焦?fàn)t煤氣凈化脫硫工藝技術(shù)探討

劉剛

【摘 要】焦?fàn)t煤氣凈化回收是能源高效利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的典范，各種先進(jìn)的煤氣凈化技術(shù)不僅將焦?fàn)t煤氣資源“吃干抹凈”，而且有效地降低了能耗，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，促進(jìn)了焦化企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】焦?fàn)t煤氣;凈化工藝;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

前言

未經(jīng)過(guò)凈化處理的焦?fàn)t煤氣被稱為荒煤氣，是煤在焦?fàn)t炭化室的高溫蒸餾作用下?lián)]發(fā)出的黃褐色汽氣混合物，其中含有較多的煤粉塵、二氧化硫、硫化氫、焦油以及其他多環(huán)芳烴類污染物。由于其成分復(fù)雜，污染物較多，未經(jīng)處理的荒煤氣是不能供給煤氣用戶使用的，否則很容易造成管路堵塞、環(huán)境污染等問(wèn)題;

1焦?fàn)t煤氣的成分特性

焦?fàn)t煤氣的氣量大、熱值低，每冶煉1t生鐵大約可以產(chǎn)生1700～2500m3的焦?fàn)t煤氣，目前國(guó)內(nèi)焦?fàn)t煤氣的產(chǎn)量高達(dá)700億～800億m3/月。焦?fàn)t煤氣中的可用成分是一氧化碳，占28%～33%，其余成分為二氧化碳、氫氣、氮?dú)夂图淄榈?，因此可燃成分較少，熱值較低，一般為3344～4180kJ/m3。焦?fàn)t煤氣中主要的含硫物質(zhì)為有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫，總硫濃度為100～200mg/Nm3。無(wú)機(jī)硫以H2S為主，有機(jī)硫主要是羰基硫（COS），此外還有少量的二硫化碳、硫醚、硫醇、噻吩等。研究者們對(duì)企業(yè)不同焦?fàn)t煤氣硫分進(jìn)行了取樣監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)COS濃度大多為100～200mg/Nm3，H2S濃度在100mg/Nm3以內(nèi)。

2無(wú)機(jī)硫脫除工藝

焦?fàn)t煤氣中無(wú)機(jī)硫的主要存在形式是H2S，H2S的脫除工藝相對(duì)于有機(jī)硫較為成熟，其最早是應(yīng)用在焦?fàn)t煤氣凈化中，目前常見(jiàn)的技術(shù)包括干法脫硫和濕法脫硫。

2.1干法脫硫

干法脫硫即用固體吸收劑或者氧化劑直接對(duì)H2S進(jìn)行吸附或者氧化，常用技術(shù)為活性炭吸附。先通過(guò)重力除塵器的初步除塵，再經(jīng)過(guò)固定床的活性炭吸附脫除煤氣中的無(wú)機(jī)硫，此方法脫硫精度高，操作簡(jiǎn)單，能有效脫除煤氣里的無(wú)機(jī)硫，但對(duì)有機(jī)硫幾乎沒(méi)有去除效果，且需要對(duì)脫硫劑進(jìn)行定期更換，會(huì)產(chǎn)生大量固廢。

2.2濕法脫硫

濕法脫硫?qū)儆诔墒旃に?，即在吸收塔?nèi)噴淋吸收液與焦?fàn)t煤氣接觸，可以比較徹底地脫除煤氣里的H2S，該法在焦?fàn)t煤氣洗滌上已有廣泛應(yīng)用。濕法脫硫包括物理吸收法、物理化學(xué)吸收法、化學(xué)吸收法和濕式氧化法等方法。目前效果較好的是濕式氧化法，即采用催化劑在液相下進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，H2S被弱堿溶液吸收、氧化后析出單質(zhì)硫，同時(shí)吸收液得到再生。該方法流程簡(jiǎn)單、投資較低、操作彈性大，對(duì)H2S的吸收具有選擇性，可以回收單質(zhì)硫，結(jié)合焦?fàn)t煤氣氣量較大的特點(diǎn)，焦?fàn)t煤氣脫H2S可選用濕式氧化法，具體工藝可分為FRC法、TH法、HPF法、改良ADA法、AS法、PDS+栲膠法和888法，不同工藝的區(qū)別主要表現(xiàn)在吸收液所需的堿源和氧化催化劑上。

3有機(jī)硫脫除工藝

限于以往的排放標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的煤氣凈化工藝主要關(guān)注粉塵和無(wú)機(jī)硫的脫除，對(duì)有機(jī)硫的去除效果不夠，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的全硫脫除。焦?fàn)t煤氣的凈化需要重點(diǎn)關(guān)注有機(jī)硫，尤其是COS的脫除。COS的脫除主要有胺吸收法、氧化法、加氫還原法和水解轉(zhuǎn)化法等。胺吸收法是靠化學(xué)作用直接吸收COS并與吸收劑形成新的廢液，不能回收單質(zhì)硫，去除率在61%左右，難以滿足焦?fàn)t煤氣大氣量?jī)艋囊螅杀酒摺Ｑ趸ㄊ窃谘趸瘎┑淖饔孟?，通過(guò)反應(yīng)將COS氧化成單質(zhì)硫，但氧化法對(duì)氧化環(huán)境和氧化劑要求嚴(yán)格，不易控制。因此本文將主要討論加氫還原法和水解轉(zhuǎn)化法在焦?fàn)t煤氣凈化工程應(yīng)用上的可行性。

3.1加氫還原法

加氫還原法目前主要應(yīng)用在石化行業(yè)，即COS在催化劑的作用下通過(guò)加氫轉(zhuǎn)化成H2S后再進(jìn)行脫除，其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)99.99%。但是該反應(yīng)對(duì)壓強(qiáng)要求較大，通常為3.5～4.0MPa，反應(yīng)溫度為280℃～400℃，對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求較高。除此之外，該反應(yīng)需在較低的CO濃度下才能有較高的COS轉(zhuǎn)化率，對(duì)于應(yīng)用廣泛的Fe-Mo系催化劑來(lái)說(shuō)，需要CO濃度小于8%時(shí)才能發(fā)揮出較好的轉(zhuǎn)化率，但焦?fàn)t煤氣中的CO濃度在30%左右，這就需要先將CO濃度降至10%以下才能進(jìn)行COS的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，高壓設(shè)備和CO去除環(huán)節(jié)將增加環(huán)保成本。

3.2水解轉(zhuǎn)化法

與加氫還原法相比，水解轉(zhuǎn)化法的優(yōu)勢(shì)較為明顯，在較低溫度（100℃～200℃）和較低壓力15～30kPa下即可完成高效轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率大于99%。水解轉(zhuǎn)化法大規(guī)模推廣需要解決的核心問(wèn)題是水解催化劑的開(kāi)發(fā)，高活性、高壽命、較強(qiáng)的抗中毒能力是開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo)。

4變溫吸附凈化工藝

所謂變溫吸附工藝屬于當(dāng)前最新的焦?fàn)t煤氣凈化脫硫工藝。在相同壓力條件下，伴隨溫度的不斷升高，焦?fàn)t煤氣的硫化物吸附能力就會(huì)呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)，這就是變溫吸附工藝技術(shù)。它其中利用到了大量吸附劑，在一定條件下有效吸附焦?fàn)t煤氣中的各種雜質(zhì)成分。如果溫度升高，則吸附容量會(huì)逐漸變小;如果在常溫狀態(tài)下，大量氣態(tài)的硫化氫會(huì)與空氣中的氧氣結(jié)合并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，該化學(xué)反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，其反應(yīng)速度不快，但如果加入催化劑則會(huì)加速反應(yīng)。目前最常用的催化劑為活性炭，因?yàn)榛钚蕴康奈侥芰^強(qiáng)，所有的脫硫工藝都會(huì)在活性炭表面完成，合理利用活性炭表面的能量分子吸附硫化氫并產(chǎn)生水霧，而遇到水霧的硫化氫則會(huì)直接溶解，達(dá)到脫硫效果。在脫除氨成分過(guò)程中，則要考慮到氨不具備弱堿性質(zhì)，因此需要將其與硫化氫（酸性物質(zhì)）相結(jié)合，達(dá)成酸堿中和目標(biāo)，如此更有利于硫化氫分子的有效吸附，進(jìn)一步提升脫硫速率。

結(jié)束語(yǔ)

常規(guī)焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)工藝主要運(yùn)用到了蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)，所以該轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生大量雜質(zhì)也在所難免，這就造成了大量的環(huán)境污染問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，必須思考降低焦?fàn)t煤氣中所含有的焦油、有機(jī)硫、氰化物等雜質(zhì)成分，展開(kāi)有效凈化工作。所以本文中就專門提出了新干法脫硫凈化工藝與變溫吸附脫硫凈化工藝，希望參考、實(shí)踐應(yīng)用兩大工藝凈化焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)，提高企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]田向農(nóng).焦?fàn)t煤氣凈化工藝節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[J].山西化工，2020，40（02）：109-110.