荒煤氣制氫工藝中脫硫問題的探討

楊成劍 蘇懷強(陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319)

荒煤氣制氫工藝中脫硫問題的探討

楊成劍 蘇懷強(陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319)

荒煤氣制氫工藝中脫硫問題是焦化企業(yè)所面臨的重要課題，尤其對脫硫工藝的選擇和脫硫位置的設(shè)定環(huán)節(jié)更是十分關(guān)鍵，它對于焦化企業(yè)投資、運營、管理和環(huán)保的影響作用極大。本文從荒煤氣制氫工藝的脫硫現(xiàn)狀談起，進(jìn)而分析其中存在的幾點問題，最后探析完善和優(yōu)化脫硫處理的具體方法和措施，希望對焦化行業(yè)提高能源利用效率、確保企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供一絲參考或助力。

荒煤氣；制氫工藝；脫硫問題；解決措施

一直以來，我國低階煤資源十分豐富，對于低階煤資源的合理開發(fā)利用是目前焦化企業(yè)十分重要的任務(wù)。低階煤在低溫干餾工藝條件下，可以受熱分解為荒煤氣。其組成包括：氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮氣、不飽和烴、硫化氫和有機硫等。正因為低溫干餾工藝具有操作簡單、成本低和高回報等特點，因此是焦化企業(yè)煤產(chǎn)品加工的發(fā)展趨勢。與此同時，低溫干餾所獲得的荒煤氣是制氫工藝的主要原料。然而基于荒煤氣的組成可以看出，其中硫類雜質(zhì)較多，而硫類物質(zhì)對制氫工藝的影響很大。所以對于荒煤氣制氫工藝中脫硫處理的研究勢在必行，尤其在對脫硫工藝的選擇和脫硫位置的設(shè)定方面更是十分關(guān)鍵。

1 對荒煤氣制氫工藝中脫硫處理存在問題的分析

目前焦化企業(yè)制氫原料多數(shù)來源于荒煤氣，通過對荒煤氣的凈化加工處理，進(jìn)而利用脫硫提純的方式以獲取氫氣原料。其中廣為運用的脫硫處理方式是為甲基二乙醇胺溶液吸收脫硫工藝，通過脫硫工藝位置變換后，甲基二乙醇胺溶液再生獲取的氣體再重新進(jìn)行回收，這種處理方式也稱為MDEA溶液吸收脫硫工藝。其反應(yīng)過程十分復(fù)雜，而且不同工藝環(huán)節(jié)的影響作用較大。正因為MDEA溶液吸收脫硫工藝受到多方面因素的制約與限制，所以脫硫處理的性能并不穩(wěn)定。具體存在的問題如下：首先，荒煤氣進(jìn)入MDEA溶液吸收脫硫裝置后，由于氣體總量大，因此對于設(shè)備的處理能力要求較高。此外荒煤氣中含有大量的二氧化碳，甲基二乙醇胺溶液對二氧化碳的吸附能力較強，這就會造成MDEA溶液的大量消耗，從而加劇了生產(chǎn)和操作成本；其次，甲基二乙醇胺溶液再生得到的脫硫氣體中含有的二氧化碳，它將會對附屬產(chǎn)品——硫磺的回收帶來干擾和影響，于是導(dǎo)致硫磺回收成本的加大。同時，它也不利于環(huán)保要求，對生產(chǎn)安全也會帶來隱患；最后，酸性水、酚氨水汽提酸性氣和液化氣脫硫酸性氣等酸性氣體的注入，對于設(shè)備的投入提出了進(jìn)一步要求，這也促使了成本的管理費用隨之額外增加。此外，MDEA溶液吸收脫硫工藝還受到系統(tǒng)壓力、溫度、胺液循環(huán)量、胺液濃度、胺液質(zhì)量和MDEA吸收塔結(jié)構(gòu)等因素的影響，這對于荒煤氣制氫工藝中脫硫處理能否實現(xiàn)安全、平穩(wěn)和節(jié)能目標(biāo)都具有重要的作用。

2 對完善和改進(jìn)荒煤氣制氫工藝脫硫方法的探究

脫硫處理的完善和改進(jìn)要從堿源開始，用碳酸鈉代替原有堿源，而且催化劑也要更新為DKT-6。首先，采用兩級壓縮提高荒煤氣壓力值，之后經(jīng)過水洗脫除其銨鹽類物質(zhì)，進(jìn)而在預(yù)處理裝置的加工下，將萘、焦油、氨氣、重?zé)N、氰化氫等物質(zhì)有效清除，以獲取相對純凈的氣體原料，再利用VPSA-I裝置產(chǎn)生的氣體作為脫硫原料，同時進(jìn)一步升壓，使荒煤氣中一氧化碳和水蒸氣充分反應(yīng)進(jìn)而生成氫氣；其次，變換氣要做提濃處理，隨之脫除水、二氧化碳和硫化氫，目的是獲取富氫氣、逆放氣與解吸氣；最后，脫除富氫氣中的氮氣以及其它雜質(zhì)，同時產(chǎn)出高質(zhì)量和純度的氫氣。最為關(guān)鍵的改進(jìn)在于順放二氣做預(yù)處理再生，進(jìn)而將逆放氣、解吸氣和其它酸性氣混合，直至送入脫硫單元以達(dá)到有效脫硫的目標(biāo)，最終還能獲取回收產(chǎn)品硫磺。

3 對濕法脫硫改進(jìn)工藝效果的概述

一方面，改進(jìn)后的濕法脫硫工藝，使用了脫硫?qū)Ｓ梦絼蟠筇岣吡嗣摿蛐?。同時，耐硫提氫專用吸附劑的運用，也為脫硫效果的提升產(chǎn)生了極大的幫助；另一方面，創(chuàng)新使用逆放氣與解吸氣送去濕法脫硫加工，極大減輕了脫硫裝置的處理負(fù)擔(dān)，這就進(jìn)一步提升了脫硫?qū)嵭?，而且在?jié)約成本的同時，大大提高了企業(yè)經(jīng)濟效益；最后，濕法脫硫工藝不僅具有技術(shù)成熟、操作管理較為便捷、運營十分高效和穩(wěn)定的優(yōu)點，而且還具備脫硫設(shè)備成本低和占地面積小等優(yōu)勢；此外，在節(jié)約能源和環(huán)境保護方面的作用更是不可替代，尤其是附屬產(chǎn)品——硫磺的回收，有助于提高其再生效率和質(zhì)量。

4 脫硫工藝改進(jìn)后企業(yè)經(jīng)濟指標(biāo)的變化

4.1 投資成本的變化

甲基二乙醇胺溶液脫硫工藝的工程投資包括脫硫裝置、甲基二乙醇胺溶液（200噸）、低濃度酸性氣焚燒爐、克勞斯硫回收裝置和煙氣氨法脫硫裝置，其投資成本約為9300萬元。而濕法脫硫工藝的工程投資包括濕式氧化脫硫裝置、VPSA吸附劑（495噸）、吸附塔設(shè)備鋼材（230噸）和真空泵（23臺），其成本共計為7970萬元。脫硫工藝改進(jìn)后，企業(yè)投資成本降低1330萬元。

4.2 運營費用的變化

濕法脫硫工藝可以減少蒸汽消耗、循環(huán)水消耗、電耗、人工成本、藥劑消耗、天然氣消耗。除去自身吸附劑消耗、蒸汽產(chǎn)出量減少和其它各種消耗，脫硫工藝改進(jìn)后，企業(yè)運營費用同比減少5400萬元。

4.3 氫產(chǎn)量變化

實驗發(fā)現(xiàn)，濕法脫硫工藝一年能夠多產(chǎn)氫氣的效益可達(dá)6000萬元。

總之，通過對現(xiàn)有荒煤氣制氫工藝中脫硫問題的分析發(fā)現(xiàn)，甲基二乙醇胺溶液脫硫工藝的確存在很多不足。在焦化企業(yè)不斷重視改革創(chuàng)新的背景驅(qū)動下，結(jié)合國家環(huán)保要求和節(jié)能號召。因此，對于脫硫技術(shù)的改進(jìn)和完善勢在必行。改進(jìn)方案的實施不僅降低了脫硫的處理數(shù)量，而且增加了硫磺回收的效率和質(zhì)量。尤其對于降低企業(yè)投資和運營成本起到了積極的推動作用，與此同時，還提升了氫氣的產(chǎn)量，最大限度實現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟效益增長的目標(biāo)。

[1]王開岳.90年代國內(nèi)外MDEA工藝的工業(yè)應(yīng)用及開發(fā)方向[J].石油與天然氣化工，1997，26(4).

[2]韓新萍.焦?fàn)t煤氣脫硫工藝分析與優(yōu)化[J].武鋼技術(shù)，2010，48(1).

[3]程增余.脫硫方法在焦化副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].安徽化工，2012，38(4).