(huì)增加副反應(yīng)速度，造成操作困難。因此，煤氣進(jìn)入脫硫塔的溫度在30~40℃最為合適。

(2) 脫硫液的PH值適宜控制在8.0 ~ 9. 0之間，PH值較低時(shí)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速度緩慢，PH值高時(shí)會(huì)增加副反應(yīng)，影響脫硫效率,增大堿液的消耗，并且使硫在脫硫塔內(nèi)析出速度過(guò)快，從而易造成堵塔現(xiàn)象的發(fā)生。

(3) 脫硫塔溶液溫度比煤氣溫度高3 ~5℃較為理想，其取決于整個(gè)脫硫系統(tǒng)水平衡的需要，這樣能夠使系統(tǒng)中多余的水分被煤氣帶走，保障系統(tǒng)穩(wěn)定，特別是在提取濃鹽溶液中的硫氤酸鈉和硫代硫酸鈉等副鹽時(shí)更為重要。

(4) 脫硫液中的硫氤酸鈉和硫代硫酸鈉含量總和大于250 g/L時(shí)，會(huì)使脫硫反應(yīng)速率迅速降低，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成操作條件惡化，這時(shí)必須對(duì)脫硫濃鹽溶液的兩個(gè)副產(chǎn)品進(jìn)行提取處理。

(5)脫硫液中各組分的理化指標(biāo)任何時(shí)候均應(yīng)該符合國(guó)家規(guī)定要求,否則會(huì)帶來(lái)脫硫系統(tǒng)不穩(wěn)定，工況惡化,給生產(chǎn)操作增加困難，產(chǎn)品質(zhì)量不能得到保證。

2.2 高效吸收器工作原理及應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)

2.2.1 工作原理2

來(lái)自洗苯工段的煤氣進(jìn)入微型高效吸收器，氣體自上而下進(jìn)入吸收器，吸收液由泵打入，在吸收器內(nèi)經(jīng)特殊的脫硫液噴灑裝置，可實(shí)現(xiàn)脫硫吸收液與焦?fàn)t煤氣逆向?qū)ψ步佑|，達(dá)到充分有效乳化混合，使傳統(tǒng)的氣-液兩相通過(guò)傳質(zhì)介質(zhì)的接觸轉(zhuǎn)變?yōu)闅?氣兩相直接接觸。從而使氣-液接觸表面積更大，而且這些接觸表面不斷地得到迅速更新，達(dá)到高效傳質(zhì)效果；氣-液反應(yīng)后再通過(guò)反應(yīng)器中特殊的分離裝置加強(qiáng)氣液兩相的徹底分離。該技術(shù)已經(jīng)得到了焦化企業(yè)廣泛地實(shí)際應(yīng)用,通過(guò)加強(qiáng)對(duì)焦?fàn)t煤氣的預(yù)先優(yōu)化處理，最大程度地脫除了焦?fàn)t煤氣中的硫化氫氣體。

2.2.2創(chuàng)新點(diǎn)

(1) 創(chuàng)新點(diǎn)一：采用現(xiàn)代尖端傳質(zhì)技術(shù)和脫硫液再生技術(shù)，使用多功能高效吸收器脫硫技術(shù)，能、快速高效地脫除焦?fàn)t煤氣中的硫。該技術(shù)是中國(guó)平煤神馬集團(tuán)京寶焦化公司近年來(lái)依據(jù)濕法脫硫反應(yīng)機(jī)理,以及濕法脫硫在大型工業(yè)化裝置生產(chǎn)中存在的諸多疑難問(wèn)題而研制開發(fā)的新一代濕式氧化法脫硫技術(shù)；該技術(shù)為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的節(jié)能、環(huán)保新工藝技術(shù)，打破了傳統(tǒng)濕法脫硫的工藝模式；對(duì)于如何提高氣液兩相的接觸效率,京寶焦化公司的技術(shù)人員依據(jù)氣液兩相之間的物理與化學(xué)過(guò)程機(jī)理，研究開發(fā)的適合于氣液兩相或氣、液、固三相之間任何物理或化學(xué)過(guò)程的多功能高效吸收器。其最大特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)潔、流程簡(jiǎn)單、占地面積小、投資費(fèi)用低、運(yùn)行費(fèi)用低、溶液副反應(yīng)極低。

(2) 創(chuàng)新點(diǎn)二：該技術(shù)降低了回爐煤氣中的硫化物和氤氫化物含量,從而降低了煙道廢氣氨水噴灑量，降低了氨水循環(huán)泵的負(fù)荷，節(jié)省了近20%的耗電量，節(jié)約了煙道廢氣處理成本。同時(shí)，最大限度地降低了焦?fàn)t回爐煤氣廢氣排放中的有害物質(zhì)含量。多功能高效吸收器安裝在脫硫塔工段之前，對(duì)進(jìn)入脫硫塔的焦?fàn)t煤氣預(yù)先進(jìn)行充分的脫硫處理，能有效地脫除焦?fàn)t煤氣中的CO₂、SO₂、HCI、NH₃、HCN以及H₂S，高效吸收器單級(jí)使用脫硫效率可達(dá)35% -50%。不僅降低了化產(chǎn)后續(xù)精脫硫工段的生產(chǎn)壓力與負(fù)荷，而且降低了回爐煤氣中硫化物和氤氫化物含量，從而降低了焦?fàn)t回爐煤氣廢氣排放中的有害物質(zhì)含量,優(yōu)化了空氣質(zhì)量指數(shù),實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，保護(hù)環(huán)境。

(3)創(chuàng)新點(diǎn)三:該技術(shù)提高了原料煤氣的質(zhì)量，減輕了焦?fàn)t煤氣制LNG生產(chǎn)脫硫工段的壓力，有效延長(zhǎng)了脫硫塔脫硫催化劑的使用周期，為公司節(jié)能降耗提供了保障，降低了生產(chǎn)成本。多功能高效吸收器對(duì)焦?fàn)t煤氣中硫氤化合物的有效吸收，不僅降低了回爐煤氣中的有害物質(zhì)含量，而且為后續(xù)液化天然氣生產(chǎn)脫硫工段提供預(yù)脫硫作用。焦?fàn)t煤氣制液化天然氣對(duì)原料焦?fàn)t煤氣的指標(biāo)要求非常嚴(yán)格，特別是對(duì)硫化物和氤氫化合物含量的控制尤為嚴(yán)格，多功能高效吸收器的投用從源頭降低了氮硫化合物的含量，保證了生產(chǎn)的高效穩(wěn)定的運(yùn)行,提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 高效吸收器在脫硫工藝中的應(yīng)用及技術(shù)特點(diǎn)

目前，在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)的脫硫效果十分顯著。其技術(shù)特點(diǎn)包括:(1)脫硫液硫容高，是傳統(tǒng)脫硫硫容的5~10倍；(2)同等工況下，脫硫液循環(huán)量是常規(guī)設(shè)計(jì)的1/10 ~ 1/5； (3)脫硫效率高。單級(jí)使用脫硫效率可達(dá)35% ~50%；(4)設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，占地面積??；(5)氣液接觸時(shí)間極短，不足1s；(6)大大減輕了脫硫裝置的再生系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)的負(fù)荷；(7)可單獨(dú)用于粗脫硫，也可與傳統(tǒng)脫硫塔進(jìn)行串聯(lián)使用；(8)使用范圍廣泛，不僅用于脫硫，而且適合于任何氣液兩相之間的物理或化學(xué)過(guò)程(如脫除CO₂、SO₂、HCI、NH₃以及傳熱、洗滌、降溫、吸收等等物理過(guò)程)；(9)所需泵的揚(yáng)程較低，高于氣相壓力約0.1 MPa，即可滿足生產(chǎn)需要。因此，與傳統(tǒng)的空塔噴淋塔相比，有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，適合推廣。

高效吸收器脫硫裝置現(xiàn)已正式運(yùn)行，焦?fàn)t煤氣量已恢復(fù)到60 000 Nm³/h左右，目前在焦?fàn)t煤氣中H₂S含量為4 000 ~ 5 500 mg/Nm³的情況下，出口硫化氫可控制在30 mg/Nm³以下。運(yùn)行效果的具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

3  結(jié)論

通過(guò)在濕式氧化法煤氣脫硫塔進(jìn)口加裝高效吸收器，對(duì)進(jìn)口焦?fàn)t煤氣進(jìn)行了有效地預(yù)處理，降低了脫硫塔的脫硫壓力，減少了脫硫液循環(huán)量，降低了能源消耗，提高了脫硫效率，優(yōu)化了焦?fàn)t煤氣質(zhì)量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。該技術(shù)的應(yīng)用不僅具有顯著的環(huán)保意義，而且實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

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