脱硫设备应用（改造、措施）—煤气半负压脱硫装置的生产实践

关健词：煤气脱硫 半负压 正负压比较 尾气处理

0 前 言

济钢焦化厂在6#7#焦炉工程采用2×60孔炭化室高为6米的JN60-6型复热式焦炉，煤气净化车间的组成为：冷凝鼓风工段、脱硫工段、硫铵工段、终冷洗苯工段、粗苯蒸馏工段、溶剂脱酚工段，脱硫工段设置在煤气鼓风机前，属于负压操作系统。

当前湿式氧化法脱硫有砷碱法、改良ADA法、Takahax法、FRC法、HPF法等多种，国内以氨为碱源的脱硫工艺，基本上都处于煤气鼓风机之后。济钢焦化厂旧脱硫工艺就是如此，由于煤气鼓风机存在温升，风机后温度大约在60℃左右，进入脱硫系统前，就必须设置预冷塔进行冷却，再者高塔再生用风量较大，使宝贵的氨资源被白白浪费掉。

济钢焦化厂经过分析，认为将脱硫工段布置在煤气鼓风机之后的脱硫工艺，煤气温度梯度的变化极不合理，造成工艺能耗大幅度增加。虽然煤气从初冷器出来的煤气温度较低（一般控制在22～25℃），但是经煤气鼓风机绝热压缩后，温度升高到55～60℃，因此不能满足脱硫工艺煤气温度30℃左右的需要。因此在旧脱硫工艺中，煤气首先进入直冷式预冷塔冷却到30℃左右，然后再进入到两个并联的脱硫塔中，完成脱硫工序后煤气温度大大降低。而且一般HPF脱硫工艺之后都配置硫铵工艺，硫铵系统的最佳操作温度一般为50℃左右，因此就需要另外设置煤气预热器对煤气进行预热提高温度。预冷、预热使水、电消耗无形中增加了许多，煤气要不断在升温与降温之间交替进行，既浪费了能源，又增加了投资，不符合济钢焦化厂清洁节能生产的要求。同时氨的损失也降低了脱硫液中挥发氨的浓度，造成脱硫效果不理想。

为了提高脱硫效率，符合焦化厂清洁节能生产的要求，济钢焦化厂在6#7#焦炉工程脱硫工艺设计中，要求将脱硫装置布置在鼓风机前、电捕之后，与中冶焦耐工程技术有限公司合作开发了“半负压脱硫工艺”。在该工艺中，初冷后温度为24℃左右的煤气经过电捕除去煤气中的焦油、萘等杂质后直接进入脱硫系统，不再专门设置预冷塔，脱硫后的煤气进鼓风机，温度40℃左右的煤气进入硫铵系统，大大减轻了煤气预热器的热负荷，煤气温度梯度变化合理。

1 半负压脱硫工艺工艺流程（见图1）

电捕来的煤气进入填料吸收塔底部，与塔顶喷洒下来的再生溶液逆流接触，吸收煤气中的H2S和HCN（同时吸收煤气中的NH3，以补充脱硫液中的碱源），脱硫后的煤气被煤气鼓风机吸送到硫铵工段。

吸收了H2S、HCN的吸收液通过循环泵进入再生塔底的预混喷嘴，与压缩空气预先混合，形成微小气泡后进入再生塔底，细小气泡与吸收液在沿再生塔上升的过程中，在催化剂的作用下氧化再生。

再生液在再生塔内的气液分离器中分离空气气泡后，用循环泵部分送经循环液冷却器冷却，冷却后的循环液与未被冷却的循环液一起进入吸收塔顶喷嘴用于循环洗涤煤气。冷却部分再生液是为了除去吸收和再生过程中放出的热量，降低再生液的温度，使系统的操作稳定。

再生塔内生成的硫颗粒由再生塔底部送入的空气进行浮上分离，在再生塔顶液面附近作为硫泡沫浓缩下来，含有大量硫的泡沫层与消泡喷洒液一起流入缓冲槽，进入缓冲槽内的含硫液体大部分作为再生塔顶部消泡而循环使用，其余部分定量供给离心分离机。离心分离机分离后的硫肓装袋外销，滤液用泵送回缓冲槽。

图1 半负压脱硫工艺流程图

2 负压脱硫与正压脱硫的比较

2.1设备组成不同

半负压脱硫装置主要由脱硫吸收塔、再生塔、脱硫液循环泵、再生液循环泵、离心机等构成，与正压脱硫相比，减少了预冷塔、剩余氨水冷却器、循环冷却氨水换热器、循环冷却氨水水泵等设备，减少了设备投资。

2.2吸收温度不同

煤气温度和循环液温度过高不利于脱硫效果，温度高使溶液面上气相中氨的分压增大，使吸收过程中循环液中含氨量降低，直接殃及脱硫效率，故脱硫塔操作温度应保持适当。在正压脱硫系统中，煤气温度的控制取决于预冷塔的操作。而在半负压脱硫工艺中，初冷电捕后的煤气直接进入脱硫吸收塔，生产过程中煤气温度保持在25～28℃，溶液的温度控制在27～33℃，因此脱硫效果较好。当然，煤气温度过低，也会降低脱硫反应速度，同样不利于脱硫效率。

2.3脱硫液中挥发氨含量不同

在半负压脱硫工艺中，由于吸收温度适宜，脱硫液中挥发氨成份得到大幅度提高，见表1，图2，有利于脱硫效率的提高。

表1 新旧系统脱硫液中挥发氨比较

2.4再生塔鼓风强度不同

理论上氧化1kg硫化氢需要的空气量不足2m3，但因气浮硫泡沫的需要，旧脱硫再生塔的鼓风强度高达100m3/m2·h，不但增加动力消耗，而且造成大量氨的损失。在半负压脱硫工艺中，由于优化了再生塔设备，再生塔所需鼓风强度仅为33～49m3/m2·h。

2.5尾气处理方式不同

将脱硫装置安排在煤气鼓风机之后的正压脱硫工艺，通常再生塔采用高塔再生工艺。吸收硫化氢的脱硫液用空气再生时，再生后的尾气中含有大量氨，一般情况下都是直接排入大气，不但损失了氨，而且污染了大气环境。

半负压脱硫工艺再生尾气的测试数据表明再生空气带走的氨为1.49～3.55kg/h，再生塔及缓冲槽尾气通过尾气引管及调节器全部引入负压煤气系统，既增加了硫铵产量，又减少了大气污染，达到了清洁生产的效果，如图3所示。

图3 再生尾气兑入煤气负压系统控制示意图

由于再生塔用使用压缩空气量较大，再生尾气兑入煤气负压系统时，要注意其中所含氧气对煤气的影响。实践证明，煤气系统含氧量虽有增加，但仍在安全范围以内（见表2），其波动主要是焦炉操作引起。

表2 兑尾气后风机后含氧情况

3 影响脱硫稳定运行的其他问题

3.1防腐问题

我们在半负压脱硫工艺中，优化了设备防腐措施，根据脱硫过程中各种介质腐蚀性质不同选择不同耐腐蚀材质，解决脱硫腐蚀严重问题。脱硫塔、再生塔使用内衬复合板；事故槽、缓冲槽内涮重防腐漆，脱硫液管道则使用不锈钢，提高了设备的防腐等级。

3.2副盐的影响

脱硫液中NH4CNS和（NH4）2S2O3盐类总量应该不超过300g/L，脱硫效率随着盐类总量的增加而降低。脱硫液中NH4CNS和（NH4）2S2O3盐类总量超过315g/L时，增加催化剂的用量，脱硫效率略有提高。另外，当脱硫液中NH4CNS和（NH4）2S2O3盐类总量超过340g/L时，脱硫液中的悬浮硫随着盐类总量的增加而上升（增加的是其中所含的盐类结晶，而不是悬浮硫），同时脱硫效率下降。因此济钢焦化厂建设了副盐提取设施，从根本上解决副盐对脱硫效率的影响，同时避免了大量脱硫废液的直接外排。

3.3 利用离心机直接生产硫膏

由于焦炉使用高压氨水无烟装煤，初冷器前煤气吸力的增大，导致煤气中的粉尘增多，在脱硫的过程中大量的粉尘被冲刷下来，由于硫泡沫的吸附作用使得硫泡沫中含有一定量的粉尘，在熔硫的过程不易分离而与清夜一起排出，在降温的过程中造成清液管道的堵塞。也使得周围环境中的花草与树木濒临死亡。鉴于此，我们不再使用熔硫釜生产硫黄，而是采用泡沫溶液直接进行离心分离的工艺，离心分离机分离的滤液用泵送回缓冲槽，分离的硫膏装代直接外销，也就不再产生高温废液及放硫时产生的污染，保护了周围的环境。

4 结 论

对于以氨为碱源的湿式氧化法脱硫工艺，将脱硫放在鼓风机前，该技术在国内焦化厂是首家实际应用。一年多的实践证明，半负压脱硫工艺是切实可行的，而且省去煤气预冷装置，减轻了硫铵煤气预热器的负荷，并将脱硫系统尾气引入负压煤气系统，对节能降耗清洁生产意义重大，具有很好的推广应用前景。