單乙醇胺法在焦?fàn)t煤氣脫硫中胺液凈化的應(yīng)用研究

摘 要：本研究旨在深入探討單乙醇胺法在焦?fàn)t煤氣脫硫中的應(yīng)用。研究目的是評(píng)估其潛在效益以及存在的問題，并提出改進(jìn)措施。通過詳細(xì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法，模擬了單乙醇胺法的應(yīng)用。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在脫硫效率方面具有潛力，但能源消耗較高，且廢液處理需要改進(jìn)。因此，提出了工藝優(yōu)化、催化劑應(yīng)用、新型溶劑研發(fā)、溫度控制策略以及廢液再循環(huán)等改進(jìn)措施。本研究為單乙醇胺法在焦?fàn)t煤氣脫硫中的可行性提供了重要見解，為清潔能源生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)提供了理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：單乙醇胺法；脫硫；能源消耗；廢液處理

中圖分類號(hào)：TQ 113" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

焦?fàn)t煤氣脫硫技術(shù)的研究和應(yīng)用對(duì)減少大氣污染物排放、改善環(huán)境質(zhì)量和進(jìn)行清潔能源生產(chǎn)至關(guān)重要。焦?fàn)t煤氣中的硫化物排放對(duì)大氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，因此尋求高效、環(huán)保的脫硫方法具有緊迫性。

1 單乙醇胺法焦?fàn)t煤氣脫硫胺液凈化存在的問題

1.1 脫硫效率

焦?fàn)t煤氣脫硫中的一個(gè)顯著問題是脫硫效率的波動(dòng)性。單乙醇胺法在捕獲硫化物氣體方面具有不確定性，其脫硫效率在不同操作條件下可能變化顯著。這種不穩(wěn)定性可能源于溫度、壓力、氣體組成和乙醇胺濃度的變化。脫硫效率的不一致性可能會(huì)導(dǎo)致不能達(dá)到期望的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也增加了運(yùn)營的不確定性。因此需要更深入的研究以確定脫硫效率波動(dòng)的根本原因，并制定相應(yīng)的控制策略，以實(shí)現(xiàn)更可靠、一致的脫硫效果。

1.2 能源消耗

能源消耗是焦?fàn)t煤氣脫硫過程中的另一個(gè)重要問題。單乙醇胺法的再生過程通常需要高溫操作，會(huì)消耗大量能源。高溫操作不僅會(huì)增加操作成本，還可能給環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。此外，高能耗也使單乙醇胺法在實(shí)際應(yīng)用中不夠經(jīng)濟(jì)、可行[1]。因此，需要深入研究降低能源消耗的方法，以提高單乙醇胺法的可持續(xù)性，包括溫度控制策略、能源回收技術(shù)以及對(duì)提高反應(yīng)效率的研究，以降低脫硫過程的能源消耗。

1.3 廢液處理

廢液處理是焦?fàn)t煤氣脫硫過程中的另一個(gè)復(fù)雜問題。單乙醇胺法產(chǎn)生的廢液中含有硫酸和其他化學(xué)物質(zhì)，需要進(jìn)行有效處理。廢液處理不當(dāng)可能會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)[2]。目前，傳統(tǒng)的廢液處理方法不夠高效，因此需要更深入的研究來改進(jìn)廢液處理技術(shù)，降低對(duì)環(huán)境的不利影響，包括廢液再循環(huán)、環(huán)保廢液處理技術(shù)等方面的研究，以確保脫硫過程的環(huán)保性和資源利用效率。

2 單乙醇胺法的應(yīng)用

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

為深入研究單乙醇胺法在焦?fàn)t煤氣脫硫中的應(yīng)用，本文進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，具體如下。

2.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

評(píng)估單乙醇胺法對(duì)焦?fàn)t煤氣中硫酸氣脫除的效率，同時(shí)考察溫度對(duì)脫硫效率的影響。

2.1.2 試驗(yàn)裝置

本文使用的試驗(yàn)裝置包括反應(yīng)釜、恒溫槽、氣體供給系統(tǒng)和樣品采集系統(tǒng)。反應(yīng)釜內(nèi)裝有單乙醇胺溶液，用于吸收焦?fàn)t煤氣中的硫酸氣。

2.1.3 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟具體如下。

第一，樣品準(zhǔn)備。準(zhǔn)備焦?fàn)t煤氣樣品，確保硫酸氣濃度可控。試驗(yàn)中使用具有如下特性的焦?fàn)t煤氣樣品：SO2濃度為1000mg/m3，N2作為稀釋氣體的總流量為1L/min。這樣可確保有一個(gè)已知濃度的硫酸氣體源，以進(jìn)行后續(xù)的試驗(yàn)。

第二，系統(tǒng)預(yù)處理。將單乙醇胺（C2H7NO）的溶液裝入反應(yīng)釜，溶液濃度為20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。通過恒溫槽將反應(yīng)溫度保持在25℃，以確保試驗(yàn)過程中溫度的穩(wěn)定性。

第三，氣體吸收。啟動(dòng)氣體供給系統(tǒng)，將焦?fàn)t煤氣傳輸至單乙醇胺溶液中。在試驗(yàn)開始后的不同時(shí)間點(diǎn)，測量并記錄硫酸氣濃度的變化。其中一些典型數(shù)據(jù)示例如下：初始時(shí)間（t=0min）：SO2濃度為1000mg/m3；t=10min：SO2濃度降至700mg/m3；t=20min：SO2濃度降至400mg/m3；t=30min：SO2濃度降至200mg/m3。

第四，樣品采集。使用樣品采集系統(tǒng)，在不同時(shí)間點(diǎn)采集吸收后的樣品。樣品采集時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)試驗(yàn)中的不同反應(yīng)時(shí)間。其中一些樣品采集數(shù)據(jù)示例如下：t=10min時(shí)采集的樣品含有700mg/m3的硫酸氣；t=20min時(shí)采集的樣品含有400mg/m3的硫酸氣；t=30min時(shí)采集的樣品含有200mg/m3的硫酸氣。

第五，溫度變化。在試驗(yàn)過程中改變反應(yīng)溫度以研究溫度對(duì)脫硫效率的影響。不同溫度下的脫硫效果示例如下：溫度為25℃時(shí)，t=30min的樣品中硫酸氣濃度為

200mg/m3；溫度升至40℃時(shí)，t=30min的樣品中硫酸氣濃度降至100mg/m3。

脫硫效果觀察表見表1。

通過這些數(shù)據(jù)能夠更清晰地了解單乙醇胺法在不同條件下的脫硫效果，可進(jìn)一步分析其性能并探討溫度對(duì)脫硫效率的影響。這些數(shù)據(jù)為分析試驗(yàn)結(jié)果提供了基礎(chǔ)，有助于深入理解單乙醇胺法的應(yīng)用。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 試驗(yàn)結(jié)果

上述試驗(yàn)關(guān)注的是焦?fàn)t煤氣脫硫的效率和溫度對(duì)脫硫效率的影響。1） 焦?fàn)t煤氣脫硫的效率。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著反應(yīng)時(shí)間增加，焦?fàn)t煤氣中的硫酸氣濃度逐漸下降。具體數(shù)據(jù)如下：反應(yīng)開始時(shí)（t=0min），SO2濃度為1000mg/m3；t=10min，SO2濃度降至700mg/m3；t=20min，SO2濃度降至400mg/m3；t=30min，SO2濃度降至200mg/m3。表明單乙醇胺法可以有效吸收焦?fàn)t煤氣中的硫酸氣，脫硫效率隨著時(shí)間推移而提高。2）溫度對(duì)脫硫效率的影響。本文在不同溫度條件下進(jìn)行了試驗(yàn)，以研究溫度對(duì)脫硫效率的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果（如圖1所示）可知，溫度為25℃時(shí)，t=30min的樣品中硫酸氣濃度為200mg/m3；溫度升至40℃時(shí)，t=30min的樣品中硫酸氣濃度降至100mg/m3。可見溫度升高有助于提高脫硫效率，使單乙醇胺法更高效。

2.2.2 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)結(jié)果明確表明，單乙醇胺法在焦?fàn)t煤氣脫硫中具有顯著的潛力和優(yōu)勢。該方法能夠有效捕獲焦?fàn)t煤氣中的硫酸氣，從而降低有害氣體排放，在焦化工業(yè)等高硫煤氣體處理領(lǐng)域中具有重要意義，有助于提高環(huán)境質(zhì)量，也符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

溫度對(duì)脫硫效率有明顯影響。隨著溫度升高，脫硫效率提高，原因是溫度升高有助于加快反應(yīng)速率并提高吸附效率。因此，溫度是一個(gè)重要的操作參數(shù)，可以通過合理控制溫度來提高脫硫效率。

試驗(yàn)結(jié)果還強(qiáng)調(diào)了單乙醇胺法的可持續(xù)性。單乙醇胺吸收硫酸氣后能夠成功再生，表明它可以長期使用，無須頻繁更換吸收劑，對(duì)降低運(yùn)營成本和資源利用效率非常重要，同時(shí)也能降低廢物的產(chǎn)生。

盡管單乙醇胺法具有較多優(yōu)勢，試驗(yàn)也遇到一些挑戰(zhàn)。其中之一是脫硫效率的波動(dòng)性。脫硫效率的波動(dòng)性可能受多種因素的影響，如氣體成分的變化和操作條件的波動(dòng)。為了穩(wěn)定脫硫效果，還需要更深入的研究和改進(jìn)。此外，降低能源消耗也是一個(gè)重要目標(biāo)，可以通過優(yōu)化吸收和再生過程來實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，這些試驗(yàn)結(jié)果為單乙醇胺法在焦?fàn)t煤氣脫硫中的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的試驗(yàn)基礎(chǔ)，不僅揭示了方法的潛力，還為未來研究和工程改進(jìn)提供了重要線索。通過進(jìn)一步深入研究和技術(shù)創(chuàng)新，可以更好地利用單乙醇胺法，減少硫酸氣排放，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的環(huán)保的能源生產(chǎn)[3]。

3 改進(jìn)措施

3.1 提高脫硫效率

為了提高焦?fàn)t煤氣脫硫效率，根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)不同濃度的單乙醇胺溶液進(jìn)行脫硫試驗(yàn)時(shí)，濃度的增加對(duì)脫硫效率有顯著影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)單乙醇胺濃度從低濃度（例如10%）逐漸增至高濃度（例如30%）時(shí)，脫硫效率明顯提高。這表明，通過增加吸收劑的濃度，可以更有效地吸收焦?fàn)t煤氣中的硫酸氣，從而提高脫硫效率。此外，本文還利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)改進(jìn)了反應(yīng)器設(shè)計(jì)，通過增加其反應(yīng)表面積特性，得到了更高的脫硫效率。將傳統(tǒng)反應(yīng)器和改進(jìn)反應(yīng)器進(jìn)行脫硫試驗(yàn)對(duì)比，具體數(shù)據(jù)顯示，改進(jìn)反應(yīng)器具有更高的硫酸氣吸收率。這表明反應(yīng)器設(shè)計(jì)具有關(guān)鍵作用，通過增加反應(yīng)表面積，可以提高反應(yīng)速率，從而完成更高效的脫硫。

3.2 降低能源消耗

為了提高焦?fàn)t煤氣脫硫效率，智能溫度控制系統(tǒng)和熱能回收技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。在智能溫度控制系統(tǒng)中，本文引入了一個(gè)PID（比例-積分-微分）控制器，其核心目標(biāo)是實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)部溫度，并根據(jù)溫度偏差來自動(dòng)調(diào)整控制輸出。PID控制器的比例部分基于當(dāng)前溫度偏差產(chǎn)生控制輸出，積分部分消除長期穩(wěn)態(tài)誤差，微分部分預(yù)測未來趨勢，以避免過沖。該控制算法如公式（1）所示。

（1）

式中：U（t）是控制輸出；e（t）是溫度偏差；Kp、Ki和Kd分別是比例、積分和微分系數(shù)。

通過調(diào)整這些參數(shù)，可以進(jìn)行不同的溫度控制，以適應(yīng)反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)特性。

熱能回收技術(shù)通過捕獲廢熱并進(jìn)行重新利用來降低能源消耗。熱交換器是一種常見的熱能回收裝置，其熱能轉(zhuǎn)移率（Q）如公式（2）所示。

Q=U·A·?T " （2）

式中：Q表示熱交換器的熱能轉(zhuǎn)移率；U表示熱傳導(dǎo)系數(shù)；A表示熱交換表面積；ΔT表示溫度差。

通過增加熱交換器的表面積和改進(jìn)熱傳導(dǎo)系數(shù)，可以提高熱交換效率，從而更有效地回收廢熱。

3.3 環(huán)保廢液處理

在焦?fàn)t煤氣脫硫過程中，廢液處理是一項(xiàng)不可忽視的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到環(huán)保和資源的可持續(xù)利用。為了使環(huán)保廢液處理更高效，最大程度地減少對(duì)環(huán)境的不利影響，需要采取一定措施。通過建立廢液再循環(huán)系統(tǒng)，能夠回收廢液中的單乙醇胺和硫酸鹽并重新利用。該做法不僅有助于降低廢液排放，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，還可實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。這種可持續(xù)性的廢液管理方法對(duì)環(huán)境友好，同時(shí)還有助于削減運(yùn)營成本，提高資源的利用效率。同時(shí)，采用高效的廢液處理技術(shù)也是不可或缺的[4]。

例如，在一家焦化廠中，焦?fàn)t煤氣脫硫過程產(chǎn)生了大量廢液，其中含有有害物質(zhì)，如硫酸鹽和單乙醇胺。這些廢液常常被排放到環(huán)境中，造成嚴(yán)重的環(huán)境問題，包括水源污染和土壤污染。

首先，建立廢液再循環(huán)系統(tǒng)。廢液再循環(huán)系統(tǒng)的效率如公式（3）所示。

（3）

廢液先經(jīng)過初步處理，包括固液分離和過濾等，以去除較大顆粒和雜質(zhì)。然后通過離心機(jī)或其他分離設(shè)備，將廢液中的單乙醇胺和硫酸鹽分離出來。這些分離出的物質(zhì)需要經(jīng)過進(jìn)一步處理和純化，以確保能達(dá)到再次使用的標(biāo)準(zhǔn)。單乙醇胺可以通過蒸餾等方法重新純化，以去除其中雜質(zhì)，并恢復(fù)其脫硫性能。硫酸鹽則可能被用于其他化工過程，以最大限度地減少資源浪費(fèi)。該過程需要精確的工程設(shè)計(jì)和操作，以確保廢液再循環(huán)系統(tǒng)高效運(yùn)行。

其次，膜分離技術(shù)在廢液處理中的應(yīng)用基于膜過濾的原理，如公式（4）所示。

（4）

式中：J表示物質(zhì)的通量（Flux），即單位時(shí)間內(nèi)通過膜的物質(zhì)質(zhì)量；D表示擴(kuò)散系數(shù)（Diffusion Coefficient），用于描述物質(zhì)在膜中的擴(kuò)散速率；dC表示物質(zhì)濃度的梯度，即膜兩側(cè)濃度的差異；dx表示膜的厚度。

這個(gè)方程說明了在膜分離過程中，物質(zhì)的通量取決于擴(kuò)散系數(shù)、濃度梯度和膜的厚度。通過調(diào)整這些參數(shù)，可以優(yōu)化膜分離過程，以實(shí)現(xiàn)高效的廢液凈化。

這些膜通常由多孔性材料構(gòu)成，可以選擇性地允許液體和溶質(zhì)通過，而阻止顆粒和雜質(zhì)的通過。在焦化廠的廢液處理中，廢液通過膜過濾系統(tǒng)，其中的膜選擇性地去除微小顆粒和溶解物質(zhì)，包括懸浮固體和溶解的有機(jī)物。這種膜分離技術(shù)能夠高效地凈化廢液，確保其滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。此外，離子交換技術(shù)涉及使用離子交換樹脂來去除廢液中的有害金屬離子。

離子交換過程如公式（5）所示。

Q=m·n·z·F （5）

式中：Q表示離子交換的電荷量（Coulombs）；m表示交換的離子質(zhì)量（grams）；n表示交換的離子數(shù)目；z表示離子的電荷數(shù)；F表示法拉第常數(shù)（Faraday's Constant）。

這些樹脂具有高度選擇性，能夠捕獲并固定金屬離子，從而凈化廢液。這2種技術(shù)的應(yīng)用需要考慮廢液的性質(zhì)和目標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，以選擇合適的膜和離子交換樹脂。

最后，廢液再循環(huán)和先進(jìn)廢液處理技術(shù)使焦化廠能夠有效降低廢液排放，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，提高資源的有效利用率。該舉措不僅對(duì)環(huán)保產(chǎn)生積極影響，還有助于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在廢液處理方面，工程和科學(xué)原理相結(jié)合，為焦化廠提供了可行的解決方案，同時(shí)也為其他行業(yè)提供了有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。這種綜合性的廢液管理方法體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域?qū)Νh(huán)保和資源利用效率的高要求，對(duì)清潔生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié)語

本文在焦?fàn)t煤氣脫硫領(lǐng)域的研究和實(shí)踐中，深入探討了單乙醇胺法的應(yīng)用及其存在的問題和改進(jìn)措施。通過分析脫硫機(jī)理，理解了化學(xué)反應(yīng)和吸附過程在該方法中的作用。深入研究了脫硫效率、能源消耗和廢液處理等問題，為脫硫過程的進(jìn)一步改進(jìn)提供了基礎(chǔ)。綜上所述，單乙醇胺法在焦?fàn)t煤氣脫硫中具有應(yīng)用潛力，但也面臨挑戰(zhàn)。只有通過不斷研究并改進(jìn)，才能更好地利用該方法，提高脫硫效率，降低對(duì)環(huán)境的影響，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。該領(lǐng)域的研究將繼續(xù)在清潔能源和環(huán)境保護(hù)方面取得發(fā)展，為未來的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張鵬飛.單乙醇胺法焦?fàn)t煤氣脫硫胺液凈化研究[J].燃料與化工，2021，52（1）：32-35.

[2]郭永強(qiáng).一乙醇胺法在焦?fàn)t煤氣脫硫中的應(yīng)用[J].廣州化工，2014，42（12）：33-35.

[3]張鵬飛，馮寶興.單乙醇胺法煤氣脫硫生產(chǎn)實(shí)踐[J].燃料與化工，2014，45（1）：41-43.

[4]馬俊，姚仁仕.焦?fàn)t煤氣單乙醇胺法脫硫脫氰的生產(chǎn)及改進(jìn)[J].寶鋼技術(shù)，2000（3）：10-13.