焦炉煤气制LNG精脱硫工艺

2023-01-04孟凡凯马学成山东铁雄新沙能源有限公司山东菏泽274900

化工管理 2022年8期

孟凡凯，马学成(山东铁雄新沙能源有限公司，山东菏泽 274900)

0 引言

随着环境污染问题的加剧，人们对液化天然气(LNG)这种清洁、高效能源的依赖程度不断提升。焦炉煤气是焦炭生产中所伴生的副产品，可以应用焦炉煤气制LNG，但是在此过程中需要借助精脱硫工艺，将焦炉煤气中的含硫杂质清除，这样才能保障LNG的清洁性，降低LNG燃烧过程中污染物的排放量，减少对环境的污染。我国作为焦炭生产大国，所产生的焦炉煤气量较大，借助焦炉煤气精脱硫工艺，可以提升焦炉煤气的利用率，同时还可以为我国的环境建设提供有力的支持。因此针对精脱硫工艺的研究具有十分重要的意义。

1 我国是焦炭生产大国，焦炉煤气产量大

所谓焦炉煤气，通常情况下也被称为焦炉气，其属于高热值煤气，含有较多的可燃成分，是在炼焦炉炼焦过程中伴生的可燃性气体。焦化的程度等因素会影响到焦炉煤气的产率，而炼焦过程中应用的煤质量会影响到焦炉煤气的成本。通常情况下，焦炉煤气中的可燃成分较多，如甲烷、氢等，因此焦炉煤气有着较高的利用价值。焦炉煤气属于有毒气体，同时还具有易爆的特点，因此有着一定的危险性。甲烷和氢气是焦炉煤气的主要组成部分，其中甲烷占比在27%左右，而氢气占比则在56%左右。

我国是世界上的焦炭生产大国，因此所产生的焦炉煤气量也十分巨大，对焦炉煤气的利用不仅关乎炼焦产业的可持续发展，而且还会影响节能减排以及环境保护等，这使得焦炉煤气制LNG越来越受人们的关注。焦炉煤气制LNG是利用焦炉煤气的重要手段，除此之外，还可以应用焦炉煤气进行发电、生产化肥、合成甲醇以及制氢等，这些都有助于提升焦炉煤气的利用率。以焦炉煤气制LNG为例，焦炉煤气制LNG需要对其进行净化处理，而脱硫便是重要的净化环节，借助精脱硫工艺，能够将焦炉煤气中的含硫物质去除，保障其更加清洁环保，同时也能提升可燃成本占比，使其燃烧效果更佳。因此精脱硫工艺的应用有助于提升焦炉煤气的利用价值[1]。

2 焦炉煤气制LNG有利于缓解供需矛盾

LNG是指液化天然气，其主要成分为甲烷，属于清洁能源。我国的液化天然气需求量较大，并且液化天然气供给与需求之间的矛盾比较突出，每年都需要大量进口才能满足国内对液化天然气的需求。2021年，我国进口的液化天然气达8140万吨，已经成为了世界上最大的液化天然气进口国，这充分表明了我国液化天然气的缺口巨大，同时也使得焦炉煤气制LNG的重要性更加凸显。液化天然气有着广泛的应用，如可以用其进行发电，也可以作为家用燃料，同时还可以将其用于制作石化产品等。另外，随着汽车产业的发展，车用LNG燃料也在逐渐普及推广。由于LNG属于清洁能源，将其作为车用燃料来替代传统的燃油，对于改善环境具有十分重要的意义。相较于普通天然气，液化天然气的体积更小，与相同质量的天然气相比，液化天然气的体积仅为1/625，体积缩小便意味着其运输和储存更加便利，成本更低，同时安全性更高。将焦炉煤气作为原料，用来制作LNG，可以节约焦炭生产中焦炉煤气富余问题，同时获得LNG这种清洁能源，同时还会同时获得氢气等，可以有效提升焦炉煤气的利用率。LNG作为清洁能源，其产量的增加对于缓解能源供给与需求之间的矛盾具有十分重要的意义。

LNG作为一种清洁能源，深受人们的青睐，这使其在能源总量中所占比重不断增加，同时也使得LNG的生产和贸易更加活跃。近年来，LNG在世界范围的需求量均在不断提升，2021年我国的LNG进口量首次超过日本，成为了世界上最大的LNG进口国。为缓解我国LNG供给与需求之间的矛盾，应注重提升LNG的生产水平与产量，而焦炉煤气作为LNG生产的材料，也越来越受到人们的关注，同时也使得焦炉煤气制LNG精脱硫工艺的重要性更加凸显[2]。

3 焦炉煤气制LNG精脱硫工艺

焦炉煤气制LNG精脱硫工艺属于先进的脱硫工艺形式，与传统的工艺形式相比，其优势和作用更加显著。要想更好实现焦炉煤气制LNG精脱硫工艺的有效应用，充分发挥出焦炉煤气制LNG精脱硫工艺的作用，需要明确焦炉煤气制LNG精脱硫工艺原理，同时还要掌握焦炉煤气制LNG精脱硫工艺流程，这样才能更好的发挥出焦炉煤气制LNG精脱硫工艺的作用。经过长期的技术研发及实际应用，目前我国焦炉煤气制LNG精脱硫工艺方面的技术水平相对较高，技术也相对更加成熟，并且工艺应用经验十分丰富。

3.1 焦炉煤气制LNG精脱硫工艺原理

精脱硫工艺是焦炉煤气制LNG的关键性技术，由于焦炉煤气中含有大量的硫化物，因此需要借助相应的脱硫工艺将其去除，这样才能保障生产出清洁能源，降低LNG应用过程中对环境造成的污染，同时也能提升LNG的应用效果。对于焦炉煤气含有的硫化物而言，按照类型进行划分可以分为有机硫与无机硫两种，在焦炉煤气制LNG过程中，可以借助过氧化锌脱硫剂进行脱硫处理，过氧化锌脱硫剂可以直接吸收焦炉煤气中的无机硫，效果十分显著。而针对焦炉煤气中的有机硫的处理则相对更加复杂，需要先用铁钼加氢催化剂将焦炉煤气中的有机硫转化成为无机硫，然后再应用过氧化锌脱硫剂将其吸收，进而实现脱硫处理[3]。催化剂的反应对温度要求较高，因为焦炉煤气中还存在着少量的氧气，能够帮助温床温度上升，再加之在脱硫过程中相关反应也会放出相应的热能，这部分热量就能够满足催化剂对催化反应的温度要求。因为焦炉煤气中含有少量的氧，可以使温床温度升高而且在脱硫的整个过程中会释放出大量的热量，也会导致床层温度升高，这些反应释放的热量再经过原料的自身换热来达到催化剂催化反应所需要的温度。

3.2 焦炉煤气制LNG精脱硫工艺流程

借助调温器和换热器，将焦炉煤气进行加工处理，使焦炉煤气温度符合加氢转换器的要求，再此基础上，借助铁钼催化剂对焦炉煤气进行催化，以促进焦炉煤气中产生一定的化学反应，从而改变了焦炉煤气中的有关产物的化学性质，重点是使焦炉煤气中的有机硫转变为无机硫，为后期的脱硫处理奠定基础。

首先从一级氢转化装置中产生反应后的气体通过另一调温器中进行换热的处理工艺，之后再在脱磺酸基槽中进行了脱硫处理。接着再利用二级加氢转换器对其进行加氢转换，然后再利用过氧化锌脱磺酸基槽中的过氧化锌脱硫剂吸附焦炉煤气中的无机硫。经过一系列脱硫处理，确保处理后的气体中硫含量符合相关标准要求。

焦炉煤气在经过一级预加氢转化器处理之后，硫化氢的质量浓度会有所提升，并且提升幅度较大，同时有机硫的质量浓度会大幅度降低，这是因为在一级预加氢转化器中的铁钼催化剂的作用，将大量的有机硫转化成为了无机硫，其化学反应原理为COS+H2→CO+H2S；C4H4S+4H2→C4H10+H2S；CS2+4H2→2H2S+CH4。而在经过中温脱硫槽的处理之后，气体的含硫总量会明显降低，这是因为在过氧化锌脱硫剂的作用，能够将气体中的无机硫吸收，进而降低气体中的总硫含量。其原理为ZnO+H2S→ZnS+H2O，借助过氧化锌脱硫剂，吸收焦炉煤气中的无机硫，进而可以有效降低焦炉煤气中的硫化物含量，更好地保障脱硫效果。

与传统流程相比，该流程有着多方面的优势，传统流程中加热主要借助加热炉，通过加热炉加热的方式来满足反应所需的温度。这种方式在温度控制过程中的难度较大，同时加热炉还会占用一定的空间[4]。另外，由于进入下一工序的温度过高，因此会导致成本也随之提升。这是传统流程中存在的主要弊端和不足，而与传统流程相比，现代换热流程则可以更好解决以上问题。

新流程中涉及到的相关装置更加完善，同时无需借助加热炉进行加热，可以直接利用常温的原料与氢气反应过程中产生的热量进行加热，这部分热量便可以满足预加氢转化剂反应的温度需求，进而达到脱硫的效果。在新流程中，温度的控制更加便捷，同时效果也更好，并且还可以避免增成本投入。另外，新流程的操作简单，净化效果更佳，流程更短，能耗也会随之大幅度降低。既能节约成本，也能增加产量，同时也达到了节约能源的效果。无需借助加热炉加热，不仅能够节省加热炉成本，而且节省了加热炉燃料方面的成本，进而提升整个工艺流程的效益。由此可见，新焦炉煤气制LNG精脱硫工艺流程的优势十分显著，值得推广应用[5]。

3.3 精脱硫系统运行的影响因素

精脱硫系统运行的影响因素较多，会导致脱硫系统运行缺乏平稳性，最终影响脱硫效果。具体而言，其影响因素主要包括以下几种：首先，焦炉煤气中的氧含量会在一定程度上给精脱硫系统造成影响。在精脱硫系统运行过程中，应将焦炉煤气中的氧体积分数控制在0.5%范围之内，但是受生产工况调节等方面因素的影响，容易使焦炉煤气中的氧含量超标。在精脱硫过程中，氧会与氢发生热反应，进而释放大量的热，导致触媒床层温度上升。具体而言，焦炉煤气中氧体积分数如果升高0.1%，那么触媒床层的温度便会上升15 ℃左右。如果这种情况得不到有效地控制，会导致触媒床层温度持续升高，在这种情况下，铁钼触媒会发生结块变化，甚至会失活，这必然会给脱硫效果带来不利影响，因此在焦炉煤气脱硫过程中要注重控制好焦炉煤气中的氧含量。其次，焦炉煤气中的硫化氢含量也会对精脱硫系统的运行产生一定的影响。正常情况下，在焦炉煤气脱硫过程中需要将焦炉煤气中的硫化氢含量控制在30 mg/m3以内，如果硫化氢含量超标，则会导致氢转化器负担加重，同时还会导致加氢催化剂的使用寿命缩短，这不仅会影响到精脱硫的效果，而且还会增加精脱硫的成本[6]。最后，焦炉煤气中的焦油含量也会影响到精脱硫系统的运行。正常情况下，在焦炉煤气精脱硫过程中，焦炉煤气中的焦油含量应不高于5 mg/m3，如果焦油含量超标，则会导致系统运行阻力变大，同时也会给催化剂活性转化效率带来不利影响。因此，在焦炉煤气精脱硫过程中，应注重规避以上影响因素，保障焦炉煤气精脱硫系统的稳定运行和脱硫效果。