HPF脱硫工艺参数的研究与改进

孙治民 张桐

摘 要：介绍了HPF脱硫工艺的原理、流程、特点以及实际操作数据。通过分析，对操作参数进行调整，取得了较好的效果。

关键词：HPF工艺;脱硫;焦炉煤气;操作参数

Abstract：HPF process introduced the principle of processes， characteristics， as well as actual operating data。By analysis ， the operating parameters have been adjusted ，the better result has been achieved ， there is more deep understanding on HPF Process ，design concept and mechanism.

Key word：HPF Process;gas desulphurization;COG;catalyst Operating

0 引言

本钢焦化厂沙窝分厂现有2座7m焦炉，焦炭生产能力为150万t/a。采用HPF湿式氨法脱硫工艺，煤气处理量为76000m3/h，于2008年11月投产，经过技术攻关，整个脱硫系统运行良好，脱硫塔后煤气H2S指标控制在100mg/m3以下。在保证脱硫塔后煤气H2S指标的同时，优化操作参数，年节约成本约700万元，具有明显的经济效益和环保效益。

1 HPF法脱硫工艺的特点

本钢焦化厂沙窝分厂HPF法脱硫工艺是根据氨法液相HPF催化脱硫反应原理，以氨为碱源，HPF为催化剂的焦炉煤气湿法脱硫，其反应是一种催化、氧化反应。

HPF法脱硫用NH3代替外碱作为脱硫反应的碱源，在经济效益方面，不需外来碱源的补充，降低了生产成本;在脱硫液成份方面，由于NH3水溶液是弱碱，含量的高低不会造成碱度的太大波动，易于控制溶液的碱度和pH值，避免pH值过高造成溶液副盐增加速度过快，降低脱硫效率;在硫泡沫处理方面，生成的硫泡沫颗粒大，易于与溶液分离。

2 影响HPF氨法脱硫主要因素

影响HPF氨法脱硫主要因素可分为点：设备因素和生产操作因素。

2.1 设备状况

①影响脱硫塔塔吸收效率的主要原因是填料的堵塞及损坏状况，脱硫液喷头及再分布器的工作状况;②影响各种换热器换热效率的因素是结构及堵塞情况;③影响再生塔效率的因素是脱硫循环液组成，空气过剩系数，预混喷嘴的数量及开度，液位调节器高度等情况[1]。

2.2 生产操作

①影响脱硫效率的因素是吸收温度，脱硫液循环量，脱硫液质量，脱硫液含氨;②影响吸收温度的因素煤气入脱硫塔温度即预冷塔的运行状况，影响脱硫液油入塔温度是换热器和冷却器的运行状况;③影响脱硫液质量的因素是再生风量，定期排浓缩液，液位调节器高度的控制;④泡沫槽排清液的操作，清液含硫量的控制也影响到脱硫液的质量。

3 HPF氨法脱硫操作

3.1 脱硫液中氨含量的控制

氨法脱硫过程，实际上是酸碱中和反应，因而脱硫液中游离氨的含量会直接影响煤气的脱硫效果[2]。我厂的生产实践证明，脱硫液中游离氨含量达到2g/L以上时，脱硫效果能达到99%以上。

3.2 煤气及脱硫液温度的控制

我厂实践经验表明：当脱硫液温度高于42℃时，脱硫效率只有60%左右，同时副盐含量增长很快。因而在生产过程中，煤气温度保持在25-30℃，脱硫液温度控制在27℃。为达到理想的煤气温度，我厂总结出以下经验：

3.2.1 重视初冷器的操作

我厂采用的是4台4700m2横管冷却器并联操作，可以将煤气温度降低至21℃。为达到此温度要求，低温水温度控制在18℃以下，初冷器具有良好的换热效果。

3.2.2 加强预冷塔操作

在脱硫和再生操作中，前者是放热反映，但温度太低不利于再生操作。经综合考虑，我们将煤气温度控制在25℃，脱硫液温度控制在28℃，同时预冷器阻力应控制在500Pa以下。

3.2.3 氨源供给方式

经气浮除油后的剩余氨水代替浓氨水补入反应槽，大大降低了对设备及管道的腐蚀。

3.3 液气比的控制

增加液气比可使传质面迅速更新，同时可降低溶液中的H2S分压差，提高气液两相间H2S的分压差，以提高吸收推动力，有利于脱硫效率的提高。当液气比达到一定程度后，脱硫效率不再明显增加，反而会增加动力消耗。我厂单塔进料流量控制在1200m3/h。

3.4 再生空气量与再生时间的控制

氧化1kgH2S的理论空气量为2m3，在生产实践中，由于浮选泡沫的需要，我厂单个再生塔的鼓风强度一般控制在1200m3/h。为保证再生反应的充分进行，再生时间控制在40min左右。

3.5 脱硫液中双副盐的控制

在脱硫催化再生过程中，会产生副反应，生成NH4CNS

和（NH4）2S203，当双副盐积累到一定程度时，会大大降低脱硫效率，因而必须定期排盐，以降低整个系统中的盐含量，我厂双副盐的含量控制在200g/L以下。

3.6 悬浮硫的控制

循环液中存在着单质硫必须提出。否则不仅会影响脱硫效率，而且会造成系统堵塞。从我厂的生产實践来看，悬浮硫含量应控制在1.5g/L以下。

3.7 煤气系统阻力的控制

脱硫塔采用2台花环填料塔串联操作。当整个脱硫系统阻力大于1500Pa时。即使工艺参数符合指标要求，也会因喷淋不均匀，造成吸收不完全，影响脱硫效果。

3.8 煤气中杂质的控制

HPF氨法脱硫工艺要求进入脱硫塔的煤气中焦油含量≤50mg/m3。我厂采取了以下措施：

3.8.1 控制好初冷后煤气温度

我厂横管初冷器后煤气温度控制在18-21℃之间，在这个温度下，煤气中的大部分焦油和萘等杂质被冷凝下来，随冷凝液进入机械化澄清槽[2]。

3.8.2 开好电捕焦油器

电捕焦油器在高压电场作用下，煤气中的焦油雾被捕集下来，进一步降低了煤气中焦油的含量，为保证电捕焦油器的正常运行，定期用热氨水或蒸汽清扫。

3.8.3 利用预冷塔

在预冷塔中，能够进一步去除煤气中的焦油和萘，因而，控制好预冷塔循环液喷洒温度至关重要。我厂循环喷洒液温度控制在28℃以下，同时用剩余氨水作为补充水，以降低喷洒液中的焦油含量。

3.9 催化剂的添加

催化剂在脱硫和再生过程中，均起很大作用。催化剂的添加方式直接影响到系统中催化剂浓度和均匀度。在生产过程中，我厂将催化剂的添加方式由每天添加一次催化剂改为定时添加，脱硫液中催化剂浓度变化较小，硫泡沫生成稳定。

实施步骤如下：①催化剂ZL的浓度由40ppm将至10ppm（图1）;②挥发氨的浓度由12g/L将至2g/L左右（图2）;③脱硫废液外排量由每日50t降至35t左右;④加强预冷塔操作，将煤气温度控制在25℃，脱硫液温度控制在28℃，同时预冷器阻力应控制在500Pa以下。

整理数据，总结优化经验，得出结论：脱硫塔后H2S在试验期间没有明显变化，由于吸收温度比较低，脱硫效果仍然比较高（图3）。

4 结论

在保证脱硫塔后，H2S小于100的情况下，催化剂ZL的浓度由40ppm将至10ppm，年耗催化剂由20t将至5t左右，仅此一项年节约成本约500万元左右。挥发氨的浓度由12g/L将至2g/L左右，脱硫液的碱度降低有效的阻止了设备及管道的腐蚀程度，年节约成本约200万元左右。脱硫废液外排量由每日50t降至35t左右，一年减少外排量约5000t，大大较少了运输成本，具有明显的经济效益和环保效益。经过以上工艺优化，年节约成本700万元。

参考文献：

[1]范伯云，李哲浩.焦化厂化产生产问題[M].北京：冶金工业出版社，1998.

[2]季广详，新建焦化厂的工艺选择与环境保护[J].煤化工，2005，33（1）：28-33.

作者简介：

孙治民（1982- ），男，汉族，辽宁本溪人，学士，2005年本科毕业于中南大学化学工程与工艺专业，工程师，现从事煤化工工艺方面工作。