基于微晶吸附工藝的焦爐煤氣深度脫硫脫萘一體化技術

基于微晶吸附工藝的焦爐煤氣深度脫硫脫萘一體化技術葉青保

（銅陵泰富特種材料有限公司，安徽銅陵244010）

焦爐煤氣是煤料在焦爐炭化室內高溫干餾產生的可燃性氣體,其成分比較復雜，有效成分主要有氫氣、甲烷、乙烷等可燃性氣體，還有少量的焦油、苯、萘、硫化氫等副產化學產品[1]。這些副產品含量雖然少，但產生的危害卻不容忽視，如硫化氫及其他硫化物會腐蝕設備；氨水腐蝕管道，后續(xù)生成的銨鹽會繼續(xù)堵塞管道；萘會低溫析出固體結晶，影響煤氣管道和設備的正常運行[2]。這些都需要對焦爐煤氣進行凈化處理，對此也發(fā)展了相應技術。總的來說這些方法可以概括為濕法和干法兩類。

銅陵泰富濕法脫硫工藝目前已經(jīng)由一級HPF脫硫工藝升級至二級HPF脫硫工藝，銅陵泰富動力分廠干法凈化傳統(tǒng)方法是氧化鐵粗脫硫、活性炭脫萘脫苯綜合使用，在實際使用中發(fā)現(xiàn)存在吸附效果一般、脫除劑壽命短等諸多問題,后期采用微晶吸附工藝，具有焦爐煤氣凈化脫除效率顯著提高，吸附劑可多次重復使用，勞動成本大大減輕等優(yōu)點。

1傳統(tǒng)方法應用情況

隨著國家對企業(yè)排放的進一步要求，高效率脫除方法應用迫在眉睫。其中各種硫化物、萘凈化效果尤為重要，銅陵泰富動力分廠對此原采用傳統(tǒng)凈化工藝，主要是采用以氧化鐵脫硫，活性炭脫萘及脫苯的煤氣深度凈化方法，下面對此凈化方法及工藝作一簡單介紹：

1.1氧化鐵干法脫硫

氧化鐵脫硫劑是由以活性氧化鐵為有效成分然后添加堿性物質、黏結劑、助催化劑、造孔劑等少量的添加劑制備而成。添加劑能夠在多個方面改善氧化鐵脫硫劑的物化特性，如：分散狀態(tài)、化學結構、化學組成、離子價態(tài)、表面酸堿度、表面結構、孔結構、機械強度等，從而提高氧化鐵脫硫劑的壽命、活性及選擇性等性能[3]。值得注意的是，氧化鐵的有機硫脫除效果比較差，需要搭配其他脫除方法共同使用，這無疑進一步增加了生產成本。

1.2活性炭吸附脫萘脫苯

活性炭是一種同時兼具吸附和催化功能的相對比表面積非常高的黑色固體，通常應用于各種吸附場所。但是隨著吸附不斷進行，活性炭內部空隙不斷減少，脫硫效果會大打折扣，因此存在著運行周期短，失效快等問題，這些制約著活性炭在焦爐煤氣干法凈化的大規(guī)模使用[4]。

1.3焦爐煤氣深度凈化工藝流程

在應用微晶吸附工藝前焦爐煤氣深度凈化工藝采用氧化鐵脫硫，活性炭脫萘及脫苯工藝，煤氣先后經(jīng)過脫硫塔、脫萘塔、脫苯塔進行凈化，當脫萘塔和脫苯塔吸附飽和后從凈化后煤氣管線引出一路4000m3/h的凈化煤氣逐一再生脫苯塔，經(jīng)過脫苯塔解析后的富含苯的解析氣在經(jīng)過蒸汽加熱器加熱至150℃后進入到脫萘塔對于已吸附飽和的脫萘塔再進行再生，再生后富含苯和萘的再生解析氣進入冷鼓工段的初冷器前混入煤氣中一并進行處理。

1.4原脫萘塔及部分塔內件存在的問題

在項目改造驗證階段還發(fā)現(xiàn)了煤氣凈化系統(tǒng)存在核心環(huán)節(jié)違背化工設計常識問題：脫萘塔高徑比不合理和塔內沒有氣體分布器。當采用高徑比小的吸附塔時，由于邊壁效應、溝流現(xiàn)象、死空間體積增大、塔內氣體停留時間短吸附不充分等原因，會影響吸附效率。

脫萘塔存在的上述兩個問題，對焦爐煤氣脫萘、脫硫、脫焦油均有所影響，且會顯著降低苯的脫除效果。

2微晶吸附工藝應用情況

2.1采用微晶吸附工藝后的煤氣深度凈化工藝

在應用微晶吸附工藝后，焦爐煤氣深度凈化工藝中不再采用脫硫塔及脫苯塔，只采用4臺脫萘塔作為脫硫、脫萘、脫苯一體塔，4000m3/h凈化后煤氣經(jīng)再生風機加壓后直接進入蒸汽加熱器加熱至200~220℃后進行一體塔中進行再生，將再生出的富含硫化氫、有機硫、萘、苯的解析氣送至化產分廠脫硫前預冷塔再進行循環(huán)處理。吸附劑再生完成后，切換至加熱器旁通，對吸附塔內進行降溫，待塔內溫度降至80℃以內時，即可切換下一個煤氣凈化塔進行再生，如此循環(huán)。

以微晶材料作為吸附劑一次性在脫萘塔內可有效脫除焦爐煤氣中含有的硫化氫、苯、萘等有害雜質。采用微晶吸附新工藝后因凈化效率提高，直接減少了8個塔的運行，煤氣凈化塔就剩下以前的脫萘塔4座，顯著降低了設備運行能耗，其中3用1備，即正常生產時3個塔運行，1個塔采用凈化后的焦爐煤氣加熱后進行再生作業(yè)，如此循環(huán)。有效解決了如上述煤氣壓縮機運行的安全穩(wěn)定以及實現(xiàn)了燃機二氧化硫排放指標達到超低排放標準的要求等問題，也擺脫了傳統(tǒng)脫硫、脫萘劑運行周期短，失效快等桎梏。

2.2對原脫萘塔的部分塔內件進行改造

考慮到之前設備存在缺陷，項目改造過程中也需要加以改進。煤氣凈化塔內煤氣進口管道加裝氣體分布器，即通過采用一種吸附塔的氣體分布器[5]，氣體分布器包括進料管、預分布器、氣體分布管，預分布器一端連接進料管，另一端深入吸附塔的內部，預分布器包括環(huán)形間隙和中間出氣管，中間出氣管靠近吸附塔直徑處開有圓孔，氣體分布管連接在預分布器上，和環(huán)形間隙貫通；氣體分布管上包含圓形開孔的技術方案，有效地解決現(xiàn)有技術中存在的吸附劑床層氣體分布不均勻，吸附效果差的技術問題。

3微晶吸附工藝使用效果及問題分析

3.1微晶吸附工藝使用效果

1）新更換微晶吸附劑后可吸附掉煤氣中的部分有機硫成分及絕大部分無機硫成分，使焦爐煤氣經(jīng)燃氣輪機燃燒后產生的二氧化硫排放量降低，目前二氧化硫排放質量濃度維持在10mg/m3以下，遠低于超低排放要求。

2）與行業(yè)內同類型CCPP機組相比較，圓滿解決了煤壓機經(jīng)常堵管停機問題，目前未發(fā)生堵管停機現(xiàn)象；解決了脫萘塔排污管道及再生系統(tǒng)管道經(jīng)常堵塞問題，解決了經(jīng)常堵塞現(xiàn)象，目前未發(fā)生相關管道堵塞情況。

3）脫硫、脫苯、脫萘、脫焦油、脫氫氰酸、脫氨氣在四個脫萘塔中進行，脫硫塔和脫苯塔可廢棄不用，脫硫塔和脫苯塔中的吸附劑以后不再需更換甚至可以部分扒除。

4）以前的12臺吸附塔連續(xù)運行，經(jīng)吸附劑更換后，變成4個脫萘塔運行，可減少8個塔運行，能耗降低，煤氣阻力由6~8kPa降至2~3kPa；4個脫萘塔運行，塔的阻力降低，進入煤壓機的氣體壓力變高，煤壓機壓縮氣體體積變小，功率降低，節(jié)約了煤壓機用電消耗；以前每次需同時再生脫苯塔和脫萘塔，現(xiàn)在改為只再生脫萘塔，再生風機的出口壓力變小，功率降低，降低了能耗。

5）因為脫苯塔不再起使用，每次不用再生脫苯塔，節(jié)約1臺換熱器，節(jié)約1臺冷卻器，降低了蒸汽消耗和冷卻水消耗；以前每個塔的再生周期為7d，現(xiàn)在改為每個塔再生周期3d，節(jié)約了電能和蒸汽消耗。

6）解決了再生風機經(jīng)常因為超負荷停機問題，吸附劑更換后未發(fā)生過風機超壓停機現(xiàn)象。

7）以前吸附劑1年左右更換一次，現(xiàn)在吸附劑改為5年左右更換一次，節(jié)約了運行成本；同時吸附劑到更換周期后可進行返廠處理，無固廢處理問題。

8）目前僅4個脫萘塔運行，大大降低了工人的勞動強度及檢修操作難度。

3.2微晶吸附工藝使用中存在的問題

1）微晶吸附劑使用壽命的后期，一般是在第4年以后，吸附塔阻力有一定的上升，即從2~3kPa上升至2.5~4.0kPa，需要加強再生操作，同時也可以在設計初期增加系統(tǒng)處理能力的富余量，如3開1備的模式可以改為3開1備1再生或4開1備的模式，以確保再生完全，減少系統(tǒng)中雜質的累積。

2）微晶吸附劑對煤氣中苯的脫除效果不佳，如需脫苯，可以在工藝上進行變更，如采用冷凝吸附等工藝方法等。

4結論

1）微晶吸附劑吸附效果比傳統(tǒng)氧化鐵脫硫、活性炭脫硫脫萘