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一塔式脱硫再生塔在焦炉煤气脱硫系统中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-11-03  作者:李忠彦  浏览次数:674
 
核心提示:摘要:针对云南煤业能源股份有限公司安宁分公司(以下简称:云煤能源安宁分公司)焦化AS脱硫法后的焦炉煤气硫化氢含量≤500mg/m3的情况,研究采用湿法PDS+栲胶一塔式脱硫再生工艺对焦炉煤气进行二次脱硫改进,使一塔式脱硫再生塔出口焦炉煤气硫化氢含量低于20mg/m3,取得了良好的社会效益。 关键词:焦炉煤气;脱硫;脱硫再生塔
 一塔式脱硫再生塔在焦炉煤气脱硫系统中的应用

李忠彦

(云南煤业能源股份有限公司)

摘要:针对云南煤业能源股份有限公司安宁分公司(以下简称:云煤能源安宁分公司)焦化AS脱硫法后的焦炉煤气硫化氢含量≤500mg/m3的情况,研究采用湿法PDS+栲胶一塔式脱硫再生工艺对焦炉煤气进行二次脱硫改进,使一塔式脱硫再生塔出口焦炉煤气硫化氢含量低于20mg/m3,取得了良好的社会效益。

关键词:焦炉煤气;脱硫;脱硫再生塔

1  引言

在炼焦过程中,煤中硫分大约30%进入了煤气系统,使焦炉煤气中含有4~10g/m³的硫化氢。含有硫化氢的煤气作为燃料燃烧时,会生成大量硫化物和氮氧化物,造成严重的环境污染[1]。昆钢焦化厂现有6m顶装焦炉二座,焦炭产能100万吨,分别投产于1994年、2002年,配套建设的煤气净化装置采用AS法脱硫,净化后煤气含 H2S≤500mg/m3(2013年实际平均值为460 mg/m3)。因焦炉煤气热值高,CO含量低,云煤能源安宁分公司利用一部分焦炉煤气返回3#、4#焦炉进行加热,其它外供用户使用。根据《炼焦化学工业污染物排放标准(GB16171-2012)》要求焦炉烟囱SO2排放含量必须:≤50mg/m3,《人工煤气标准(GB13612-2006》)中H2S含量必须≤20mg/m3,焦化厂在使用自产的焦炉煤气对焦炉加热时,现有的AS法脱硫后的煤气H2S含量指标完全不能满足要求。

为解决上述问题,优化生产工艺,我厂采用了一塔式脱硫再生塔对AS法脱硫后的焦炉煤气进行湿法脱硫改造,进行二次脱硫,取得了较好的效果。

2  湿法PDS+栲胶脱硫原理

湿法脱硫是以碱性溶液(碳酸钠溶液或氨水)进行化学吸收,包括改良蒽醌二磺酸钠法(改良ADA法)、栲胶法、PDS法、HPH法等[2],AS法煤气脱硫是以焦炉煤气中的氨为碱源的湿式吸收法脱硫工艺,一般洗氨塔后煤气含H2S≤500mg/m3[3]。对于AS法煤气脱硫后H2S≤500mg/m3的焦炉煤气,云煤能源安宁分公司采用湿法PDS+栲胶脱硫工艺方法进行二次脱硫改造,使焦炉煤气H2S含量≤20mg/m3

该法在PDS+栲胶催化剂作用下,以Na2CO3作为碱源实现脱硫目的,总反应方程式 :2H2S + O2 → 2S + 2H2O

1)脱硫原理

对于无机硫:H2S+Na2CO3 → NaHS + NaHCO3

对于有机硫:RSH + Na2CO3 → RSNa + NaHCO3

2)再生原理

对于无机硫:NaHS + ½O2 → S + NaOH

对于有机硫:2RSNa + ½O2  + H2O → RSSR + 2NaOH

3)脱HCN原理

首先,HCN与NaHS在氧化条件下反应,生成NaSCN,方程式如下:

4CN- + 4HS- + O2 → 4SCN- + 2H2O

然后,NaSCN发生水解,生成NaHS和NH4HCO3,由于NaHS可以在再生步骤生成硫磺,而NH4HCO3具有良好的水溶性得以去除,从而实现了HCN的脱除,反应方程如下:2SCN- + 6H2O → 2HS- + 2NH4HCO3

3  一塔式脱硫再生塔湿法脱硫工艺

3.1   工艺流程

AS法脱硫后的焦炉煤气从脱硫再生塔塔底进入,自下而上与塔顶喷淋下来的脱硫液逆流接触以吸收煤气中的H2S,吸收了H2S、HCN的脱硫液从塔底自流至反应槽反应,然后再利用脱硫液循环泵送至脱硫再生塔上部再生段,脱硫液循环过程中根据检测温度值通过冷却器将脱硫液温度保持在35℃左右,到达再生塔顶的脱硫富液通过自吸式喷射器与空气接触,进行氧化再生,再生溶液自流到脱硫段喷洒脱硫,脱硫液与焦炉煤气充分接触反应,吸收煤气中H2S,反应脱硫后煤气中H2S含量小于20mg/m3,煤气送至各用户。从脱硫再生段溢流出的硫泡沫送至旧有熔硫系统。事故槽用于开工或检修贮存脱硫液,溶碱槽用于适时补充碱液,地下放空槽用于脱硫液放空,整体过程见如下工艺图1。

 

图1
图 1 焦炉煤气二次脱硫工艺流程

 

3.2   工艺特点

(1) 采用一级一塔式脱硫,工艺流程简化,使煤气脱硫和脱硫液再生两级工艺合二为一,与传统的脱硫塔+再生塔工艺相比,占地面积小,减少工艺设备及管道,在设计中,脱硫再生塔直径5000mm,塔高42890mm,塔体全为S30408不锈钢制作,耐脱硫液腐蚀,节约工程投资;

(2) 脱硫塔采用高效且比表面积大的新型花环填料,接触面积大,耐腐蚀,利于脱硫焦炉煤气与脱硫液充分接触反应;

(3) 采用钠法为碱源脱除煤气中的硫化氢,脱硫再生塔顶尾气无污染物排放,不需要尾气处理,环境友好。

(4)PDS+栲胶脱硫工艺,在栲胶存在下,H2S脱除率大于96%,有机硫脱除率大于40%,HCN脱除率在90%以上。脱硫过程中,在PDS催化剂作用下,使煤气中的H2S转化为硫磺,HCN分解为NH3和CO2

(5)PDS催化剂反应性高,催化剂应用浓度低,用量少,脱硫液中一般只需1~3ppm就能生效,降低用户PDS使用量,有效降低了使用成本。

3.3   脱硫再生塔工艺设计参数

焦炉煤气最大处理量:5万m3/h

煤气温度:≤35℃

进口煤气H2S含量:≤500mg/m3

出口煤气中H2S含量:≤20mg/m3

脱硫液循环量:600m³/h

脱硫塔内喷洒脱硫液温度:35℃

塔径:Ф5000mm

填料:聚丙烯花环填料Ф89mm×Ф45mm×3mm

云煤能源安宁分公司煤气鼓风机额定压力为18kPa,运行中最高出口压力为13.9KPa,终冷塔、脱硫塔、1#洗氨塔、2#洗氨塔和洗苯塔五塔阻力设计值为1.5KPa,要求出气压力不能低于5KPa,这样13.9-1.5×5-5=1.4KPa。从以上数据可以得出,焦炉煤气经过一塔式脱硫再生塔允许的最大阻力1.4KPa,实际设计中,该脱硫再生塔采用大塔径,减少系统阻力,设计阻力值为≤1kPa。

4   改造前后情况

4.1  指标对比

焦炉煤气二次脱硫后,对一塔式脱硫再生塔出口焦炉煤气含量与AS脱硫法工艺中的脱硫塔出口焦炉煤气硫化氢含量经过8天进行测定,进行对比,由表1可知,焦炉煤气二次脱硫后,煤气中H2S含量值平均小于10m/gm³,与设计要求的脱硫再生塔后H2S含量≤20mg/m3相比较,效果更加良好。

表1 H2S含量检测结果比较  mg/m³

日 期

AS脱硫塔后

脱硫再生塔后

2015-10-1

234.90

2.94

2015-10-2

208.63

11.79

2015-10-3

212.73

5.78

2015-10-4

293.54

8.69

2015-10-5

251.26

11.40

2015-10-6

392.89

8.57

2015-10-7

598.75

11.54

2015-10-8

515.21

8.47

最大值

598.75

11.79

最小值

208.63

2.94

平均值

338.49

8.65

由于PDS催化剂的高效性,HCN转化非常完全,HCN分解为NH3和CO2,实际生产中很难检测到CN-的存在。

4.2  效果及成本情况

一塔式脱硫再生塔脱硫工艺是在原有焦化AS法脱硫工艺的基础上,在后序煤气系统上再采用湿法脱硫工艺(PDS+栲胶)对焦炉煤气进行深度湿法脱硫处理,焦炉煤气经AS法脱硫和PDS+栲胶法两道工艺脱硫后,其煤气中H2S含量从≤500mg/m3降至≤20mg/m3。脱硫后的焦炉煤气可实现SO2减排约96%,环境效益显著,从而为改善项目所在区域的大气环境质量做出了贡献。

根据当地的原材料和动力供应情况,按照煤气处理量5万m3/h计算,每年耗Na2CO3需要消328t,PDS+栲胶脱硫催化剂1.01t,综合各种原材料和动力成本,一塔式脱硫再生塔处理单位煤气总成本为70.46元/万m3煤气,经营成本220.72万元,处理单位煤气经营成本为50.39元/万m3煤气。

5  结语

(1)一塔式脱硫再生塔脱硫工艺是在原有焦化AS法脱硫工艺的基础上,在后序煤气系统上再采用湿法PDS+栲胶工艺对焦炉煤气进行深度脱硫处理,焦炉煤气经AS法脱硫和PDS+栲胶湿法两道工艺脱硫后,其煤气中H2S含量≤500mg/m3降至H2S含量≤20mg/m3,满足了用户要求。脱硫后的焦炉煤气可实现SO2减排约96%,环境效益显著,从而为改善项目所在区域的大气环境质量做出了贡献。

(2)一塔式脱硫再生塔综合了脱硫塔+再生塔的功能,占地面积小,对焦炉煤气处理量大,采用大塔经,系统阻力小,工艺简单,大大降低了投资建设成本,在类似焦炉煤气脱硫中值得推广使用。

(3)一塔式脱硫再生塔脱硫效率主要取决于脱硫液再生效果,在生产操作中,应注意观察脱硫液颜色、密度、含油情况的变化,能很好的监控脱硫再生系统的运行情况,根据生产负荷调节脱硫液循环量、溶液再生量,Na2CO3、PDS、栲胶等用量,使二次脱硫后H2S含量指标在满足≤20mg/m3情况下波动范围更小。

参考文献

[1]  张爽,张颖,霍素斌等.焦炉煤气正、负压HPF脱硫工艺比较[J].燃料与化工,2014,45(6):41-43.

[2]  马力辉.HPF法脱硫液的处理方法[J].燃料与化工,2014,45(1):53-54.

[3]  陈雪丽,李庆生.AS法煤气脱硫工艺存在的问题及改进[J].燃料与化工,2014,45(2):56-58.

 
 
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