加压站焦炉煤气净化装置阻损问题分析及改善

2020-06-15廖定荣杨金标

冶金动力 2020年5期

廖定荣，杨金标，阎鹏

（新余钢铁集团公司第一动力厂,江西新余 338000）

前言

新钢冷轧加压站焦炉煤气净化装置于2011年5月建成投运，主要为冷轧薄板厂、硅钢厂、中厚板厂、制氢站提供精制焦炉煤气。这些用户对煤气品质要求非常高；如冷轧薄板厂要求煤气中的硫化氢含量必须≤10 mg/m3。变压吸附制氢装置的吸附剂，对焦炉煤气所含焦油、硫化氢、萘有严格限定。实际运行时，由于焦炉煤气中杂质含量超过净化装置设计处理能力，精制焦炉煤气杂质成分超标，易造成用户烧嘴堵塞和吸附剂中毒，无法正常生产。这一问题在冷轧加压站焦炉煤气供应量逐渐增大后，暴露出来。

1 焦炉煤气净化工艺及运行情况

1.1 焦炉煤气净化工艺

冷轧加压站焦炉煤气净化装置由9 座粗脱塔（脱硫塔）和6座精脱塔（脱萘塔）2个部分组成，采用先脱硫、后脱萘的方式运行。粗脱塔主要装填氧化铁脱硫剂脱除焦炉煤气中的硫化氢，精脱塔主要装填活性炭脱除焦炉煤气中的萘。设计能力：当原料气中H2S 含量≤1000 mg/m3、萘≤500 mg/m3、焦油≤50 mg/m3时，要求粗脱塔出口H2S≤10 mg/m3，精脱塔出口萘≤50 mg/m3、焦油含量≤5 mg/m3，处理焦炉煤气能力为42000 m3/h，整个系统阻损≤2000 Pa，自投入使用开始，使用时间1年。

工艺流程示意图见图1。

图1 焦炉煤气净化工艺简图

1.2 焦炉煤气净化装置运行情况

焦炉煤气管网压力保持在5000～6000 Pa 运行。净化装置在投运前期，阻损一般在500 Pa 左右，3～4个月以后，阻损会逐渐上升至1000 Pa 左右；运行6个月阻损会达到2000 Pa 左右；后期最高阻损会出现≥5000 Pa的情况，导致加压机前压力过低、加压机无法正常启动，影响用户生产。

（1）粗脱塔运行情况

粗脱塔在投运前期，阻损一般保持在200～300 Pa 左右运行，3 个月以后，会逐渐上升至500Pa左右，5 个月左右阻损会1000 Pa 以上，后期最高时会达到3000 Pa以上。在粗脱塔运行6个月左右，粗脱塔出口硫化氢含量达到20 mg/m3以上，9 个月后会达到35 mg/m3以上，导致冷轧薄板厂混合煤气过滤网和烧嘴堵塞、连退炉被迫停产检修情况发生。

（2）精脱塔运行情况

精脱塔的运行一般采用4塔并联运行，2塔再生备用模式。新的活性炭装填好，投运初期，阻损一般保持在200～400 Pa 运行；3～5 个月以后，也会逐渐上升至800 Pa以上；后期最高会超过2500 Pa。

当粗脱塔和精脱塔同时出现阻损大时，由于焦炉煤气管网压力在5500 Pa 左右，系统阻损很大，加压机根本无法正常开机，造成混合煤气无法满足用户配比需要，严重影响冷轧厂等用户的正常生产。

加压机、净化装置及混合煤气供应系统流程示意图见图2。

图2 混合煤气系统流程示意图

2 原因分析

在日常运行及脱硫剂更换过程中，对造成净化装置阻损大的原因进行了细致的分析，主要存在以下几个方面。

2.1 粗脱塔进口管积水

由于粗脱塔采用下进上出的方式运行，进气管存在U型结构，煤气冷凝水容易沉积在进口管中，而底部排污管安装在塔底管弯头处，高于U型管底部，平时无法将U 型管中冷凝水排干净，导致进气管进气面积减少，增加了系统运行阻力。

2.2 粗脱塔分层隔离间隙减小

粗脱塔脱硫剂装填时,设计采用氧化铝瓷球进行分层隔离，防止每层脱硫剂泄漏到下层。由于格栅板的宽度比氧化铝瓷球略小，没有透气性的氧化铝瓷球充填在格栅板的凹槽中，运行一段时间后，煤气中的焦油、萘、硫等物质充填了瓷球之间的间隙，在格栅板处阻碍煤气的正常流动，增大了粗脱塔的阻力。

2.3 粗脱塔脱硫剂间隙减少

在更换脱硫剂时，发现在脱硫塔中间层中心大约有直径1.8 m 左右圆柱形的脱硫剂颜色变化不大，表明煤气很少在该圆柱形脱硫剂内流通。分析认为，在脱硫剂装填时，由于脱硫剂是通过塔顶部管口向塔内倾倒的，在中心部位不断挤压，造成中心部位脱硫剂的密度大，煤气无法在中心部位顺利通过，使塔内过流面积减少。新的脱硫剂装填好，投运初期，阻损不明显，随着一段时间的运行，脱硫剂吸附饱和及硫的析出，造成脱硫剂的间隙减小，阻损会明显增大。

2.4 精脱塔再生温度低

经分析，精脱塔阻损大的主要原因是用于再生蒸汽压力低，再生煤气量在2000～2500 m3/h 时，煤气温度很难加热到110 ℃以上，使精脱塔内温度无法保持在90 ℃以上，无法完全脱出活性炭吸附的萘。由于再生温度不能满足活性炭完全再生需要，且由于再生煤气在塔内自上而下，且温度逐渐降低，使上部升华了的萘，在塔的中部或底部低温区域再次凝华，造成精脱塔阻力就逐渐增大，阻碍了焦炉煤气在塔内的正常流动。

3 改善方法及措施

3.1 粗脱塔增设排水管

针对粗脱塔进口管积水问题，2015 年11 月在9个粗脱塔进口管最低点安装了DN100 排水管，将原来的排水管用盲板堵断。这样每次排水时，可以完全将粗脱塔进口U 型管中的积水排干净，降低进口管流通阻力。

3.2 粗脱塔更换填料分层材料

氧化铝瓷球作为填料分层隔离材料，主要是应用在化工行业，运行压力至少在0.8 MPa 以上的装置，即使产生2～3 kPa 的阻损，对整个系统的正常运行不会带来什么影响。但在冶金企业使用时，因焦炉煤气管网压力偏低，一旦阻损偏大就会影响系统正常运行。2015 年4 月更换脱硫剂时，根据脱硫塔的结构和脱硫剂的装填情况，决定取消氧化铝瓷球，采用强度和密度符合运行要求的两层10～12目304 不锈钢钢丝网替代，在防止脱硫剂漏到塔底的同时，使煤气通过隔离床层时，所遇阻力会明显降低。

3.3 设计脱硫剂布料装置

针对装料过程中脱硫剂从高处下落的冲击，使中心部位脱硫剂密度增大情况，设计制作了布料装置，放置在塔顶部装料口：每次装料时，料从园周边分布下料，接触塔壁后再降落到塔内，减少料与料的相互冲击，并且每装填10 m3左右，就调整布料装置及下料方向，使塔内脱硫剂分布密度均衡。这样，不仅使煤气在塔内的过流面积得到充分利用，减少了阻损，而且提高了脱硫剂使用效率和使用时间。

图3 为粗脱塔布料装置改造前后装料及气流情况简图。

图3 布料装置改进前后对比图

3.4 精脱塔增设人工蒸汽再生

针对精脱塔活性炭吸附的萘在再生过程中不能完全脱除的问题，通过试验论证，运用活性炭高效再生工艺技术：即在精脱塔进口管靠近塔底部位增加DN500 人孔，定期采用人工手动对精脱塔用蒸汽直接再生。具体操作如下：将需要再生的精脱塔进出口、再生气和解析气盲板插除；打开顶板放散阀，用氮气吹扫精脱塔20 min 左右，检测CO 含量≤30 mg/m3，停止氮气，打开人孔，向塔内直接充入130 ℃蒸汽对活性炭进行再生；塔内温度保持100 ℃以上24 h 后停止蒸汽，封人孔，充入氮气降温；抽进出口盲板，煤气置换氮气合格后，再生塔投入运行。通过用蒸汽直接再生后，塔内阻力与新塔相差无几。该方法不但解决了精脱塔阻损大的问题，同时减少了再生所需精制焦炉煤气使用量2200 m3/h 左右，减小了精制系统的运行负荷，对延长系统的运行周期发挥了积极作用。

4 实施效果

通过以上改善方法，焦炉煤气净化装置系统阻力下降明显见表1。

表1 焦炉煤气净化装置阻损问题改善前后对比表

粗脱塔系统阻损保持在200～400 Pa 运行，精脱塔系统阻损保持在300～800 Pa 运行，使用近一年时间，精制系统阻力变化不大，且精制焦炉煤气中硫化氢、萘的含量没有出现超标情况。焦炉煤气加压机没有出现过因机前压力低运行困难的情况，精制混合煤气配比没有受到影响，为冷轧厂、硅钢厂、中厚板厂、制氢站等用户的正常生产发挥了积极作用。