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焦炉气脱硫值得关注的几个问题

焦炉气脱硫值得关注的几个问题1

发布时间:2019-03-26 11:24:22

1.1脱硫塔的设置

对于焦炉气脱硫由于进口H2S含量一般都很高,从几克到几十克每标方不等。在脱硫工程设计时一般都设计成双系统即可并联操作、亦可串联运行。双脱硫塔并联操作时,脱硫系统阻力小,单塔负荷低不容易堵塔。但脱硫效率不如双塔串联运行时高。考虑到焦炉气入口硫化氢较高,脱硫装置好采用双塔串联的运行方式。

从不断提高脱硫效率的角度来考虑,尤其是焦炉气制甲醇要求出口小于20mg/m3,焦化厂脱硫也应该采用串联流程。为了克服塔阻力和塔堵的问题,脱硫塔的喷淋密度应大于50m3/m2˙h,同时加强硫泡沫的浮选,降低悬浮硫含量等来减少堵塔的几率。

另外,前塔可以尝试空塔喷塔(即采用高效雾化喷头取代轻瓷填料),后塔采用空塔喷淋+填料的复合型塔(即脱硫塔的中、下段采用高效雾化喷头、空塔喷淋,上段使用填料)的科学组合方式。目前这种组合方式已广泛的应用在化肥行业,具有工作硫容大、溶液循环量小,脱硫效率高,系统压降小等诸多优点,效果十分理想。我想这也可作为今后焦炉煤气脱硫发展的方向,不过由于焦炉气成分复杂,脱硫液比较脏,所以采用空塔喷淋堵塞问题还需要解决。

1.2高塔再生和喷射再生

目前焦炉气脱硫的再生采用高塔再生和喷射再生两种方式。这两种方式各有特色。其区别如下:

⑴高塔再生采用空压机提供的压缩空气,需要动力。压缩送风相对稳定,液位、泡沫溢流可以自动控制,由于再生塔比较高,操作不是太方便,但有很多厂增加了视频监控系统后,操作起来比以前方便多了。

再生槽再生采用喷射器自吸空气,再生槽再生占地面积稍大一些,高度低,不需要空压机,节省了空压机的动力消耗。

⑵高塔再生只有循环泵,贫液从再生塔顶靠位压自流到脱硫塔内。再生槽再生需要贫液泵和富液泵,单从动力消耗上来讲,再生槽再生比高塔再生动力消耗要大些。

⑶关于再生效果,从我个人来看,喷射再生更便于观测再生、溢流状况,稍优于高塔再生,很多厂再生后贫液悬浮硫能达到0.2g/L以下,这在焦化行业属水平。

⑷关于投资方面,高塔再生占地面积小,但设备投资较大。喷射再生,设备投资相对较小。当然喷射再生时喷射器易发生硫堵而影响吸空气量,造成再生槽内硫泡沫时好时坏,日常需要维护检修。具体采用那种再生方式,可根据厂家的实际情况考虑。

1.3调整初冷温度,加强脱硫预净化

由于初冷的操作温度高,使煤气中的焦油和萘等不能在初冷工序中回收下来,使焦油和萘在流程中后移,造成后续工序的严重污染,很多厂脱硫液严重的发黄,影响脱硫效率的同时也影响了硫黄质量。因此,初冷温度必须降到尽可能低的程度使其保持≤22OC,并确保电扑焦电器正常工作,使煤气中的焦油状的物质得到充份净化,防止其在横管预冷器中冷却时形成堵塞,导致被迫停运清扫或冷却效果降低。

1.4脱硫系统低温化(以氨为碱源好在20℃~25℃)

焦炉煤气中的氨和硫化氢在气相中并未发生化学反应,但一旦进入液相则立即发生化学反应,形成新的化合物。硫化氢溶于水,其溶解度决定于溶液温度,温度降低则硫化氢的溶解度增高,换句话说硫化氢的吸收是放热反应,且在溶液中H2S的浓度<5%时,气液相的H2S平衡受亨利定律pH2S=HC支配,

式中PH2S—平衡时,液体表面H2S的分压,×10-6mmHg

H—亨利系数,×10-6mmHg

C—单位体积溶液中H2S的摩尔分数

而亨利系数的大小取决于温度,且随温度的升高而升高,如下列数据所表示的。

温度,℃05101520253040

亨利系数H:0.2030.2390.2780.3210.3670.4140.4630.566

可见,欲提高H2S的吸收推动力,降低吸收温度是有效的措施之一。当然提高液相的碱度提也能有效降低液相表面的PH2S值。

在没有煤气预冷塔的情况下,进入脱硫塔的煤气温度高达30℃~35℃。有专家计算过如果温度能控制在22℃~25℃,氨含量可提高3g/L~5g/L,H2S的解离度提高近30%。所以,脱硫系统中不设置煤气预冷却设备导致脱硫效率低下的教训,要得到重视。当然很多厂设置了直接式煤气预冷却设备效果也不是很好。直接式煤气预冷却设备在运行中,冷却介质与煤气直接接触,且喷洒密度较大,煤气中的焦油、萘等被洗涤混入其中,并悬浮于冷却氨水中,当冷却氨水进入冷却器冷却时,焦油和萘等杂质会沉附于传热壁表面,极大地恶化传热条件,有的甚至导致冷却器严重堵塞,以至不得不停运处理。另外直接式煤气预冷塔存在煤气冷却过程中氨的流失,两次换热,均需要温差,以至煤气难以降至25℃以下。在此基础上,很多厂选择间接横管冷却器作脱硫前煤气预冷却设备,效果很不错。

1.5脱硫工段的位置

考虑到对传统净化流程的改造和脱硫工艺的选择,很多厂煤气净化脱硫位置为:初冷器→电捕焦油器→鼓风机→中间冷却器→脱硫→洗苯塔→间接终冷塔。流程说明如下:

⑴初冷器选用横管冷却器,并设有轻质焦油喷洒洗萘装置,用低温水冷却,保证集合温度为22℃左右。这项工艺操作对后流程的打通,关系十分密切。

⑵为保证脱硫温度,在脱硫塔前,必须设有煤气中间冷却器,确保脱硫的低温吸收。

⑶为提高脱硫液中氨含量,将氨水蒸馏塔的氨气补充到脱硫液中,以提高脱硫效率。

目前很多厂考虑到煤气流程中温度梯度的合理性,采用了全负压工艺流程。如由我公司设计某厂全负压操作工艺流程:初冷器→洗苯塔→电捕焦油器→脱硫塔→鼓风机→硫氨塔→脱硫。

全负压脱硫与上面提到的流程的比较如下:

⑴由于脱硫工序后置,前面设置了洗苯、电捕焦油器等设备减轻了煤气中夹带的焦油、苯、萘等有机杂质,提高了苯、萘、焦油的回收率。

⑵温度变化控制合理。煤气经初冷器冷凝降温,即使再经过洗苯、洗萘、除油、除尘等处理,温度低于30℃,满足氨法脱硫要求的吸收温度。脱硫后充分利用了鼓风机的压缩热能,将煤气温度提升至48℃~58℃,又满足了硫铵生产50℃左右佳操作温度,系统温度实现自动控制,煤气无须再经历预冷和预热的两次换热处理,减少了水、电消耗以及剩余氨水循环降温过程的氨损失,既节能又降耗。

⑶降低了投资和运行费用。由于不再使用对脱硫煤气降温的预冷塔、剩余氨水冷却器、循环冷却氨水换热器、循环冷却氨水泵和对硫铵的煤气预热器等设备,极大的减轻了企业运行费用。
2催化剂的选择

纵观国内外的脱硫脱氰技术,目前我国采用的典型脱硫脱氰技术主要有TH法(通称湿式氧化法)、FRC法(通称催化氧化法)、AS法(通称氨硫联合洗涤法)、改良ADA法、HPF法(通称催化氧化氨法)、东狮888-JDS法、栲胶法MEA、VACA法(亦称真空碱法)等。为了使大家对我国焦化行业现行的脱硫技术有一个较全面的了解,下面对我国焦化行业中比较有代表性的几种脱硫技术作一个列举。

2.1AS法脱硫脱氰工艺

同样是以煤气中的NH3为碱源,用洗氨塔的富液吸收H2S和HCN,为保证NH3的吸收效率,富氨循环液中氨含量不能过高,因此脱硫的效率较低,一般塔后的H2S和HCN含量只能降至500mg/m3,这是氨硫联合洗涤工艺的根本技术问题。脱硫后的富液在脱氨脱酸塔中解吸,脱出的氨和酸性气体要进行除氨和制酸处理,需消耗大量的耐腐蚀材料和催化剂,流程较长,不易打通。经过多年生产实践证明,AS法脱硫技术由于投资过高等原因,不宜过多推广。

2.2改良A.D.A法脱硫工艺

该工艺是钠为碱源,A.D.A为催化剂并在脱硫液中添加适量的偏钒酸钠和酒石酸钾的湿式氧化硫工艺,脱硫和脱氰均可达到很高的效率。国内比较普遍应用在城市(民用)煤气气源厂中,本工艺的弱点一是脱硫废液处理问题,国内工业化装置采用的是提盐工艺,但流程长、操作复杂、能耗高、操作环境恶劣、劳动强度大、所得盐类产品如硫氰酸钠、硫代硫酸钠品位不高,经济效益差。二是硫黄产品收率低、纯度不高,且为保证脱硫需外加碱(碳酸钠),碱耗大,运行成本高。改良A.D.A脱硫工艺近些年已较少被采用了。

2.3H.P.F法焦炉煤气脱硫工艺

该法是我国自主创新的脱硫工艺,也同样以煤气中氨为碱源,但脱硫后煤气中氨的回收不是用洗涤吸收工艺而是用饱和器法。因此,可将脱硫液中的含氨量提高到3g/L~4g/L,从而使脱硫效率很高,脱硫后的煤气中H2S和HCN含量可达10mg/m3~20mg/m3,这一点可谓此法大的技术优势。

HPF法脱硫工艺中,经氧化再生所得的硫膏或溶融硫的含硫量较低,在工业上应用困难。

2.4888-JDS法

888—JDS法脱硫的实质是使用888—JDS(系列)脱硫催化剂及其相配套的工艺、设备的一种优良的脱硫方法。广泛应用于焦炉气脱硫,特别适合于对净化度要求极高的焦炉气制甲醇的脱硫。888—JDS脱硫催化剂是整个工艺的核心,是影响脱硫过程的关键。888—JDS催化剂吸氧、截氧能力强,能吸收空气中的氧及液相中的溶解氧而活化,释放出具有极强氧化活性的原子氧,能迅速的将液相中H2S及有机硫化物催化、氧化成单质硫。液相中H2S的摩尔分数不断降低则H2S便可从气相向液相中持续快速的转移,吸收H2S的推动力就会增大。从而在同样的设备条件下可获得更高的脱硫效率。

888-JDS对脱硫和再生都有催化作用,使脱硫脱氰工艺更加简化。尤其是近几年东狮公司研发了很多脱硫过程中配套的产品,如过滤机来进一步的完善硫黄的回收。该过滤机真空度高,滤饼比传统的过滤机水分低。滤饼干度可达70%以上,大大的降低了残液的回收。目前888—JDS催化剂已广泛应用于焦化行业。均取得了良好的脱硫效果。

2.5栲胶法

栲胶法具有资源丰富,价廉易得,副反应少,但是栲胶法需要与钒配合使用,增加了成本,并且钒是有毒物,不利于环保。

总的来说通过脱硫效率、能耗、基建投资和日常消耗的对比,认为888-JDS法脱硫脱氰工艺的技术优势是明显的,值得推荐。近东狮气体净化研究中心经过深入的研究及大量的试验,新研究开发出DST-1型脱硫催化剂及其脱硫工艺,该催化剂无毒、无腐蚀性,并具有硫容量大、再生速率快、悬浮硫和副盐含量低等特点,可广泛地应用于半水煤气、焦炉煤气、天然气等脱硫领域,大家有兴趣的也可以实际考察。

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