張 劍

（山西西山煤氣化有限責任公司，山西 古交 030205）

隨著我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，極大地促進了焦化行業(yè)的發(fā)展，高溫煉焦已經(jīng)成為煤炭資源利用的主要途徑。在煉焦過程中，原煤中的S 元素轉化成H2S進入焦爐煤氣中。焦爐煤氣若不經(jīng)過處理直接利用不僅會對設備和管道造成腐蝕和損害，而且直接燃燒還會對空氣造成污染。不論從保護環(huán)境的角度，還是從對工業(yè)設備保護的角度，均需要對焦爐煤氣進行脫硫處理。可用于脫硫的工藝眾多，選擇一項高效、低成本的脫硫工藝并針對性地設計脫硫方案對焦爐煤氣的推廣和應用具有重要意義[1]。本文以焦化廠為例，針對其當前脫硫工藝所存在的問題提出新的脫硫工藝并完成了脫硫方案的設計。

1 焦化廠脫硫所存在的問題

目前，應用于焦化廠脫硫工藝包括有A.S 法煤氣脫硫、HPF 法脫硫以及真空碳酸鈉法脫硫等。其中，A.S 法煤氣脫硫在實際操作過程中需消耗大量的催化劑，且工藝流程復雜，能耗較大，在實際反應過程中對設備造成較為嚴重的腐蝕，更重要的是該種工藝的脫硫效率偏低。HPF 脫硫工藝因其成本低、操作方便等優(yōu)勢目前被焦化行業(yè)廣泛應用；但是，HPF 脫硫工藝存在產品純度低、脫硫效率低以及脫硫廢液難處理的問題[2]。對應真空碳酸法脫硫工藝，其屬于新型脫硫工藝，該工藝具有產品純度高、不會產生二次污染且反應的穩(wěn)定性和可靠性高的優(yōu)勢。

1.1 焦爐煤氣脫硫現(xiàn)狀及問題分析

HPF 脫硫工藝為焦化廠目前應用的主流工藝。HPF 脫硫工藝的流程如圖1 所示。

圖1 HPF 脫硫工藝流程

如圖1 所示，HPF 脫硫裝置布置于鼓風機和硫銨之間。在脫硫塔中焦爐煤氣與脫硫液通過逆流的方式接觸，脫硫液對焦爐煤氣中H2S 和HCN 進行吸收。經(jīng)處理后的焦爐煤氣進入下一階段的硫銨裝置中；經(jīng)反應后的脫硫液進入反應槽中并最終進入再生塔，在壓縮空氣的作用下脫硫液形成硫泡沫，最后通過熔硫斧形成硫膏[3]。

1.2 HPF 脫硫工藝問題分析

通過對實際脫硫操作進行總結，得出當前HPF脫硫工藝主要面臨的問題包括如下：

1）脫硫效率低。焦爐煤氣未處理前H2S 的質量濃度為10 mg/m3～12 mg/m3；經(jīng)HPF 脫硫工藝后，塔后焦爐煤氣中H2S 的質量濃度高達6 mg/m3；

2）上述脫硫工藝中脫硫液中NH3的質量濃度僅為3 g/L 左右，與標準所規(guī)定的5 g/L 的要求相差較多。即無法為脫硫操作提供充足的氮源，從而導致脫硫效率低；

3）在某些區(qū)域，由于該地區(qū)的平均氣溫偏高，導致脫硫液的溫度高于一般值，導致操作溫度過高，進而影響最終的脫硫效率；

4）采用HPF 脫硫工藝對涉及到的設備腐蝕嚴重，主要表現(xiàn)為出現(xiàn)不同程度的漏點。

針對上述HPF 脫硫工藝所面臨的實際問題，并結合對焦爐煤氣脫硫的迫切需求，急需重新為焦化廠尋求一種高效、低成本的脫硫工藝[4]。

2 新型脫硫工藝的選擇及方案設計

為保證所選擇脫硫工藝能夠從根本上解決HPF脫硫工藝所存在的問題，保證脫硫處理后的焦爐煤氣均能夠滿足相關標準要求。脫硫工藝的選擇需遵循如下原則：

1）要求所選脫硫工藝對應塔后焦爐煤氣中H2S的含量滿足我國的相關標準規(guī)范要求。

2）脫硫工序僅為對焦爐煤氣凈化處理的其中一個工序。因此，脫硫工藝的選擇必須與其他脫氰、洗氨等工序相匹配。

3）所選擇的脫硫工藝應結合焦化廠的實際情況，包括成本、廠區(qū)位置以及國產化替代等問題。

2.1 焦爐煤氣脫硫堿源的選擇

針對HPF 脫硫工藝，要求脫硫液為堿性。因此，為保證焦爐煤氣的脫硫效率，保證堿源的充足，保證其脫硫液為堿性是關鍵。實踐表明，當焦爐煤氣中H2S 的質量濃度大于8 mg/m3，采用焦爐煤氣中本身的氨作為堿源，明顯表現(xiàn)為堿不夠的情況[5]。因此，需要為脫硫塔中補充堿。

但是，若想保證焦爐煤氣的脫硫效率大于99%，必須保證氨與H2S 的質量比大于1.3。也就是說，當焦爐煤氣中H2S 的質量濃度大于8 mg/m3，對應所需堿的量為10.4mg/m3。一般焦爐煤氣中氨的質量濃度為4 mg/m3～6 mg/m3，即需要補充4.4 mg/m3～6.4 mg/m3的堿。但是，對于當前HPF 脫硫工藝中的蒸氨裝置最多只能補充2 mg/m3的堿，可見，單純依靠補堿是不可行。因此，可以說在某種程度上以氨為堿源實現(xiàn)對H2S 的脫除存在一定的局限性。

綜上所述，采用碳酸鹽為堿源實現(xiàn)對焦爐煤氣中H2S 的脫除。

2.2 焦爐煤氣脫硫工藝方案的設計

在上述分析的基礎上，為提高焦爐煤氣的脫硫效率，采用碳酸鹽為堿源對脫硫液進行堿化，最終實現(xiàn)對焦爐煤氣H2S 的脫除。以真空碳酸鉀為例設計新的脫硫工藝。

與以氨為堿源的脫硫工序類似，以真空碳酸鉀為堿源的脫硫工藝，對應的脫硫液，也就是H2S 的吸收劑為再生塔的碳酸鉀溶液，碳酸鉀溶液與焦爐煤氣通過逆流的方式接觸，從而對焦爐煤氣中的H2S、HCN 和CO2等酸性氣體進行去除?；谡婵仗妓徕洖閴A源的脫硫工藝具有明顯的優(yōu)勢，其可根據(jù)焦爐煤氣中酸性氣體的含量對吸收劑的量進行無限制的增大，從而保證對酸性氣體的脫除效果。

基于真空碳酸鉀為堿源的脫硫工藝涉及到的關鍵設備包括有脫硫塔、再生塔和真空泵。同時，為了避免二次污染的問題，在脫硫工序中對所產生的放空液和漏液進行集中回收；為系統(tǒng)配置充氮壓力平衡系統(tǒng)，保證反應過程中的廢棄不被排放至空氣中。

通過計算可知，基于氨為堿源和基于碳酸鉀為堿源的脫硫工藝對應硫的脫除效果對比如表1 所示。

如表1 所示，采用以碳酸鉀為堿源的HPF 脫硫工藝明顯可提升焦爐煤氣的脫硫效果。

表1 不同脫硫工藝對應脫硫效果

3 結語

焦爐煤氣為對原煤進行煉焦處理后的產物，對焦爐煤氣處理不當不僅會造成環(huán)境污染，而且會造成資源的浪費。為解決焦爐煤氣直接利用對設備造成腐蝕和對環(huán)境污染的問題，必須先對焦爐煤氣進行脫硫處理。針對HPF 脫硫工藝所面臨的脫硫效率低的主要問題，將傳統(tǒng)以氨為堿源的脫硫工藝改進為以碳酸鉀為堿源的脫硫工藝。通過預測可知，以碳酸鉀為堿源的HPF 脫硫工藝每年可減排SO2的量為11 428 t，遠高于以氨為堿源的HPF 脫硫工藝的脫硫效果。