焦炉煤气脱硫净化的概述

刘功贺

摘要：在焦化厂生产中，焦炉煤气中所含的硫化氢及氰化氢是有害的杂质，它们腐蚀化产回收设备及煤气储存输送设施，还会污染厂区环境。用此种煤气炼钢、轧钢加热，会降低钢材产品的质量，腐蚀加热设备；用作城市燃气，硫化氢及燃烧生产的二氧化硫、氰化氢及其燃烧生成的氮氧化物均有毒，会严重影响环境卫生。所以焦炉煤气中的硫化氢和氰化氢应予清除，本文介绍了利用焦炉副产品焦炉煤气，经过湿法脱硫成为硫化氢含量较低的净化煤气的工艺及特点，为两台燃气发电机组提供合格（H2S≤0.7ppm）的煤气，同时为甲醇、锅炉发电、焦化分厂提供合格（H2S≤13ppm）的煤气，并对此工艺进行了评价，提出了建议。

关键词：焦炉煤气；湿法脱硫；硫化氢

焦炉煤气脱硫方法分为：干法脱硫和湿法脱硫，干法脱硫是一种古老的煤气脱硫方法。这种方法的工艺和设备简单，操作和维修比较容易。但该法为间歇操作，占地面积大，脱硫剂的更换和再生工作的劳动强度较大，现代化的大型焦化厂已不再采用。

焦化净化煤气脱硫一般采用湿法脱硫：湿法脱硫又分为吸收法和氧化法，氧化法脱硫是对吸收法脱硫的改进和完善，是脱硫工艺更流畅，脱硫效果进一步提高。

物料号		1		2		3		4
物 料 名 称		焦化系统来焦炉气(干基)		湿法脱硫后焦炉气		甲醇用脱硫后焦炉气		精脱硫后发电用焦炉气
组 份	分子量	kmol/h	%v	kmol/h	%v	kmol/h	%v	kmol/h	%v
CO	28.01	260.69	8.96	260.69	8.36	116.69	8.36	144.00	8.94
CO2	44.01	110.85	3.81	110.85	3.55	49.62	3.55	61.23	3.80
H2	2.02	1717.48	59.03	1717.48	55.07	768.78	55.07	948.69	58.92
CH4	16.04	634.85	21.82	634.85	20.36	284.17	20.36	350.67	21.78
CmHn		61.68	2.12	61.68	1.98	27.61	1.98	34.07	2.12
H2S	34.08	600mg/Nm3		≤20mg/Nm3		≤20mg/Nm3		≤20mg/Nm3
有机硫		350mg/Nm3		350mg/Nm3		350mg/Nm3		350mg/Nm3
萘	128.18	150mg/Nm3		≤4mg/Nm3		≤4mg/Nm3		≤4mg/Nm3
N2	28.01	111.72	3.84	111.72	3.58	50.01	3.58	61.71	3.83
O2	32	12.21	0.42	12.21	0.39	5.46	0.39	6.75	0.42
焦油		30mg/Nm3		≤1mg/Nm3		≤1mg/Nm3		≤1mg/Nm3
NH3	17.03	50mg/Nm3		50mg/Nm3		50mg/Nm3		50mg/Nm3
H2O	18.01			209.1956	6.71	93.6408	6.71		0.18
总计		2909.50	100	3118.70	100	1396.00	100	1610.04	100
压力	MPa	0.007		0.01		0.01		3.9
温度	℃	40		40		40		40
低位热值	kcal/Nm3	3958.57		3693.03		3693.03		3951.44
气体比重	相对空气	0.35		0.37		0.37		0.35
平均分子量	kg/kmol	10.09		10.62		10.62		10.1

脱硫工序包含循环水站、煤气预处理、气柜、罗茨风机、湿法脱硫、熔硫釜、脱油塔、精脱硫塔、VOC设施。主要负责煤气的脱油脱萘、储存、提压和脱除无机硫，使湿法脱硫出口煤气中H2S≤13ppm后,一部分煤气送往压缩工序，另一部分煤气送甲醇、锅炉发电、焦化分厂生产使用。同时熔硫釜产出硫磺模块。

 压缩工序由三台往复式焦炉气压缩机及附属设备组成。其任务是将湿法脱硫后的煤气通过四级压缩加压到4.15MPa，然后经脱油塔脱除含油下液、精脱硫塔脱除煤气中H2S，经外管送往燃气发电机组。

焦炉煤气经过提压后进入湿法脱硫塔，与脱硫贫液逆向接触，在PDS脱硫催化剂的作用下，利用碱性水溶液中的碱性化合物Na2CO3与硫化物H2S、COS等进行反应生成不稳定的中间硫化物，再利用空气和生成的中间硫化物反应生成单质硫和碱性物，将单质硫进行分离，使脱硫液再生，从而达到脱除H2S等硫化物并使脱硫液再生循环使用目的。

其反应式如下：

主要吸收反应式：

Na2CO3 + H2S ===NaHCO3 + NaHS

COS + 2NaOH === Na2CO2S + H2O

CS2  + 2NaOH === Na2COS2  + H2O

NaHS + NaHCO3  + (X-1)S === Na2SX  + CO2 + H2O

RSH + Na2CO3  === RSNa + NaHCO3

副反应：

2NaHS + 2O2 === Na2S2O3 + H2O

Na2CO3  + CO2  +H2O === NaHCO3

再生反应式：

2NaHS + O2  === 2S↓+ 2NaOH

2Na2

SX  + O2  + 2H2O === 4NaOH + 2Sx

NaOH + NaHCO3  === Na2CO3  + H2O

4RSNa + O2 + 2H2O === 2RSSR+ 4NaOH

2Na2CO2S + O2  === 2Na2CO3  + 2S↓

Na2COS2  + O2  === Na2CO3  + 2S↓

来自气柜的煤气首先经罗茨风机增压至10-20KPa，进入风机后冷却器，将煤气冷却至≤40℃后输送至湿法脱硫塔，煤气与塔顶喷淋下的脱硫贫液逆向接触，吸收煤气中的H2S及部分有机硫，经湿法脱硫后的煤气（H2S≤13ppm）进入气液分离器，将煤气中的下液分离后，一部分煤气送至甲醇、锅炉发电、焦化分厂生产使用，另一部分送压缩工序提压，经精脱硫后，控制出口H2S≤0.7ppm送往燃机发电。

脱硫贫液从贫液槽由贫液泵送至脱硫塔顶部，脱硫塔底部吸收H2S的富液进入富液槽，再由富液泵加压后经喷射器进入再生槽，与喷射器引入的空气混合，进行再生；再生后的脱硫贫液经液位调节器进入贫液槽循环使用。硫泡沫流入硫泡沫槽，再经硫泡沫泵加压送入离心沉降机分离出硫膏和脱硫清液，硫膏进入硫膏储槽，经熔硫釜熔硫产生硫磺；脱硫清液由离心沉降机返回富液槽回收循环使用。

由于生产损耗，当脱硫液含PDS＜35mg/L时补充催化剂，将PDS药剂溶解于除盐水后滴加到液位调节器内，进入贫液槽。

经压缩机加压后的煤气首先自下而上经脱油塔，进一步分离煤气中的下液、油、萘。然后由底部进入精脱硫塔，精脱硫塔内装填活性炭，脱除煤气中的硫化氢含量≤0.7ppm。精脱硫塔后的煤气最后进入燃料气过滤器脱除粉尘后送至燃气发电机组。 

两台脱油塔与两台精脱硫塔均一开一备单独使用，也可根据生产需要互相串联或并联使用。当脱油塔、精脱硫塔阻力＞0.15MPa或使用时间超过6个月，脱油塔或精脱硫塔切出系统更换催化剂，投入备用塔器运行。当精脱硫塔出口煤气含硫化氢＞0.7ppm时，精脱硫塔切出系统更换催化剂。

结论：

本项目以焦炉气为原料，净化脱硫后提压燃气发电，具有工艺先进可靠，消耗定额低，“三废”排放量少等优点，项目符合国家政策和行业规划。

我们在综合传统脱硫剂的弊端时，可联想现今使用的脱硫剂应当具备的性能条件，当作选择脱硫剂和研发新型脱硫剂的方向。