焦炉煤气脱硫工艺选择及方案设计研究

陈 强

（山西焦化集团有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

由于焦炉入炉煤料自身成分的限制因素影响，在生产焦炉煤气的过程中，煤炭中的有机硫化物将反应生成硫化氢等气体，如不进行有效处理则容易造成严重的环境污染问题，因此应用焦炉煤气脱硫工艺势在必行。当前研究人员针对焦炉煤气脱硫工艺进行了大量的研究，总结出较多的脱硫工艺流程，但各种焦炉煤气脱硫工艺在所取得的效果方面则存在一定差异，这就需要结合实际情况对焦炉煤气脱硫工艺进行优选，以实现硫化物总量排放的最小化。

1 焦炉煤气脱硫工艺比选

某地拟新建一焦炉煤气厂区，在规划阶段预先确定其脱硫工艺。为实现焦炉煤气脱硫工艺的优选，本次研究首先针对当地周边区域的13 家焦炉煤气生产企业进行调查，结果显示，在以上13 家企业当中，有9 家企业采用以氨为碱源的HPF 法前脱硫工艺，2 家企业采用以碳酸钠为碱源的PDS＋栲胶法后脱硫工艺，而另外2 家企业则采用以碳酸钠为碱源的888 法后脱硫工艺。在比选过程中，研究人员通过实地勘察和资料统计，对以上13 家企业的焦炉煤气中的硫化氢质量浓度监测数据进行整理归纳，初步得到数据如表1 所示。

表1 不同脱硫工艺所取得的效果分析

根据表1 中的数据分析可知，HPF 法针对低浓度工况的效果较优，但在高浓度工况下则相对较为乏力。而PDS 法在低浓度和高浓度工况下均可取得较优的效果；888 法后脱硫工艺的效果则介于二者之间。

在此基础上，为进一步探究3 种脱硫工艺的优缺点，研究人员同时分析碱源种类、催化剂种类、脱硫塔数量、脱硫效率和废液处置等多项因素，以此进行综合比选。分析结果显示：1）HPF 法在设备使用年限和成本等方面较具优势，但由于碱液pH 控制不稳定，导致脱硫效果相对不稳定；2）888 法后脱硫工艺和PDS 法在脱硫效率方面更具优势，但成本相对偏高，且洗脱工序设备损耗较为严重。对此，综合考虑多方面因素，最终确定本次选用HPF 法作为脱硫工艺，并对既有的HPF 法进行优化改进。

2 焦炉煤气脱硫工艺方案设计

在确定应用HPF 法进行脱硫工艺后，首先对整体工艺方案进行设计，得到的工艺流程图如图1。

图1 工艺流程图

如图1 所示，该工艺的基本流程如下：

1）对焦炉煤气进行预冷处理，使焦炉煤气从塔底进入脱硫塔；

2）开启喷淋系统，使脱硫液从塔顶喷淋而下，充分接触煤气后吸收焦炉煤气中的硫化氢；

3）反应后的脱硫液由管道输送至再生塔，与空气接触反应，使脱硫液再生；

4）控制脱硫液返回脱硫塔塔顶，再生塔的硫磺泡沫则由泡沫槽进入熔硫釜，生成副产品单质硫。

基于上述工艺流程，研究人员通过采取以下几方面的措施，对脱硫工艺予以改进。

一是对碱源进行优化，在传统的浓氨水中添加氢氧化钠与碳酸钠。通过应用以上两种药品，吸收剂的碱度和pH 值得到有效提升，且稳定性也大幅度提升。基于该优化方法，氨水经过焦炉煤气净化处理后，氢氧化钠和碳酸钠直接投入到脱硫液槽中，氢氧化钠的主要作用是抑制碳酸钠水解，降低碳酸氢钠作用，提高碱度的pH 值，从而提高脱硫率[1-2]。

二是对脱硫液温度进行调整。根据理论分析可知，当环境温度较高时，脱硫液中的氨含量将显著降低。通过以往的经验可知，脱硫液中的氨含量与温度的关系近似如图2 所示。

图2 脱硫液中的氨含量与温度的关系

根据图2 可知，当环境温度升高至40 ℃以上时，脱硫液中的氨质量浓度显著降低至4.0 g/L 以下，此时溶液的pH 值也降低至7.5 以下，导致脱硫效果受到严重限制[3]。针对这一问题，本次对脱硫工艺进行改造，将脱硫液泵出口的一部分脱硫液使用低温水进行冷却，而后这部分脱硫液再经由换热器冷却系统，回到脱硫液泵当中。

三是对压缩空气管道进行改进。考虑到传统HPF法对于压缩空气含量难以实现有效控制，本次采用控制压缩空气含量的理念进行优化设计。在该模式下，由于既有系统中的压缩管道调节阀门设置在压缩空气主管上部，且压缩空气分管位置未设置调节阀门，因此对整套系统的压缩空气量进行控制[4-5]。由此，设计人员在压缩空气管道上增加一条管道，该管道承担压缩空气的供给，以解决压缩空气量不稳定的问题。

在应用以上优化措施后，得到改进后的工艺流程如下：

1）将焦炉煤气输送至预冷塔，并启动喷淋装置，使煤气与冷却塔顶喷洒的循环冷却液逆向接触，使煤气温度降低至30 ℃左右；同时冷却塔下部将循环冷却液送至冷却器，用低温冷却器将其冷却至28 ℃，再控制其进入到冷却塔的循环喷洒系统中，冷却液中的剩余氨水及时更新冷却液，其余的循环冷却液从脱硫塔顶部溢出，送入冷凝鼓风工段。

2）预冷后的焦炉煤气进入脱硫塔，与脱硫塔顶喷淋下的脱硫液进行逆向接触，接触完成后，将其送入副产品加工工段。

3）脱硫液从塔底流出，进入反应槽，通过脱硫液循环泵将其送入到再生塔，再生塔通过压缩空气装置，使溶液在再生塔内氧化再生，从而达到循环利用的目的。

4）再生以后的冷却液从塔顶的液位调节器自流到脱硫塔循环系统，便于循环使用。浮在再生塔顶部的泡沫，则通过高差流入到泡沫槽，经过泡沫泵送入到压滤机除水处理进行回收利用，生成副产品。

3 应用效果及讨论

在确定优化改进的HPF 工艺后，将其应用于该厂区的焦炉煤气脱硫环节，并对其脱硫效果进行检测，检测结果如表2 所示。

表2 改进型HPF 工艺的脱硫效果

从表2 表中的数据不难看出，应用本次改进型HPF 工艺进行脱硫后，脱硫效率与以往相比得到了大幅度提升，有效改善了焦炉煤气的质量，降低了硫化物的排放量，有利于改善周围生态环境，也符合国家环保节能经济发展战略要求。

4 结语

整体来看，在本次研究中，针对某焦炉煤气生产厂区的实际情况，结合相关案例，对当前主流的几种焦炉煤气脱硫工艺进行比选，并综合多方面的因素，确定最具可行性的工艺模式。在此基础上，对既有的工艺模式进行优化，优化后的结果显示，该工艺取得了相对较优的脱硫效果，在保持原有的HPF 脱硫工艺的基础上，更加符合焦炉煤气的生产要求，同时又提高了脱硫率，环境效益较为明显。