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索尔费班法脱硫工艺的改进 焦玉杰, 梁 杰 太钢焦化厂, 山西 太原 030003 摘 要 针对太钢焦化厂煤气净化系统采用索尔费班脱硫工艺在生产过程中出现的设备堵 塞、 影响煤气质量等问题, 提出了具体解决方案; 施行结果达到了有效改进生产工况、 改善煤 气质量、 延长生产周期的目的。 关键词 煤气化; 煤气; 脱硫; 技术管理 中图分类号 X741. 2 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202009-0050-03 收稿日期 2020-06-19 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 09. 015 作者简介 焦玉杰1970, 男, 山西芮城人, 1995 年毕业于鞍山钢铁学院化工工艺煤化工专业, 太钢焦化厂高级工程师。 引用格式 焦玉杰, 梁 杰. 索尔费班法脱硫工艺的改进 [J]. 煤炭加工与综合利用, 20209 50-52. 1 太钢焦化厂煤气净化系统概述 太钢焦化厂煤气净化系统采用了索尔费班法 脱硫工艺以除去煤气中的 H2S, 该工艺包括煤气 中 H2S 的吸附、 乙醇胺MEA溶液中酸性气体 的蒸汽解析和制取硫酸 3 个过程。 首先, 洗苯塔来的脱萘、 脱氨、 脱苯后焦炉 煤气进入 H2S 吸收塔, 与稀释到 15的乙醇胺 MEA溶液逆流接触, 煤气中的 H2S、 HCN 及 一部分 CO2被 MEA 溶液吸收后成为净煤气从塔 顶输出, 通过煤气管网供用户。 吸收了煤气中 H2S、 HCN、 CO2等酸性气体 的 MEA 溶液简称富液从吸收塔下部排出, 经 过富液过滤器、 富液泵、 贫富液换热器换热后, 送入解吸塔顶部进行解析。 在解析塔内, 部分被吸收的 H2S、 HCN、 CO2酸性气体简称酸气在塔顶从热富液中闪蒸 出来, 经空冷器、 冷凝冷却器冷却, 进入制取硫 酸工序, 生产 96以上的浓硫酸; 酸气冷凝液泵 回解析塔顶部再生。 析出部分酸气的贫液自上而 下通过塔板, 分别从塔中段塔盘和塔底分两段排 出, 再经过贫富液换热器、 贫液冷却器后进入吸 收塔上段、 中段循环利用。 在解析塔的下段, 除部分乙醇胺贫液直接送 吸收塔重复使用, 另外还需要再取部分溶液做以 下处理 取一部分贫液自流入预热器, 用 0. 4 0. 6 MPa 的蒸汽进行间接加热, 流回解析塔, 进 一步提取 H2S。 取一部分贫液进入焦油分离器进 行化学处理, 通过在高温蒸汽加热条件下加入 NaOH 溶液的方法对乙醇胺溶液进行再生, 溶液 中部分聚合物杂质与 NaOH 反应, 生成钠盐和 MEA 蒸汽, 约 140150 ℃的 MEA 蒸汽返回解吸 塔, 以减少高价格的乙醇胺溶液损失; 而固体残 渣钠盐, 经沉降分离后排出系统外。 图 1 太钢焦化厂煤气净化系统流程 2 存在的问题 1生产过程存在管道、 设备堵塞。 装入煤 中硫分大约有 3035转入煤气中, 并以 H2S、 COS、 CS2、 噻吩、 硫杂茚等形式存在。 去除焦 油、 脱苯时, 硫杂茚和噻吩得到了去除, 但煤气 05 煤炭加工与综合利用 COAL PROCESSING 煤气中乙醇胺含量增大, 氮 元素含量增加, 其燃烧后废气中氮氧化物含量也 就相应增加, 给尾气达标排放造成困难。 索尔费班脱硫工艺采用单乙醇胺MEA溶液 脱硫, 乙醇胺与 H2S、 CO2、 HCN 反应机理如下 HOC2H4NH2 H 2S 􀜪􀜩 􀜒HOC2H4NH3HS HOC2H4NH2 HCN 􀜪􀜩􀜒HOC2H4NH3CN 2HOC2H4NH2 CO2􀜪􀜩􀜒 HOC2H4COO - HOC2H4NH 3 3脱硫废液难以处理。 鼓风机前的煤气系 统处于负压状态, 无论怎么操作、 严密设备, 焦 炉煤气中总会含有少量氧气。 一般来说, 焦炉煤 气中氧气体积分数小于 1。 在脱硫过程中, 氧 气与乙醇胺溶液进行反应, 会导致乙醇胺氧化降 解, 降低脱硫效率。 同时, 在氧与 H2S 同时存在 时, 乙醇胺与氧气、 H2S 可以反应生成稳定的硫 代硫酸胺盐, 也会造成脱硫效率下降。 为了提高价格高昂的乙醇胺溶液使用效率, 需要向乙醇胺溶液中加入 NaOH 溶液以分解固定 胺盐。 在蒸汽加热的条件下, 部分胺盐与碱反应 生成钠盐与乙醇胺, 乙醇胺循环利用, 而产生的 钠盐作为废弃物处理。 乙醇胺溶液再生产生的钠盐残渣具有一定的 腐蚀性, 直接排放对土壤具有破坏作用, 受环保 限制不宜直接堆放或排入环境。 采用制型煤的方 法将钠盐残渣混入煤中进入焦炉炼焦, 但钠盐残 留在焦炭中会在高炉中增大焦炭的反应性, 导致 高炉炉渣量增加、 利用系数下降。 4能源消耗偏大。 与其它脱硫方式相比, 索尔费班工艺采用乙醇胺脱硫能耗偏大主要体现 在蒸汽消耗上。 乙醇胺与 H2S、 HCN、 CO2等酸 性气体的反应需要在 105 ℃或更高的温度下才会 逆向进行。 通过蒸汽加热方式进行酸气的解析, 需要大量的热; 该过程伴随溶液中水的蒸发, 蒸 汽消耗将更加增大。 所以, 索尔费班脱硫工艺蒸 汽消耗高于其它脱硫工艺。 乙醇胺溶液的再生也需要消耗大量蒸汽。 乙醇 胺溶液脱硫过程中副产物 盐类物质在与 NaOH 反应再生时也需要大量的热量。 目前, 该工艺采用 中压蒸汽为再生热源, 蒸汽的消耗量仍然较大。 3 问题解决方法 1加大乙醇胺溶液再生量, 减轻聚合物堵 塞。 从管道、 设备清理的杂质分析, 在加入大量 NaOH 溶液后加热, 残渣溶化, 说明管道、 设备 中积聚物可能是硫代硫酸胺盐、 1-2-羟基乙 基-咪唑啉酮-2、 N-2 羟基乙基-乙二胺等物 质, 通过提高溶液加碱、 加热再生量一般取循 环液量的 1. 5的方式可以减缓溶液中聚合物的 生成速度, 减轻管道、 设备堵塞几率, 实现设备 长周期运行。 降低煤气中氧含量可以减缓乙醇胺溶液中聚 合物的生成量。 通过焦炉操作管理, 严密炉门、 炉口, 减少集气管清扫时间等办法降低煤气中氧 含量体积分数可达到小于 0. 6, 以减少煤气 中有机硫氧化碳生成量, 进一步也可减少副反应 产物 噁唑烷酮-2 的生成量, 减少溶液中聚 合物的生成量。 2降低煤气温度, 减少乙醇胺溶液消耗。 降低吸收塔内煤气温度、 乙醇胺溶液温度, 降低 脱硫放热反应后出口煤气温度, 达到减小煤气体 积膨胀、 降低输送阻力的目的, 以减少乙醇胺溶 液在煤气中的夹带。 通过低温水冷却方式降低乙 醇胺循环溶液温度, 减少吸收过程中带入热量; 通过降低吸收塔进口煤气温度的方式终冷塔后 15 2020 年第 9 期焦玉杰, 等 索尔费班法脱硫工艺的改进 煤气温度低于 28 ℃, 并尽可能低于 25 ℃, 在 脱硫反应放热量不变的前提下降低出口煤气温 度, 从而减小煤气膨胀体积、 减小管道阻力, 降 低煤气流动的速度, 减少乙醇胺溶液在煤气中的 夹带, 也减少了乙醇胺溶液的消耗。 降低出口煤气温度, 有利于减少乙醇胺蒸发 量, 降低煤气的饱和水含量。 乙醇胺溶液蒸发在 增加消耗的同时降低了乙醇胺循环吸收液的浓 度, 降低了溶液对 H2S 的吸收能力。 降低入口煤 气温度及乙醇胺溶液温度, 减少乙醇胺溶液蒸发 量, 有利于降低煤气中乙醇胺含量, 降低煤气中 氮氨含量, 减轻尾气排放环保压力。 3减少能源消耗, 降低能源成本。 乙醇胺 溶液解析塔属于提馏塔, 提高解析塔进口富液温 度有利于酸性气体闪蒸解析。 通过换热方式提高 解析塔富液进口温度, 可以降低蒸汽消耗, 减少 能源成本。 降低解析塔塔顶压力有利于降低解析塔塔顶 温度, 从而减少塔底加热器蒸汽消耗。 酸气冷却 器、 酸气温度、 管道阻力等都影响解析塔塔顶压 力的变化, 保持设备顺畅、 阻力降低, 有利于降 低解析塔塔顶压力, 减少蒸汽消耗的同时也减轻 了溶液、 酸气冷却等对循环冷却水的需求, 可以 大大降低水处理系统负荷。 4作为型煤配料处理固体废弃物。 乙醇胺 溶液再生的钠盐残渣与煤、 除尘灰、 含油废水按 一定比例混合, 通过压球机生产半球状型煤, 再 将型煤配入煤中, 减少了固体残渣对环境的污 染, 又增大了装入煤堆比重。 虽然钠盐再次进入 焦炉炼焦会对高炉用焦炭有所影响, 但仍不失解 决环保问题的好办法。 4 结 语 虽然乙醇胺具有 H2S 吸收能力强, 并且稳 定、 热降解率小、 容易从污染溶液中回收等优 点, 但是, 基于其他各种顾虑, 目前国内焦化行 业使用索尔费班法脱硫工艺的厂家越来越少。 太 钢焦化厂通过采取强化乙醇胺溶液再生、 降低煤 气温度、 降低煤气中氧含量等一系列措施, 最大 限度消除了乙醇胺溶液吸收过程中的弊病, 将负 面影响控制在可接受的范围, 使索尔费班法脱硫 工艺的投资小、 设备少等优点将更加明显。 􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮􀤮 上接第 49 页 偏高, 较高的灰熔点会提高气化炉燃烧室的温 度, 造成耐火砖寿命下降, 不利于水煤浆气化炉 长期运行。 另外, 该区域煤种碱金属如钠、 钾 含量较高, 灰成分中氧化钠约占 7. 74、 氧化钾 占 0. 80。 过高的碱金属含量会对耐火砖长周期 运行产生不利影响, 降低耐火砖寿命与气化炉在 线率。 2据兖矿新疆煤化工有限公司气化装置的 实际运行情况, 结合新疆心连心能源化工有限公 司使用对置式多喷嘴水煤浆气化炉、 奎屯锦疆化 工有限公司、 神华新疆化工有限公司 2 家公司使 用的 GE原德士古水煤浆气化炉以及新疆国泰 新华化工有限责任公司的晋华炉水冷壁运行效 果来看, 当前采用准东煤的水煤浆气化装置运行 过程中仍存在不少的问题, 水煤浆气化工艺仍然 无法使用准东矿区就地煤单一煤种, 即准东当 地煤基本不适合用作水煤浆气化工艺的原料煤。 3粉煤气化采用水冷壁结构, 实现 “以渣 抗渣”。 气化炉常用原料煤灰分一般为 8 30, 灰分含量过低不利于挂渣, 含量过高气化 性能较差, 且渣水系统负荷增加。 准东煤煤质灰 分为8. 51空干基, 灰分适中, 所在区域煤质 的灰熔点适中、 可磨指数较高, 建议企业在新疆 选择新型煤气化技术路线项目时, 可选为粉煤气 化的原料。 4根据兖矿粉煤气化 “开阳炉” 满负荷连 续运行 6 a 测算, 该煤种作为粉煤气化原料时, COH2比氧耗301 m3/ km3, 比煤耗0. 596 t/ km3, 两项指标均处于先进水平, 说明该煤种为适宜的 粉煤气化应用原料。 尽管粉煤气化激冷流程的粗 煤气水气比仅有 0. 60. 9, 但足以完成调整合成 气比例的变换任务。 参考文献 [1] 于广锁, 龚 欣, 等.多喷嘴对置式水煤浆气化技术 [J]. 现代化工, 2004, 2410 46-49. [2] 孙永奎, 李 耀. 多喷嘴对置式水煤浆气化装置运行总 结 [J]. 中氮肥, 20106 8-10. [3] 龚 欣, 郭晓镭, 等.新型气流床粉煤加压气化技术 [J]. 现代化工, 2005, 253 51-52, 54. [4] 宋玉国, 张庆忠.粉煤气化技术用于 500 kt/ a 合成氨项 目总结 [J]. 化工设计通讯, 2014, 402 34-37. 25 煤炭加工与综合利用2020 年第 9 期