焦炉煤气净化发展方向

冯闯冯金超

摘要：概括了我国目前焦化的生产格局，分析了目前煤气净化装置所存在的问题。提出老厂改造急待解决的两大问题：提高产品质量，降低能耗；控制污染、保护环境。根据钢铁工业与城市煤气净化指标要求不同，论述了不同规模的净化装置应采用不同净化流程的观点，通过技术经济指标的比较，提出了新时期煤气净化的发展方向。并提出了以后再煤气净化系统应该改进的建议。

关键词：煤气净化；脱硫；环境污染；经济效益

到目前为止，我国钢的年产量已超过1亿t。机焦年产量近7000万t，加上土焦的生产，全国年产焦炭已突破1亿t。我国不进是钢铁生产大国，也是焦炭生产大国。对应这种工业格局，我国现有焦化厂和煤气厂的生产技术和装备水平显得十分不理想，尤其是钢铁企业中焦化厂的煤气净化装置更不容乐观。主要表现在能耗高，产品质量差，环境污染严重。为此摆在焦化行业急待解决的问题是技术更新和技术改造，以提高产品质量，降低能耗，增加经济效益，增强企业活力，控制污染，保护环境，改善社会效益等总体目标。

一、焦炉煤气的利用途径

目前对焦炉煤气的利用主要有以下3种途径。

1、焦炉煤气用于发电

焦炉煤气用于锅炉生产蒸汽发电，或辅助高炉煤气一起采用燃气-蒸汽轮机联合发电。

2、焦炉煤气制取氢气和甲醇

焦炉煤气是制氢的理想原料，其所含的55%60%的H2可通过变压吸附生产纯度9919%或更高的H2。目前，国内已有多家钢厂采用焦炉煤气变压吸附制氢，产品氢气用于冷轧光亮退火炉的保护气。

3、焦炉煤气生产直接还原铁

焦炉煤气含有的大量H2或CH4，本身就是还原性气体，也可经过加氧催化裂解制取优良还原气，通过气基竖炉生产海绵铁，因此促成高炉2直接还原铁2竖炉的联合流程。

钢铁联合企业的焦化厂，绝大部分焦炉为复热式焦炉，一般采用高炉煤气加热或焦炉煤气、高炉煤气联合加热，剩余焦炉煤气经净化后供给烧结、炼铁、炼钢、轧钢等用户。对于生产板材的钢厂，尤其当其深加工产品比例较高时，高热值的焦炉煤气已是钢厂必不可少的能源。目前，在我国钢铁企业中，焦炉煤气主要作为燃料用于烧结、焦化、高炉、炼钢、热轧等工序的加热。极少部分使用PSA制氢用于冷轧光亮退火炉的保护气，尚没有用于化工产品。

二、钢铁工业生态链的扩展

焦炉煤气全部采用吸附制氢，通过变压吸附提取氢气后的高热值解吸气返回钢铁制造流程，从而利用钢厂副产煤气高效、大规模、低成本的制取氢气，生产出的氢气或与石化行业形成工业生态链。

在循环经济社会中，钢厂未来发展的模式将通过绿色制造过程走生态化转型的道路，逐步形成城市周边型和海港工业生态模式，利用焦炉煤气制氢后，可以在目前的以钢铁工业为核心的工业生态链基础上，增加化市场，形成新的工业生态链，以更好的实行循环经济。

1、煤气初冷系统

基本流程中的煤气初冷系统采用的主要设备是立管，初冷器，用其将来自集气管的焦炉煤气（荒煤气）从82℃冷却到35℃左右。该系统由于采用立管，初冷器数量多而占地面积大。因立管初冷器结构的原因，其传热效果差，立管上结萘又不易清除，使得冷却后煤气的温度偏高（大于35℃），这不仅增加了鼓风机的运转负荷，也会因煤气中的焦油、萘等杂质没冷凝下来而带入硫铵等后序装置，直接恶化了硫铵产品质量，堵塞工艺管道和设备，影响正常运转。

2、硫铵装置

目前大多钢铁企业的焦化厂中所运行的硫铵装置均采用半直接法生产硫铵流程。其主体设备为鼓泡型饱和器，该装置存在煤气阻力大，设备维修量大，维护费用高，硫铵颗粒小等弊病。

3、水洗氨生产浓氨水装置

该装置包括水洗氨和蒸氨两部分。由于洗氨工艺所限洗氨塔后煤气含氨超标。在蒸氨过程中，介质中的H2S，HCN等腐蚀性气体对分解器中的加热器、分缩器、冷凝冷却器及部分氨蒸气管道产生强烈的腐蚀，严重影响蒸氨装置的开工率。同时，由于分解器连续排出的H2S、NH、及HCN将给大气造成污染。

三、对国内已建成先进的煤气净化技术剖析

1、进入80年代后，随着我国科学技术的发展，保护大气生态环境法规的确立，为焦炉煤气净化带来了生机，也提出更高的要求；新建的煤气讲话装置，需增设脱硫，脱氰设备、改进脱氨工艺。在此期间，鞍山焦化耐火材料设计研究院（简称ACRE），通过自行技术开发，引进国外先进技术，设计、掌握了国内外的主要煤气净化工艺，并在国内建成、正常运行。实践表明，煤气净化系统的脱硫，脱氰及脱氨工艺技术水平，是评价焦炉煤气净化技术先进性地一个关键技术因素。

2、焦炉煤气脱氨

在引进消化国外先进技术的基础上，ACRE开发研制了适合我国国情的脱氨工艺，主要方法有硫铵生产工艺，无水氨生产工艺和氨分解工艺。

2.1硫铵生产工艺

在一些老焦化企业中一直还在采用鼓泡型饱和器生产硫铵的这一传统工艺，其主要缺点是设备腐蚀严重，硫铵质量差，煤气系统阻力大。ACRE先后开发研制，引进设计了生茶硫铵新工艺。

①宝钢一期焦化工程引进了酸洗法生产硫铵工艺。该工艺包括酸洗，真空蒸发结晶及硫铵离心、干燥、包装三部分，与鼓泡型饱和器相比，酸洗法将氨的吸收和结晶分开进行，可获得优质大颗粒的硫铵结晶，煤气系统阻力为鼓泡型饱和器的四分之一。

②在宝钢引进的基础上ACRE又结合国情因地制宜地开发了酸洗法生产硫铵工艺，并成功地应用于天津第二煤气厂。

③为宣钢焦化厂和北京炼焦化学厂先后引进了间接法饱和器生产硫铵工艺，该工艺是从酸气中回收氨，其产品质量比半直接发要好。但因该工艺的操作温度较高，对设备和管道材质要求较高，投资高于半直接法生产硫铵工艺。

④在法国喷淋式饱和器的基础上，ACRE开发新型喷淋式饱和器。以取代鼓泡型饱和器。该工艺的特点是煤气系统阻力小，设备尺寸小，硫铵质量好，投资与鼓泡型饱和器相当。

2.2无水氨生产工艺

①为宝钢二期、三期焦化工程，ACRE先后从美国引进设计了弗萨姆生产无水氨装置，该工艺是在吸收塔内用磷酸铵溶液与煤气直接接触，吸收其中的氨，然后经过解吸，精馏制取无水氨产品。其特点是可以得到纯度达99.98％的无水氨。但由于解吸精馏操作压力高，对设备材质要求较高，而且受规模限制，规模小既不经济也不易操作。

②另一种无水氨工艺是为攀钢焦化厂在引进AS法脱硫同时，采用间接法生产无水氨装置。该工艺是将脱酸塔顶酸性气体引入吸收塔中，用磷酸铵溶液吸收酸性气体中的氨。

该流程的特点是由于不同煤气直接接触，几乎不产算焦油，吸收系统装置小，而且生产出的无水氨纯度高。

四、钢铁企业中焦炉煤气净化方向

改革开放20多年来，ACRE已经掌握了具有世界先进水平的各种脱硫脱氰和脱氨工艺技术，可根据对净化后煤气的要求组合成各种煤气净化流程。今后选择煤气净化流程建议遵循以下几条原则。

⑴随着21世纪即将来临，国内乃至世界范围内对环境保护的要求将日益严格，所以选择流程应从改善环境角度出发，力求取得最佳经济效益。

⑵焦炉煤气的脱硫脱氰和脱氨装置应设置在终冷洗苯之前，使煤气的杂质尽量在终冷洗苯前出去，以减轻对水质和大气的污染，减少净化设备和管道的腐蚀。

⑶利用煤气中氨为碱源，既不需外加碱源，也有利于综合利用，降低操作费用。

⑷脱硫脱氰催化剂的采购应立足于国内，以方便正常生产。

⑸脱硫脱氰废液处理，力求流程短，简化操作。

⑹回收的副产品要适销对路、储运方便、提高经济效益。

结论采用AS联合洗涤再配以氨分解和克劳斯炉回收元素硫，为期可回兑到焦炉煤气中是较为经济的流程，而且规模越大这个有点越突出。

参考文献

【1】焦炉煤气净化回收系统中的若干改造及应用[A].耿萍，王勇，孙晨曦，高立军，井俊亭.2011年全国冶金安全环保学术交流会论文集[C].2011