焦炉煤气脱硫（共7篇）
焦炉煤气脱硫 篇1
1 焦炉煤气脱硫的意义
焦炉煤气若没有经过净化处理, 则含有各种结构复杂的有机硫及多种化学元素, 如硫化氢、氢化氧、萘、焦油等。同时因为焦炉煤气CO含量低, 而热量值较高, 所以在城市民用比较广泛。但因为炼焦原料煤中煤气是硫以硫化氢的形式转入的, 所以一经燃烧就会产生大量的二氧化硫, 对人体会产生相当大的毒害作用, 对环境也会产生极大的污染, 对煤气管道及相关设备也会产生严重的腐蚀, 所以要经过严格的脱硫处理。它的重要性具体体现在:一是使回收产品质量得到提高, 使生产成本降低, 设备维修费用减少、设备免受腐蚀;二是周边环境得到保护, 煤气燃烧产生的有害物质如二氧化硫对环境造成的污染降低, 焦炉煤气的品质得到有效提高;三是使钢铁企业煤气中硫化氢含量降低, 进而生产出更多优质钢材;四是在化工、医药领域, 能够应用回收后的硫磺。
2 焦炉煤气脱硫工艺几种方法的比较
因为焦炉煤气具有不同的周边环境、用途和产量, 所以不同的焦化企业, 焦炉煤气的脱硫方法也会有所不同, 从目前来看, 常用的有干法脱硫和湿法脱硫两种脱硫方法。
2.1 干法脱硫
2.1.1 干法一次脱硫
其原理为:采用含有氢氧化铁的脱硫剂, 将焦炉煤气脱硫, 和硫化氢发生化学反应, 最终生成硫化亚铁和硫化铁, 一旦饱和, 在有水分存在的前提下, 和空气充分接触, 含铁的硫化物被氧化为氢氧化物, 在连续使用再生的脱硫剂。此方法适用于的焦化企业往往规模较小, 荒煤气产量在8000m3/s以下。
其优点是:脱硫效率高、投资省、占地少, 对操作指标进行合理的控制, 能够满足城市煤气的需求。
干法脱硫常常采用两种方式, 既塔式脱硫和箱式脱硫。箱式脱硫的特点是投资省, 更换脱硫剂简便, 操作环境差、占地面积大;塔式脱硫投资稍大、但占地面积小、操作环境好。二种方式都在实际生产中应用, 但往往对环境的二次污染比较严重, 同时废弃脱硫剂的处理相对困难, 脱硫剂的再生效果也不是很好。
2.1.2 干法二次脱硫
主要应用于严格要求煤气中的H2S含量及后续处理一次脱硫的场合。多数采用的是活性炭吸附二次脱硫剂。经过二次脱硫, 显著降低了H2S含量, 利用此煤气可合成甲醇。
2.2 湿法脱硫
其工作原理是送入脱硫塔后的煤气逆流接触塔顶喷洒下来的脱硫剂, 吸收溶液吸收煤气中的硫化氢之后, 从塔顶排出。硫化氢和脱硫剂发生化学反应生成化合物。脱硫剂在接触空气后发生氧化反应, 进而析出单质硫、使脱硫剂再生。由于采用不同的脱硫剂, 所以工艺路线也不一样, 依据处理煤气的先后顺序, 包括两种方式, 既后脱硫和前脱硫。
2.2.1 前脱硫
其工作原理是:经过冷凝鼓风处理之后, 煤气先进入脱硫工段, 在被粗笨和氨等化学产品回收, 将氨作为碱源, 采用PDS+栲胶作为常用催化剂。
其优点是:一是使设备所遭受的煤气所含的H2S腐蚀降低, 后续工段的腐蚀相应减少, 既降低了生产成本、也减少了维修费用。二是不另外加碱, 只将煤气中的氨作为碱源, 能够使脱酸液PH值保持在8~9之间, 脱硫效果好。
其缺点是:一是H2S经过脱硫处理后质量浓度无法保证不超过200mg/m3。二是为了保障脱硫精度, 只有在另加二次脱硫设备的前提下, 才可正常供城市煤气使用。
2.2.2 后脱硫
其工作原理是:先通过粗笨、氨等化学产品的回收, 在进入脱硫工段, 采用ADA作为常用的催化剂, 碱源为碳酸钠。
其优点是:H2S质量浓度经过脱硫后, 可达到20mg/m3以下, 能够为城市直接提供供气。
其缺点是:一是增加了设备投资;二是加大了操作成本;三是设备腐蚀严重;四是动力消耗大。在实际使用过程中, 各厂应该根据当地的实际情况及煤气的用途来选择适合自己的脱硫工艺。
3 焦化厂脱硫工艺改进措施
3.1 煤气洗涤脱硫
将H2S从煤气中脱除是煤气洗涤脱硫的最终目的, 所以从工艺角度出发, 应该从以下几个方面入手:一是选择合适的液气比和喷淋密度;二是调料比面积要足够大;三是为保证脱硫液及煤气的传质效果良好, 气液分布要均匀。脱硫塔是煤气洗涤脱硫的关键, 其效果的好坏是由液体再分布器及填料所决定。目前应用较广的是气液再分布器, 有着显著的使用效果, 适用于大循环量及大塔径的脱硫, 可以调节液体喷洒高度, 保证液体均匀喷洒到塔截面。
3.2 脱硫液再生
随着脱硫催化剂的发展, PDS系列催化剂已经开始普遍应用, 其特点是氧化反应速度快。目前国内普遍采用的两种方式为:一是采取加热熔硫方式;二是采取压滤方式。加热熔硫分为间歇和连续两种方式, 应用比较广泛。压滤方式的优点是耗能低, 缺点是污染严重后果, 增加了工人的劳动强度, 不容易处理压滤的硫泡沫。
4 结语
作为炼焦过程中的副产物, 焦炉煤气已经被广泛的应用在化工原料、燃料等各个方面。伴随环境法规的颁布, 对焦炉煤气脱硫工艺也有了越来越严格的要求, 资源化、无污染及高效已经成为目前脱硫工艺发展的趋势。比较目前应用较广的两大脱硫工艺, 既干法脱硫和湿法脱硫, 湿法脱硫应用广、可满足高负荷的脱硫要。可根据催化剂和不同的工艺, 选择不同的脱硫塔的个数, 以为社会创造更多的社会效益和经济效益。而在脱硫催化剂的选择上, 也是非常关键的环节。好催化剂能产生较小的脱硫费液量, 同时也能提高脱硫效果, 在催化剂的使用上, 还有待于我们在今后是生产实践中做进一步的研究和探讨。
参考文献
[1]程晓辉.半焦煤气脱硫工艺的探讨[J].燃料与化工.2011, (06) [1]程晓辉.半焦煤气脱硫工艺的探讨[J].燃料与化工.2011, (06)
[2]耿萍, 高立军, 孙晨曦, 王勇.莱钢焦化厂HPF法脱硫工艺改进[J].燃料与化工.2011, (06) [2]耿萍, 高立军, 孙晨曦, 王勇.莱钢焦化厂HPF法脱硫工艺改进[J].燃料与化工.2011, (06)
[3]高丽.焦炉煤气脱硫技术及脱硫反应效率因素分析[J].化工技术与开发.2011, (02) [3]高丽.焦炉煤气脱硫技术及脱硫反应效率因素分析[J].化工技术与开发.2011, (02)
[4]杨丽, 张丽颖.焦炉煤气脱硫脱氰方法[J].河北化工.2011, (06) [4]杨丽, 张丽颖.焦炉煤气脱硫脱氰方法[J].河北化工.2011, (06)
[5]唐忠钰.焦炉煤气制甲醇中的精脱硫工艺优化[J].氮肥技术.2011, (04) [5]唐忠钰.焦炉煤气制甲醇中的精脱硫工艺优化[J].氮肥技术.2011, (04)
[6]韩飞, 赵彩霞, 徐法俭, 孙猛.焦炉煤气净化脱硫脱氰工艺真空系统的设计[J].真空.2011, (05) [6]韩飞, 赵彩霞, 徐法俭, 孙猛.焦炉煤气净化脱硫脱氰工艺真空系统的设计[J].真空.2011, (05)
[7]张晓林.焦炉煤气脱硫方法的新进展[J].燃料与化工.2011, (05) [7]张晓林.焦炉煤气脱硫方法的新进展[J].燃料与化工.2011, (05)
焦炉煤气脱硫 篇2
1 焦炉煤气脱硫技术
焦炉煤气常用的脱硫方法从脱硫剂的形态上来分包括干法脱硫技术和湿法脱硫技术。
1.1 焦炉煤气干法脱硫技术
干法脱硫工艺是利用固体吸收剂脱除煤气中的硫化氢,最常用的是铁系和锌系脱硫剂,以铁系脱硫剂为例,脱硫过程发生的化学反应如下:
干法脱硫工艺多采用固定床原理,操作简单可靠,脱硫精度高,但处理量小,适用于低含硫气体的处理,一般多用于二次精脱硫。但是由于气固吸附反应速度较慢,因此该工艺运行的设备一般比较庞大,而且脱硫剂不易再生,致使运行费用增高,劳动强度大,同时不能回收成品硫,废脱硫剂、废气、废水严重污染环境,因此,在大型焦化和钢铁行业,如果焦炉煤气不进行深加工(如焦炉煤气制甲醇),一般不考虑干法脱硫,而一些中小型焦化厂主要采用干法工艺。
1.2 焦炉煤气湿法脱硫技术
湿法工艺是利用液体脱硫剂脱除煤气中的硫化氢和氰化氢。该法是焦炉煤气脱硫脱氰比较普遍使用的方法,焦炉煤气湿法脱硫技术比较多,目前用到的有氨水法、真空碳酸盐法脱硫(VASC法)、单乙醇胺法(索尔菲班法)、砷碱法、蒽醌二磺酸法(改良ADA法)、萘醌二磺酸法(TH法)、苦味酸法(FRC法)、对苯二酚法、HPF法等,这些都是比较成熟的脱硫工艺。还有较新的脱硫工艺如美国的LO-CAT法和东北师范大学化学系研究开发的PDS法等。下面就简要介绍其中几种湿法脱硫的方法和原理。
1.2.1 AS法(亦称氨水法)
该技术在我国已广泛应用,其脱硫过程是利用焦炉煤气中的氨,在脱硫塔顶喷洒氨水溶液(利用洗氨溶液)吸收煤气中H2S,富含H2S和NH3的液体经脱酸蒸氨后再循环洗氨脱硫。在脱硫塔内发生的氨水与硫化氢的反应是:H2S+2NH3·H2O→(NH4)2S+2H2O。AS循环脱硫工艺为粗脱硫,操作费用低,脱硫效率在90%以上,脱硫后煤气中的H2S在200~500mg·m-3。
1.2.2 VASC法(亦称真空碳酸盐法)
其脱硫过程是洗苯塔后的煤气进入脱硫塔,塔内填充聚丙烯填料,煤气自下而上流经各填料段与碳酸钾溶液逆流接触,再经塔顶捕雾器出塔。煤气中的大部分H2S和HCN和部分CO2被碱液吸收,碱液一般主要是Na2CO3或K2CO3溶液。其反应原理是:
吸收了酸性气体的脱硫富液与来自再生塔底的热贫液换热后,由顶部进入再生塔再生,吸收塔、再生塔及大部分设备材质为碳钢。富液与再生塔底上升的水蒸汽接触使酸性气体解吸,其反应如下:
1.2.3 改良ADA法(亦称蒽醌二磺酸钠法)
ADA法是以蒽醌二磺酸钠(ADA)为催化剂,以稀碳酸钠溶液为吸收剂的脱硫、脱氰方法。在ADA法溶液中添加适量的偏硅酸钠(NaVO3)、酒石酸钾钠(NaKC4H4O6)和FeCl3作为吸收液进行脱硫、脱氰,称改良ADA法。这种方法的反应原理比较复杂,分为几个阶段进行,在脱硫塔内稀碱液吸收硫化氢生成硫氢化物,硫氢化物被偏钒酸钠迅速氧化成硫。而偏钒酸钠被还原成焦钒酸钠,还原性的焦钒酸钠与氧化态的ADA反应,生成还原态的ADA,而焦钒酸钠则被ADA氧化,再生成偏钒酸钠盐,还原态ADA被空气中的氧氧化成氧化态的ADA,恢复了ADA的氧化性能。
1.2.4 单乙醇胺法(索尔菲班法)
此流程脱硫是使用弱碱性的单乙醇氨(简称MEA)水溶液直接吸收煤气中的H2S和HCN,属于湿式吸收法。索尔菲班法脱硫产品为含H2S和HCN的酸性气体,它可以经克劳斯炉生产元素硫,也可以用接触法生产硫酸。净化后煤气指标为H2S≤0.2g·m-3,NH3≤0.1g·m-3。
单乙醇胺法反应原理:
1.2.5 HPF法
HPF法脱硫是国内自行开发的以煤气中的氨为碱源,以HPF为复合催化剂,最终H2S转化为单体硫得以除去的脱硫工艺,HPF较其它催化剂相比具有较高的活性和较好的流动性。脱硫塔中煤气与碱溶液充分接触,其中的硫化氢、氰化氢与溶液发生化学反应,这个化学反应相当复杂,该反应的反应原理是:
再生氧化:(NH4)2SX+O2→SX+2NH3H2O
脱硫液在吸收了煤气中H2S后,在复合催化剂HPF作用下氧化再生。
1.2.6 TH法(萘醌二磺酸法)
该法以煤气中的氨作碱源,以1,4-萘醌二磺酸钠为催化剂,氧化法脱硫脱氰工艺,在吸收塔中用含氨的循环脱硫液吸收煤气中的H2S和HCN,在再生塔中用空气再生,废液在高温、高压的湿式氧化塔中处理,将废液中的(NH4)2S2O3及NH4CNS转化为硫铵和硫酸。该法的突出优点是高效处理废液,并将废液中的(NH4)2S2O3和NH4CNS转化成硫和硫酸,增加硫铵的产量,减少硫酸消耗。但此种方法设备的造价高,成为TH法脱硫脱氰工艺推广的最大难点。
1.3 脱硫工艺的选择
随着科学技术不断的进步,新的工艺和方法也在不断的涌现,除了这些焦炉煤气脱硫技术以外,现在还出现了一些新的技术和对以往的脱硫技术改进的新方法。但无论技术怎么变革,始终要围绕市场来布局生产,不断加强环境保护意识,维护经济的可持续发展。
在满足用户净化煤气指标要求的前提下,在脱硫工艺的选择上应遵循这样几方面原则。
1.3.1 从经济角度考虑脱硫工艺
在达到脱硫指标标准的同时尽量降低基建费用和运行成本,在选择脱硫工艺时,应对有关脱硫工艺的投资及运行费用进行详细的计算比较,优先选用投资低、运行费用低的脱硫工艺,这样可以尽量减少脱硫设施的成本,使企业更具有竞争能力。
例如在利用煤气中的氨作为脱硫剂来除去煤气中的H2S和HCN时,利用煤气中的氨作为碱源是最为经济的,它不需要购入碳酸钠等碱源,并且在洗氨的同时可脱除煤气中的H2S和HCN,具有工艺合理性和运行经济性。
1.3.2 从环保角度要求三废少,易于治理
随着国民环保意识的增强,国家对环保要求的不断提高,应尽量控制减少产生的污染物,产生的废气、废水、废渣也应便于治理,脱硫后烟气硫含量应符合国家排放标准的规定和环境评价要求。
1.3.3 脱硫效率高且能耗小
相比较而言AS循环洗涤法比湿式氧化法中的改良A.D.A法、TH法、FRC法等的脱除H2S和HCN效率要低些,当焦炉煤气用作城市煤气、合成气等时,则必须选择脱硫效率更高的脱硫工艺。
2 影响脱硫反应效率的因素
2.1 合适的温度、喷洒量和一定的浓度
为使整个生产正常运行,反应进行更完全,提高脱硫的效率,必须对脱硫过程进行工艺指标的控制。以氨作为碱源脱硫脱氰为例,首先必须设法让气相中的H2S和HCN转入液相,才能被氨水中和吸收。影响其吸收效率的主要因素有吸收温度,要获得高的脱硫脱氰效率,应尽量降低脱硫时的吸收温度。
不论哪种脱硫工艺,都需要控制好预冷塔后煤气的温度,温度高低直接影响脱硫效率。煤气温度过高,使脱硫液温度相应提高,液面上气相中氨的分压增大,进入预冷塔的氨气及煤气中自带氨很难被脱硫液吸收,致使脱硫液氨含量偏低,脱硫效率下降,而且会使反应中副盐的含量增加,但是温度过低易造成预冷塔结萘堵塞,影响再生效果及系统正常运行,因此在生产中应将预冷塔后煤气温度和脱硫液温度控制在一定合理的范围。
一般来说提高吸收液浓度会提高反应的吸收效率,溶液的喷洒量大能减少悬浮硫在填料、分布板等的沉积,是防止塔堵的一种有效措施,但喷洒量过大会使气体夹带液体,也增加动力消耗,所以要有合适的喷洒量,此外还要有合适p H值、气液比,对于以煤气中氨为碱源的煤气脱硫工艺来说煤气中氨含量的高低将直接影响脱硫的吸收效率,提高NH3与H2S的比值将会提高反应的吸收效率。
2.2 降低杂质的含量
除了增加反应物的浓度来提高反应速度和效率外,另外就是降低煤气中的杂质含量。煤气中的杂质会与反应液发生一定化学反应,从而影响溶液质量和脱硫的效果,如焦炉煤气中的焦油在碱性溶液中会发生皂化反应,使溶液发泡变质影响H2S吸收及脱硫液再生。所以煤气经电捕焦油器除去焦油后焦油雾含量要控制在50mg·m-3以下。
2.3 增加反应的接触面积和传质效果
煤气与反应液在脱硫塔内反应的完全程度还取决与反应物之间的接触面积即填料比表面积和气液分布情况。在一些钢厂脱硫装置中选用的轻瓷填料XA-1,具有比表面积大,持液量大等特点,取得了良好的效果。气液再分布器是脱硫塔传质的重要部件,对于大型填料塔,在保证良好的液体初始分布外,要求填料高度一般不超过6m,每段之间必须设置气液再分布器,其目的是为了保证较好的气液分布和避免填料塔的壁流效应,同时保证较小的煤气阻力。
此外脱硫催化剂的选择至关重要,好的催化剂既可保证脱硫效果,同时脱硫废液产生量也小,脱硫液中催化剂浓度高低将直接影响催化反应速度,从而影响脱硫效率。
在系统运行过程中,由于工艺条件不同,对催化剂的需求量就有所不同,保持和稳定脱硫液中的催化剂浓度,对稳定脱硫效率起着至关重要的作用。在其它工艺条件相对稳定的前提下,催化剂含量越高,脱硫效率越高。催化剂的浓度和对副反应的处理等都是影响反应效率的重要因素。
3 结语
要使煤气脱硫工艺能够长期稳定、高效运行,需要不断优化和完善整个脱硫工艺,选择更好的脱硫剂和催化剂,减少或降低副产物对脱硫系统的影响,进一步提高脱硫效率。
参考文献
[1]林宪喜,祝仰勇.从脱硫原理分析影响HPF法脱硫效率的因素[J].山东冶金,2005,(S1):149-151.
[2]姜崴.焦炉煤气脱硫方法的比较[J].科技情报开发与经济,2007,(15):278-279.
[3]刘可志.焦化厂脱硫工艺的优化及改进[J].化学工程与装备,2009,(2):51-53.
[4]江建方,肖波,杨家宽,等.焦炉煤气净化工艺研究进展[J].化工环保,2003,(1):17-21.
[5]王平尧.湿式氧化法脱硫技术及焦炉煤气脱硫工艺选择[J].化肥设计,2009,(3):21-25.
焦炉煤气脱硫 篇3
1 常用焦炉煤气脱硫方法
粗焦炉煤气脱硫工艺有干法和湿法脱硫两大类[1]。干法脱硫多用于精脱硫,对无机硫和有机硫都有较高的净化度。干法脱硫由于脱硫催化剂硫容小,设备庞大,一般用于小规模的煤气厂脱硫或用于湿法脱硫后的精脱硫。
湿法脱硫又分为湿式氧化法和胺法。湿式氧化法是溶液吸收H2S后,将H2S直接转化为单质硫,分离后溶液循环使用。目前我国已经建成采用的具有代表性的湿式氧化脱硫工艺主要有TH法、FRC法、ADA法和HPF[2,3]法。
HPF脱硫是采用HPF新型高效复合催化剂从焦炉煤气中脱除H2S和HCN的新工艺。该工艺是以煤气中的氨为碱源,在HPF的催化作用下分解煤气中的H2S和HCN。HPF法脱硫工艺脱硫脱氰效率高、循环脱硫液中盐类增长缓慢、废液量相对较少、废液回兑配煤简单经济、以煤气中氨为碱源,资源利用合理,原材料、动力消耗低。为此,本项目采用HPF脱硫技术对焦炉煤气进行脱硫。
2 HPF脱硫技术工艺流程
HPF脱硫工艺流程图见图1。炼焦炉引出的荒煤气经冷凝鼓风系统初冷及捕焦油后,进入填料吸收塔底部,与塔顶喷洒下来的再生溶液逆流接触,吸收煤气中的H2S和HCN(同时吸收煤气中的NH3,以补充脱硫液中的碱源)。脱硫后煤气含H2S量不大于200 mg/m3,送至无水氨装置。
吸收了H2S和HCN的吸收液通过循环泵进入再生塔底的预混喷嘴,与压缩空气预先混合,形成微小气泡后进入再生塔底。吸收液与细小气泡在沿再生塔上升的过程中,在催化剂的作用下氧化再生,并析出单质硫。再生液在再生塔内的气液分离器中分离空气气泡后,用循环泵抽出,部分送经循环液冷却器,冷却后的循环液与未被冷却的循环液一起进入吸收塔顶用于循环洗涤煤气。再生液通过冷却以除去吸收和再生过程中放出的热量,保证再生液在适宜温度,使系统操作稳定。
再生塔内析出的单质硫由再生塔底部送入的空气进行气浮分离,在再生塔顶液面附近浓缩下来,含有大量硫的泡沫层与消泡喷洒液一起流入缓冲槽,进入缓冲槽内的含有硫液体大部分作为再生塔顶部消泡而循环使用,其余部分定量供给离心分离机。
离心分离机分离后的硫浆,进入熔硫釜熔硫,熔融的硫磺冷却后装袋外销,清液回流入滤液槽,与离心分离机分离后的滤液混合,一起用泵送回缓冲槽。
为避免脱硫液盐类积累影响脱硫效果,排出少量废液送往备煤系统用于调节配合煤水分。
为增强脱硫效果,增加脱硫液中碱源,需将蒸氨后的氨汽凝成浓氨水兑入吸收塔中。新增的氨冷凝冷却器设备安装于蒸氨框架中,冷凝后得到的浓氨水自流至吸收塔中。
3 项目建设情况
拜城县众泰煤焦化有限公司焦炉煤气脱硫项目于2010年3月完成初步设计及审查;2010年4月开始施工设计;2010年9月中旬开始施工建设;2010年12月中旬投产。
4 资金投入情况及主要设备
4.1 资金投入情况
该项目总投资2923.16万元,其中建筑工程费213.22万元、安装工程费363.45万元,设备购置费2079.13万元,其他费128.16万元。
4.2 主要设备
(1)脱硫塔(塔内采用聚丙烯花环填料)1台;(2)再生塔1台;(3)缓冲槽1台;(4)熔硫釜3台;(5)离心机2台;(6)吸收液循环泵3台;(7)再生液循环泵3台;设备主要材质均采用06Cr19NI10。
5 结论
(1)HPF法具有设备简单、操作方便稳定、脱硫效率高、流程短、一次性投资少等特点。
(2)HPF法脱硫效率高,荒煤气中含硫量为3.47 g/m3的情况下,净化后煤气中H2S含量小于50 mg/m3,脱硫效率达98.56%。
(3)众泰煤焦化煤气生成量为33 000 m3/h,每年可从煤气中回收硫,生产硫磺1 050.3 t。硫磺含硫量大于90%。年减少SO2排放量达2 100.6 t。
(4)净化后煤气除用于焦炉加热和锅炉房用于生产蒸汽用煤气外,每年还可生产净煤气13 008.6万m3,生产的净煤气完全满足民用煤气标准。
摘要：为了充分脱出煤气中的硫,使净化后煤气能够满足城市煤气控制指标的要求。拜城县众泰煤焦化有限公司,采用HPF脱硫技术对焦炉煤气进行脱硫,使煤气含硫量由3 470 mg/m3下降至50 mg/m3以下,每年可生产含硫量大于90%的硫磺1 050.3 t,每年减少SO2排放量达2 100.6 t。获取了经济和生态的综合效益。
关键词：焦炉煤气脱硫,HPF脱硫技术,应用
参考文献
[1]梁飞林,于忠涛,韩洪庆.焦炉煤气脱硫工艺生产实践[J].燃料与化工,2010(4):63-64.
[2]晁伟,曹贵杰,周嘉陶,等.HPF脱硫工艺的影响因素研究[J].燃料与化工,2010(2):51-52.
焦炉煤气制甲醇的精脱硫工艺 篇4
随着钢铁行业的迅速发展, 需要更多的焦炭才能促进钢铁行业的持续发展, 但是在生产焦炭的过程中, 会产生大量的焦炉煤气。为了经济的可持续发展和资源的充分利用, 用焦炉煤气生产甲醇的过程中存在一些问题, 无法有效地完成焦炉煤气的脱硫, 导致生产出来的甲醇不纯。有时直接把焦炉煤气排向空中, 无法实现资源的充分利用, 造成很严重的环境污染问题。
1 在焦炉煤气制甲醇中使用精脱硫工艺
在使用焦炉煤气制甲醇时, 由于焦炉煤气中存在大量的硫化物, 要想获得纯净的甲醇, 必须在生产甲醇的过程中使用精脱硫工艺进行脱硫处理。将焦炉煤气进行脱硫处理, 一方面可以对焦炉煤气进行处理, 避免因直接排放焦炉煤气而造成空气污染。另一方面, 可以实现资源的充分利用, 在制造甲醇的过程中, 可以生产出其他有用的化学物质, 实现资源的充分利用。
2 焦炉煤气制甲醇的流程介绍
为生产焦炭而产生的焦炉煤气首先要对其进行湿法脱硫, 再将经过湿法脱硫后的焦炉煤气通入到3台往复式压缩机进行压缩, 将压强改变为2.1 MPa, 温度变为40℃, 之后再将处理后的焦炉煤气送往精脱硫阶段。首先将处理后的焦炉煤气通入过滤器, 再通入到预脱硫槽, 然后输送到初预热器, 对焦炉煤气进行加热, 加热之后, 再将处理后的焦炉煤气通入两级铁钼加氢转化器, 将硫化物转变成H2S, 将反应完的气体输送到盛有铁锰脱硫剂和氧化锌的容器中, 让气体与铁锰脱硫剂和氧化锌进行反应, 降低气体中含有的硫化物, 然后将处理后的气体输送到转化系统, 在转化系统中通入蒸汽, 再使用预热器预热炉对混合气体进行加热, 转送到转化炉顶端, 通入空气中的氧气, 让混合气体与空气中的氧气进行燃烧作用, 产生足够的热量来为甲烷的转换提供热量, 经燃烧后的混合气体输送到含有催化剂的反应室里, 让混合气体产生甲烷, 在气体的输出口处要注重对温度的控制, 有效地降低混合气体中甲烷的体积分数。输出的气体再输送到废热锅炉、预热器等一系列的脱硫装置中, 来吸收混合气体中硫化物的含量, 从而提高生产出来的甲醇的纯度。
3 焦炉煤气在进行净化时的工艺
3.1 焦炉煤气净化时需要达到的效果
焦炭产生的焦炉煤气含有大量的杂质, 并且净化的难度很大, 如果焦炉煤气不进行脱硫处理, 将会造成资源的浪费, 污染环境。要提高焦炉煤气的使用价值, 必须对影响焦炉煤气进行甲醇转换的各种硫化物和不饱和烯烃、焦油等物质进行处理, 从而达到净化甲醇的效果。
在对焦炉煤气进行脱硫处理时, 因为其中含有几种拥有很强的化学稳定性的有机硫, 使用湿法脱硫不能有效地清除这些有机硫, 所以就要采用其他方法来进行有机硫的清除, 即干法脱硫。
3.2 焦炉煤气脱硫的过程
首先要采用湿法脱硫来对焦炉煤气进行预处理, 以减少焦炉煤气中硫的含量, 这样可以避免加氢转化脱硫剂与各种有机硫化物进行结合, 降低加氢转化脱硫剂的活性。通过使用干法加氢转化方法来实施精脱硫。在生产甲醇的过程中, 湿法脱硫法与干法脱硫法双管齐下, 共同完成焦炉煤气的脱硫过程, 达到净化甲醇的目的。
对焦炉煤气进行湿法脱硫时, 有效地降低了焦炉煤气中硫的含量, 然后采用干法脱硫。干法脱硫法在除硫的过程中可以使用多种方法来达到脱硫的目的, 主要有水解法和加氢转化法。
在对焦炉煤气采用干法除硫中的水解法进行除硫时, 操作的温度一般维持在中低温才能让水解催化剂的活性维持在比较活跃的状态, 但是由于转化甲烷过程的放热反应, 会升高混合气体的温度, 因而无法为除去有机硫的过程提供适宜的温度, 使用水解法进行除硫, 并不能有效地吸收焦炉煤气中化学稳定性较强的硫化物, 只能适当地降低CS2和COS的含量, 这是水解法应用以来一直无法突破的难关。
在对焦炉煤气采用干法除硫中的加氢转化法时, 可以有效地除去焦炉煤气中含有的化学稳定性较高的硫化物, 包括硫醚和硫醇, 可以有效地净化焦炉煤气生产出来的甲醇, 提高甲醇的纯度。在使用加氢转化法进行脱硫时, 必须使用加氢转化催化剂, 包括钴钼、铁钼和镍钼, 并依靠焦炉煤气中的氢气来实现脱硫的过程。由于CO和CO2在通过加氢催化剂时会发生副反应, 提高产生甲烷反应的温度, 导致生产出来的甲醇纯度不高。在使用加氢转化法进行硫化物的转化时, 由于催化剂以及对温度控制不够好等原因, 导致经过加氢转化法后的硫化物无法进行有效地转化。在进行加氢转化时, 由于CO和不饱和烯烃在进行脱硫反应时会产生出碳, 生产出来的碳附着在催化剂中, 降低了催化剂与焦炉煤气的接触面积, 因而降低了反应的发生速度, 不利于脱硫步骤的顺利进行。在使用加氢转化方法进行脱硫时, 必须使用价格比较高昂的钴钼来充当加氢催化剂, 这种方法只能简单地处理天然气中存在的硫化物。
4 如何解决精脱硫工艺中存在的问题
4.1 针对水解法存在的缺陷的解决办法
水解法在处理化学稳定性较高的硫醚和硫醇时, 不能有效地完成除硫的过程, 因此, 在使用水解法进行除硫的过程中, 要想办法将硫醚和硫醇转变为CS2和COS那种化学稳定性不高的硫化物, 使各种硫化物在水解法中都能够得到有效的清除。
4.2 针对加氢转化法中存在的缺陷的解决方法
在进行加氢转化法进行脱硫工作时, 必须在进行脱硫之前降低CO和CO2的体积分数, 避免在焦炉煤气通过加氢催化剂时发生副反应, 不利于加氢转化过程中对硫化物的吸收与转化。
在加氢转化的过程中, 要提高化学稳定性较高的硫化物的转化率, 可以通过使用科学合理的催化剂, 以及为反应提供合适的温度的方法来促进化学反应的快速进行, 进而提高硫化物的加氢转化率。
在对焦炉煤气使用加氢转化法进行精脱硫任务时, 可以先使用活性不高的铁钼加氢催化剂进行反应, 以免因活性较高的催化剂促使反应快速进行, 使反应室的温度快速提高, 不利于后续反应的有效进行。之后再使用活性较高催化剂来进行脱硫工作, 高效地降低焦炉煤气中硫化物的含量, 并将一些焦炉煤气中的其他杂质转换成水, 提高甲醇的纯度。
5 结语
在使用焦炉煤气制造甲醇的过程中, 为了实现资源的合理利用, 提高甲醇的纯度, 以及降低焦炉煤气中硫化物对环境的污染, 必须优化焦炉煤气制甲醇过程中的精脱硫工艺, 来降低甲醇中硫化物的含量。在使用水解法时, 必须将稳定性较高的硫化物转化成其它可进行反应的硫化物, 在使用加氢转化法进行除硫时, 要降低焦炉煤气中CO和CO2的含量, 为反应的过程提供合适的温度和催化剂, 只有这样才能提高甲醇的纯度, 实现资源的充分利用。
摘要：文章主要探讨焦炉煤气制甲醇的精脱硫工艺, 找到有效脱硫的生产技术, 生产出纯净的甲醇。
关键词：焦炉煤气,精脱硫工艺,问题,办法
参考文献
[1]唐忠钰.焦炉煤气制甲醇中的精脱硫工艺优化[J].氮肥技术, 2011, 4 (32) :111-112.
[2]吴波.焦炉煤气制甲醇装置运行探讨[J].煤化工, 2012, 5 (40) :120-121.
焦炉煤气脱硫 篇5
煤炭在焦炉中干馏时产生的混有焦油雾和水气以及各种杂质的混合气称为粗煤气,又称荒煤气,未经净化处理的焦炉煤气是一种很好的能源,但由于具有热值高、火焰短、含氢气成分容易爆炸,而且大部分没有经过完全净化,残余焦油和杂质多等特点,造成不便利用而大量放空。粗煤气必须经煤气净化系统各装置进行处理,将其焦油雾和水以及各种杂质除去得到净煤气后,才能用作工业燃料、城市煤气,并精制处理后才能作为化学合成的原料气。
焦炉煤气的回收利用,符合当前循环经济、绿色工业和建设节约型社会的发展方向,在化工利用方面,焦炉煤气回收综合利用可制取碳铵、粗苯、甲醇和硫磺等多种化工产品,焦炉煤气净化是将从焦炉炭化室中产生的粗煤气进行各种相应的工艺处理,除去杂质得到净煤气,同时回收各种化学产品的技术。这里简要介绍焦炉煤气净化处理的工艺技术及其应用情况。
1 气体组分
焦炉煤气是焦炭生产过程中煤炭经高温干馏出来的气体产物,在干馏温度为550 ℃,焦炉煤气中有大量的H2S、COS、CS2、NH3、HCN、噻吩、硫磺、硫醚、焦油、萘、苯等化学物质,其焦油雾和水气以及其他各种杂质的含量一般如表1。焦炉煤气经过净化和提取回收化工产品后成为回炉煤气,回炉煤气的气体组分一般为(%,以体积百分比计):H254～59、CH423～28、CO 5.5～7、CO21.5～2.5、N23～5、CnHm 2～3、O20.3～0.7。
2 净化技术
2.1 净化工序
焦炉煤气净化具有流程长、工序多、处理量大、涉及设备类型多、操作参数复杂,其工艺技术从20世纪50～60年代的硫铵流程和浓氨水流程开始,到逐渐采用较为先进的脱硫脱氰和氨回收技术,如TH法、MEA法、AS法、真空碳酸盐法等脱硫技术,Phosam法、浓氨气分解等氨回收技术。近年来采用的新技术有轻质焦油初级洗萘、磷铵溶液吸氨制取无水氨、浓氨水制取碳酸氢铵、PDS法脱硫等。
在具体应用焦炉煤气净化工艺时,应根据生产企业的实际情况及后续各类煤气用户对煤气质量的要求,因地制宜,选取合理的净化工艺。焦炉煤气的净化通常由煤气冷却、除萘、除焦烟雾、煤气输送、洗氨、脱苯、脱硫脱氰等7个基本工序所组成,虽然在具体应用时工艺流程有所不同,但基本上是这7个工序的先后组合的匹配。
从整体上看,目前国内相关企业的焦炉煤气净化技术已达到国际先进水平,净化后的焦炉煤气质量达到或超过国外同类型焦化厂(表2)。在焦炉煤气净化的各工序中,可供采用的净化技术如下:①煤气冷却。两段式多段冷却、上升管气化冷却与荒煤气显热利用、循环氨水余热利用;②除萘。轻质焦油洗萘、蒽油除萘与再生、富油洗萘与再生;③除焦油雾。蜂窝形电捕器与热氨水清扫、电捕器绝缘箱氮封、电捕器高效高压直流电场整流;④洗氨。喷洒式饱和器生产硫铵、无饱和器生产硫铵、蒸氨槽蒸汽射节能、浓氨气分解;⑤脱苯。高效填料吸收塔与旋流板捕雾器、高效换热设备、高效加热炉、高效脱苯塔;⑥脱硫脱氰。FRC法、HPF法、AS循环洗涤法、真空碳酸盐法、代亚毛克斯法、萘醌酸盐法。
近年来国内开发成功投资省、技术可行、运行成本低的吸附法净化工艺,其原理是利用多孔、高比表面积的专用吸附剂和脱硫剂分层装填,使焦炉煤气依次通过来实现净化操作。该工艺有变压吸附和变温吸附两种方法,可以同时脱除焦炉煤气中大部分焦油、萘、NH3、H2S、HCN、苯和有机硫,其中变温吸附法循环周期长,相对于变压吸附法投资较大,但吸附剂再生完全,通常用于微量杂质或难解析杂质的脱除,是较为理想的焦炉煤气净化工艺。目前吸附法工艺在工业应用中已取得了成功,武汉钢铁公司、攀枝花钢铁公司、马鞍山钢铁公司等企业建成了20多套焦炉煤气吸附净化装置。
2.2 脱硫工艺
脱硫脱氰是焦炉煤气净化的主要工艺过程,通常有干法脱硫和湿法脱硫两种工艺,但干法脱硫工艺的局限性较大,制约了其在焦炉煤气净化中的应用,而湿法脱除H2S和HCN的技术则早已被广泛采用,在焦炉煤气脱硫脱氰净化中,通过与废液处理技术相结合,采用湿法脱硫技术可组成各种不同的焦炉煤气脱硫脱氰工艺流程。在生产实际应用中可以结合干法脱硫与湿法脱硫技术的优点,将两种脱硫方法结合起来应用,利用湿法脱硫先将焦炉煤气中的大部分H2S脱除,然后再利用干法脱硫对其中的H2S进行精脱,从而达到满意的脱硫净度。这样既利用了湿法脱硫可以在线调整的优点,又利用了干法脱硫效率高的优点,并克服了由于干法脱硫时脱硫剂硫容量因素而造成的脱硫剂失效过快的问题。
对于脱硫净度的问题,可以根据后续用户对净化后焦炉煤气中H2S和HCN含量的不同要求,选择相应脱硫效率的脱硫工艺。在冶金企业,焦炉煤气的绝大部分用作一般轧钢加热炉的燃料,此时要求H2S含量≤250 mg/m3,HCN含量≤150 mg/m3,因此选用AS循环洗涤法脱除H2S和HCN就能满足要求。而当焦炉煤气用作城市煤气、氨用和甲醇用合成原料气时,则必须选择湿式氧化法中的改良ADA法、TH法、FRC法等脱硫效率更高的脱硫工艺。
在煤炭炼焦过程中,煤炭中约30 %～35 %的硫转化成H2S、CS2、COS等硫化物,与NH3和HCN等一起形成煤气中的杂质,要脱除H2S和HCN,必须采用有碱性的脱硫液或脱硫剂,碱源可分为两类:①外加碱源,如乙醇胺、碳酸钠及氢氧化铁等分别是萨尔费班法、真空碳酸盐或改良 ADA法及干法脱硫工艺的碱源,同时需不断向脱硫液中补充碱源,才能保持其碱度。②利用焦炉煤气中的氨作为碱源,如AS循环洗涤法、代亚毛克斯法、 FRC法、TH法等。采用该法不需要外加碳酸钠等碱源,在洗氨的同时可脱除焦炉煤气中的H2S和HCN,具有工艺合理性和运行经济性。因此利用焦炉煤气中的氨作为碱源是最为经济的脱硫脱氰方法,已成为目前研究焦炉煤气脱硫脱氰工艺的热点,受到广泛重视并已获得普遍应用。
焦炉煤气的湿法脱硫可以归纳分为湿式吸收法和湿式氧化法两种。湿式吸收法又分为物理吸收法和化学吸收法。物理吸收法是采用有机溶剂作为吸收剂,加压吸收H2S,再经减压将吸收的H2S释放出来,吸收剂循环使用,该法以环丁矾法为代表。化学吸收法是以弱碱性溶剂为吸收剂,吸收过程伴随化学反应过程,吸收H2S后的吸收剂经增温、减压后得以再生,热砷碱法即属化学吸收法。湿式氧化法是以碱性溶液为吸收剂,并加入载氧体为催化剂,吸收H2S,并将其氧化成单质硫,氧化法以改良ADA法和栲胶法为代表。
湿式吸收法脱硫脱氰工艺有真空碳酸盐法、AS循环洗涤法、萨尔费班法、代亚毛克斯法等,而以氨为碱源的湿式吸收法应用最为广泛,其中最典型的工艺为氨-硫化氢循环洗涤法(简称AS循环洗涤法或卡尔斯梯尔法),不同的产品品种和处理技术可灵活地组成多种AS法脱硫脱氰组合工艺流程,脱硫效率可达95 %,脱氰效率90 %。该法用含氨23 %～25 %的氨水来洗涤焦炉煤气,氨与焦炉煤气中的H2S和HCN发生反应后成为富液,再用蒸汽解吸而得到NH3、H2S、HCN与水蒸气的混合体。 为防止二次污染,还必须对上述酸性混合气体进行处理。目前,国内外采取的处理方法虽然很多,但H2S的最终产品只有元素硫、硫酸等几种形式,NH3的最终产品也只有硫铵、无水氨等。
焦炉煤气脱硫脱氰的湿式氧化法工艺技术从早期比较落后的砷碱法、改良ADA法、对苯二酚法等,到现代技术先进的TH法、FRC法、HPF法等。其中以氨为碱源的湿式氧化法技术发展较快,工艺流程也比较成熟,该法以氨为碱源吸收焦炉煤气中的H2S和HCN,吸收液与氧在催化剂的作用下解吸脱硫,脱硫脱氰效率都很高。该法最具代表性的脱硫工艺是塔卡哈克斯法,简称T法或萘醌酸盐法,该法是通过在氨水中采用催化剂1,4-萘醌-2-磺酸钠作吸收液,吸收焦炉煤气中的H2S和HCN,然后与氧发生氧化反应解吸脱硫,同时催化剂也可再生并循环使用,从而脱除H2S和HCN。该法的脱硫废液中含有大量的硫氰酸盐和硫代硫酸盐,配合T法脱硫的废液处理工艺有希罗哈克斯法(简称H法)生产硫铵、氧化燃烧法制取硫酸以及还原燃烧法生产硫磺等。
我国近年来开发了湿式氧化法HPF法脱硫工艺。该法是以焦炉煤气中的氨为碱源,以对苯二酚、PDS(酞箐钴磺酸盐)、硫酸亚铁为复合催化剂进行脱硫脱氰,其废液处理采用混入配煤中并在炼焦过程中高温分解,所生成的H2S又转入焦炉煤气。该工艺具有脱硫效率高、废液量少、投资省、消耗低的特点,但硫的回收利用还需进一步完善,其工艺技术有待于更大工业规模生产应用的检验。
3 转化工艺
焦炉煤气经过脱硫脱氰等净化工艺处理后,脱除了H2S、NH3、萘、苯、焦油,达到相关燃料用标准后,可以用作城市燃气和工业燃料,但要用作合成氨和甲醇的原料气,还必须经过烃类物质CnHm的转化处理,把焦炉煤气中的残余甲烷和高碳烃等烃类转化为H2+CO。同时还要把残余的COS、CS2、噻吩、硫醇、硫醚,否则后续转化催化剂就会中毒,因此还需要进一步精制净化。虽然传统法工艺通过设置多道的净化和精制设备,但大多采用干法催化与吸附,毒物不能回收利用,且消耗重金属作吸附剂,饱和后废弃而造成二次污染。为消除以上弊端,目前广泛采用催化转化法和非催化转化法两种工艺来制取原料合成气。
3.1 催化转化法
焦炉煤气经焦化副产物回收和粗脱硫脱氰净化后,H2S含量在20 mg/m3以下,有机硫含量0.4 mg/m3,输送到气柜内经沉降缓冲,稳压后进入焦炉煤气压缩机中加压至2.5 MPa,送入干法铁钼加氢高温精脱硫装置,在高温下进行有机硫水解及无机硫的脱除,将焦炉煤气中的总硫含量脱除至0.1 mg/m3以下。脱硫后的高温焦炉煤气进入转化炉,进行催化部分氧化反应,把甲烷和高碳烃转化为H2+CO合成气,即可用于氨或甲醇的合成。
3.2 非催化转化法
储存于气柜中经副产物回收和初净化处理的焦炉煤气用煤气鼓风机送入对毒物无要求的纯氧非催化转化装置中,在1400～1500 ℃高温下进行转化反应,焦炉煤气中的烃类化合物裂解成CO和H2,有机硫化物裂解成H2S,然后再经过DDS脱硫,脱除残余H2S,吸收液可再生并回收硫磺。脱硫后的粗合成气再经压缩至5MPa后送入精脱硫装置,粗合成气中的总硫脱至0.1 mg/m3以下,由此制得可用于氨和甲醇合成的精制合成气。
4 应用实例
焦炉煤气的净化及回收利用近年来在国内已受到了广泛的重视和应用,并取得了良好的经济效益、社会效益和环保效益。如建滔(河北)焦化有限公司,年产焦炭百万吨,为从根本上解决了焦炉煤气放空所造成的环境污染,达到治理环境和变废为宝的双重目的。2005年9月5日,建成了国内第二套焦炉煤气制取甲醇装置,具有工艺流程简短、投资少、产出高、节能环保和操作方便等特点,可以灵活地调节捣固型焦炉自用燃气和生产甲醇用合成气的需求,使企业炼焦过程中产生的焦炉煤气,通过脱焦油、脱硫、脱氨、洗脱苯、氧化等净化处理和甲醇合成,每年可生产12万t的甲醇,销售收入达3亿元,产品达到美国AA级优等品标准。而在焦炉煤气净化的过程中,同时提炼出36000t焦油、6000t硫酸铵、12000t粗苯等多种高附加值的冶炼、化工产品。这些副产品每年又可为企业带来6000～7000万元的销售收入。2007年9月28日,国内目前最大的焦炉煤气制甲醇项目——内蒙古庆华集团20万t/a甲醇装置在内蒙古阿拉善经济开发区庆华循环经济工业园内建成投产,该项目总投资2.459亿元,利用该集团的100万t/a焦化装置产生的焦炉煤气,是庆华集团庆华煤化有限责任公司煤化工循环经济产业链的配套项目,工艺技术处于国际领先水平。该装置建成后,每年可新增产值4亿多元。以下是焦炉煤气净化工艺在山东兖矿国际焦化有限公司的应用实例。
该公司200万t/a焦炉装置产生焦炉煤气的流量为62967.04 m3/h,温度25 ℃,压力0.105 MPa,主要成分为甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等,还含有少量的氮气、不饱和烃、氧气、焦油、萘、硫化物、氰化物、氨、苯等杂质,其中硫化物的含量高达6 g/m3,氰化物含量1.5 g/m3。对于合格的甲醇合成原料气,焦炉煤气中除H2、CO、CO2为甲醇合成所需的有效成分外,其余一部分组分是对甲醇合成有害的物质,如各种形态的硫化物、苯、萘、氨、氰化物、不饱和烃等。另一部分组分是对甲醇合成无用的惰性成分,如CH4、N2等,这些组分必须加以净化脱除,否则不仅会增加合成气体的功耗,而且会降低甲醇合成的有效转化率。
该公司采用的焦炉煤气净化工艺流程见图1。从焦化厂送出的焦炉煤气经电捕器除焦油、冷却、分离、洗涤、脱酸、蒸氨等工序处理,脱除焦炉煤气中的焦油、萘、H2S、HCN、NH3、苯等杂质后,进入焦炉煤气储气柜。经粗净化处理后的焦炉煤气经压缩机送入粗脱硫装置,用NHD湿法脱除大部分H2S,其中有机硫含量还有95 mg/m3。然后再用高温铁钼加氢转化工艺把焦炉煤气中的有机硫转化为易于脱除的H2S,随后再用干法精脱硫脱除残余H2S,最后用价格较贵而硫容量较高的氧化锌吸附。
为使焦炉煤气净化后得到的原料甲醇合成气的氢碳比尽量接近甲醇合成所需的最佳氢碳比,采用催化转化法,将焦炉煤气中的甲烷、乙烷等烃类进行部分氧化和蒸汽转化反应,制取甲醇合成精制气。经转化反应后的原料气成分为(%,以体积百分比计):H2 71.86、CO 15.53、CO2 8.23、N2+Ar 3.21、CH4 0.45、H2O 0.43,其中除H2比例有些过剩外,其他组分均比较符合原料甲醇合成气的组分,说明了该公司采用的焦炉煤气制取甲醇合成气净化流程的工艺设计和设备选型能完全满足生产实际的需要,取得了良好的应用效果。
5 结 语
(1) 在焦炉煤气的精制转化工艺中,催化转化法是传统型工艺,非催化转化法属于创新型工艺,两者相比,后者在工艺流程、生产操作、投资费用、环境保护等方面具有更多的优势。
(2) 焦炉煤气净化工艺的合理选择要根据后序加工产品的需要、综合利用资源、技术的先进性、工程投资费用、工艺合理性、生产可操作性以及产品的市场前景等多方面因素来加以考虑。
(3) 焦炉煤气的净化处理和回收利用,可充分利用煤炭资源,延伸煤化工产业链,对于提高企业的经济效益和社会效益,保护生态环境,推进循环经济,实现可持续发展具有十分重要的意义。
参考文献
[1]王景超,张善元,等.焦炉煤气制取甲醇合成原料气技术述评[J].煤化工,2006,34(5):48-50.
[2]曾轲,罗驰敏,等.吸附工艺在焦炉煤气净化中的应用[J].化肥工业,2006,33(2):17-18.
[3]刘贵阳,陈向东.焦炉气非催化转化制合成气在飞化的应用[J].中氮肥,2006,(3):33-34.
焦炉煤气脱硫 篇6
1 PDS脱硫技术应用于焦炉煤气净化工艺中的合理性分析
PDS脱硫技术主要是以PDS催化剂为主的脱硫工艺, 其最早应用于一家化肥厂的脱硫处理当中, 并且获得了成功, 因此在脱硫处理方面得到了较为广泛的推广和应用[1]。PDS催化剂脱硫工艺, 主要是让PDS催化剂与氨发生化学反应, 从而达到脱硫的效果。而PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的应用, 则是以焦炉煤气中的氨为碱源, 从而进行湿法脱硫工艺处理。PDS脱硫技术应用于焦炉煤气净化工艺中的合理性主要有以下三个方面原因:
第一, PDS催化剂可以与焦炉煤气中的水洗氨等化学元素进行反应, 因为硫化氢的脱除效应, 可以减轻硫化氢对设备的腐蚀性, 经过HCN的分解, 硫化氢和HCN会得到部分消除, 从而降低焦炉煤气中的硫元素含量, 使之达到一定标准, 避免硫元素对环境的污染, 并且产生的浓氨水还可以进行农用。
第二, 随着PDS催化剂与氨的化学反应, 硫铵产量会有所降低, 但同时, 游离酸的含量也会随之降低, 这样一来, 生产的硫铵产品色泽将会变白, 其中含有的有害物质也会大幅度降低, 对环境的污染也会随之降低。
第三, 硫化氢和HCN部分消除, 减少了对设备的酸性腐蚀, 也降低了热器部位和管道堵塞现象产生, 造成这一影响因素的主要原因则在于减少洗油渣的出现。
2 PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的配置要求分析
2.1 脱硫后的硫产品处理问题
硫产品对设备具有很大的腐蚀性, 在应用PDS脱硫技术处理焦炉煤气净化工程时, 要注意到熔融硫和硫膏的处理问题[2]。由于硫元素会对环境以及水体产生污染, 对设备进行腐蚀, 净化工艺中的配置要具有配备膜技术, 防止硫腐蚀以及水体污染问题出现。针对于这一问题的配置选择上, 要切实考虑到硫元素处理问题, 避免设备腐蚀和水体污染现象发生。
2.2 净化工艺中的配置设备选择
进行PDS脱硫技术后, 焦炉煤气净化工艺的配置要注意到再生设备的选择, 其主要是针对于焦炉煤气中以氨为碱源的溶液处理问题上。PDS脱硫技术主要是以PDS催化剂与氨进行化学反应, 从而实现脱硫目的。不过在这一过程中, 如何处理催化反应产生的泡沫, 这就关系到了净化工艺的配置设备选择问题了。合理选取有效的再生设备作为PDS脱硫技术的配置设备, 将更加有利于脱硫工作的顺利完成。
2.3 注重防腐问题
PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的配置最重要一点要求, 就是防腐问题。在进行PDS催化剂脱硫过程当中, NH3的存在造成了设备的腐蚀问题, 如何做好防腐问题, 是焦炉煤气净化工艺进行工艺配置的关键。一般来说, PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中采用空气氧化再生工艺, 会产生大量的NH3气体。为此, 在进行这一工艺配置时, 要加大管径, 增强压力, 减少该气体在管内过多停留, 从而引发腐蚀现象产生。
2.4 确保催化剂和煤气中含氨量
PDS脱硫技术是PDS催化剂和氨进行化学反应, 从而达到脱硫效果。正因如此, 在进行净化工艺配置时, 要注意催化剂的含量以及煤气中的氨含量, 避免因为这两种元素短缺问题, 从而引发脱硫效果不佳, 或是造成氨含量不足问题。由于在脱硫过程中, 废液会带走NH3, 从而造成氨损失, 这时候在工艺配置中配置氨的补入设施, 从而确保脱硫工艺正常进行。在PDS脱硫工艺中, 配置氨的补入设施, 有利于维护脱硫系统的水平衡, 这是PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺配置中较为重要的一环。
3 结语
综上所述, 通过研究PDS催化剂在焦炉煤气净化工艺中的脱硫处理时, 我们不难发现其采取工艺手段的配置要求。对此, 做好净化工艺的配置需求, 对于PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中发挥有效作用具有重要意义。同时, PDS脱硫技术在焦炉煤气净化过程中可以对硫化氢、氨等资源有效利用, 保证不污染环境的同时, 又实现了资源的有效利用, 一举两得。因此, 广泛推广PDS脱硫技术对于我国焦炉煤气净化来说意义重大, 要切实推动该项工艺技术的发展。
摘要：当下社会经济发展形势下, 我国提出了实现经济、社会、环境三者协调可持续的发展道路, 降低能源消耗, 实现清洁能源生产, 是当下我国发展社会主义市场经济的主要发展模式。对此, 针对于焦炉煤气净化工艺的脱硫技术, 对于降低煤气硫元素的污染来说, 具有重要意义。本文主要探讨和分析了PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的配置要求, 对脱硫工艺的配置以及工艺本身进行了研究, 旨在为PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的配置要求提供一些参考和借鉴。
关键词：PDS脱硫技术,煤气净化,工艺配置
参考文献
[1]程晓辉, 杨州.PDS煤气脱硫工艺的探讨[J].燃料与化工.2011, 10 (02) :145.
焦炉煤气管路工艺设计 篇7
进行焦炉煤气管路设计时, 首先要严格执行国家法律、法规、部门规章、行业标准及规范;了解建设单位现状、业主对建设项目的想法和要求;其次, 注意现场的实地勘察, 选择最佳线路方案, 提高设计方案的合理性。
1 煤气管路设计的原则
煤气管道项目既要保证安全、有利输送焦炉煤气, 又要能与建筑物、构筑物、公路、铁路、绿化、美化设施等相协调。在总平面布置上, 要根据工艺要求和特点, 合理安排布局, 防止火灾诱因, 避免火灾爆炸事故的发生;煤气及助燃系统方面按防爆设计, 各操作现场均核配灭火器材;煤气管道设有可靠的避雷或防雷接地设施。设计时应遵循以下原则:
(1) 严格执行相关规范, 紧密结合建设单位实际情况, 充分考虑建设单位项目所在地地理环境, 严格按“安全第一、预防为主、综合治理”的方针, 确定设计方案。
(2) 以“环保、高效, 优质, 低耗, 长寿, 安全, 清洁”作为设计指导思想和预期实现的目标。
(3) 充分利用建设单位现有的建设场地和主要生产设施, 尽量减少技改工程量;优化设计, 采取有效措施, 因地制宜, 降低工程造价, 节省工程投资。
(4) 采用先进、成熟的技术, 在提高生产技术指标的同时, 合理利用能源, 做好环境保护、防火和安全卫生工作, 使“三废”排放符合国家标准, 消防、安全、卫生符合国家有关规定。
2 焦炉煤气管路工艺设计
2.1 分析焦炉煤气输气来源
本文以山西介休市荣昌昇耐火材料有限公司煤气管道项目 (以下简称“荣昌昇项目”) 设计为例, 该工程项目气源是山西介休昌盛煤化有限公司煤气分配站所输送的焦炉煤气。
焦炉煤气是用气煤、肥煤、焦煤、瘦煤配成炼焦用煤, 在炼焦炉中经高温干馏后, 在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体, 是炼焦的气体副产品。主要用作燃料和化工原料。焦炉煤气是一种清洁的二次能源。
2.2 研究焦炉煤气的组分
焦炉煤气不同于高炉煤气、转炉煤气, 焦炉煤气主要成分为氢气 (55%~60%) 和甲烷 (23%~27%) , 具体成分如表1所示。
焦炉煤气为无色、微有臭味的有毒气体, 属于中热值气, 其热值为每标准立方米17~19MJ, 适合用做高温工业炉的燃料和城市煤气。焦炉气含氢气量高, 分离后用于合成氨, 其它成分如甲烷和乙烯可用做有机合成原料。当焦炉煤气与空气或氧气气混混合合到到一一定定比比例例, , 遇遇明明火火或或555500℃℃以以上上高高温就会发生强烈着火或爆炸。
2.3 分析焦炉煤气质量是否符合要求
该项目输送的焦炉煤气是经净化处理后的焦炉煤气, 其质量指标符合现行国家标准《人工煤气》 (GB13612-2006) 的规定: (1) 低位热值>14.71MJ/m3, (2) 杂质允许含量:焦油及灰尘<10mg/m3;萘, 冬季<50mg/Nm3, 夏季<100mg/Nm3;CO<10%。
2.4 焦炉煤气参数的选择计算
(1) 考虑建设单位煤气用户点使用状况, 分析其流量、压力、煤气用户设备情况。该项目焦炉煤气经常用气量Q工=7000m3/h (通常煤气流速v=15 m/s) ;工作压力:P工=0.006~0.010MPa;温度:常温。则设计流量选取:Q=10000m3/h, 设计压力取:P=0.015MPa。
(2) 根据煤气设计流量、允许的阻力损失, 选定合适的流速及考虑成本然后选择煤气管径、管道材质。荣昌昇项目主管道管径的选择:
据:
式中d为管道直径, m;v0为煤气流速, 12~20m/s。
则:
主管道管径可确定为DN400mm。
根据《低压流体输送用焊接钢管》 (GB/T3091-2008) , 管道材质可选用Q235B型输送用螺旋缝埋弧焊钢管。
直管段管壁厚度应按下式计算:
式中Pj为管道压力, MPa;D为管道外径, mm;бs为屈服强度, MPa;F为管线强度设计系数, 取0.72;￠为焊缝强度系数, 取0.85;C为管线腐蚀余量, 取2 mm。
则
根据《输气管道工程设计规范》 (GB50251-2003) 壁厚规定, DN400管最小壁厚为5.0mm, 故荣昌昇项目煤气管道选用φ426×6mm螺旋缝埋弧焊钢管。
2.5 焦炉煤气管路线路敷设及附属设备的选择
2.5.1 线路敷设
分析焦炉煤气管道项目建设周围的环境条件:地表、地形、困难段、气象条件、地震状况, 确定对策, 选择最佳线路。
(1) 线路要短, 以节省投资成本, 流向要顺, 以减少管路阻力损失;平面布置要满足工艺要求、消防要求和业主的需求。
(2) 管路竖向设计根据沿途场地自然标高及四邻情况确定管道标高, 以满足管网敷设、雨水排放等的需要。
(3) 埋地管道埋深必须敷设于土壤稳定层内且应在冰冻层以下, 埋地敷设时管道的管顶覆土深度满足规范中的规定 (管顶至地面距离必须>500mm) 。
(4) 采用支架架空敷设时其管底与道路的垂直净距须满足规范要求, 架空焦炉煤气管线不允许穿过爆炸危险品的房间、配电间、变电所、易使管道腐蚀的车间、通风道等场所;架空焦炉煤气管线与架空高压线交叉时一般煤气管应在下层, 两者间须有保护格网, 交叉处焦炉煤气管道须可靠接地, 其净距随电压不同而异, 应为1.5~4m;与通信电缆照明电线和其他管线相交叉则其垂直净距不小于0.15m, 采取低支架敷设时管底至地面的垂直净距不小于0.35m。架空管道支架采用钢结构支架或砼支架。管径较小的支架应以刚性滑动为主, 直径较大、高度较高的管道应以柔性铰接支架为主。在布置支架时应符合支架间的距离不超过允许的最大跨距 (如Φ426×6mm净煤气管无附加荷重时最大允许跨距16.5m) 且最好采用等距离, 两相邻固定支架间的距离一般不超过300m, (必须按当地冬季最低温度而定) ;合理设置补偿器和固定支架以减少土建工程的投资, 尽可能使用自然补偿以减少管道工程的投资。
(5) 煤气管道敷设时采用冷弯弯管 (R≥4D管道外径) 、热煨弯管 (R≥3.5D) 型式来满足管道变向安装要求。在满足最小埋深要求的前提下, 管道纵向曲线尽可能少设弯管。管沟开挖对不同的土质, 在开挖时应考虑施工机械的侧压、震动、管沟暴露时间等因素。
(6) 煤气管道的一切焊缝应在过程中, 进行严密程度试验, 试验方法可采用缝外白垩, 内部塗煤油的方法, 如超过30min, 在塗白垩的表面未发现暗黑色的油点, 表示焊缝是合格的;如出现暗黑色的油点, 在有缺陷的地方, 必须铲掉重焊, 再做试验, 直到合格。
(7) 煤气管道直管段上两环缝距离当DN≥150 mm时, 不应小于150mm, 当DN<50mm时, 不应小于管子外径;环焊缝距支吊架净距离不应小于50mm, 需热处理的焊缝距支吊架不得小于焊缝宽度的5倍, 且不得小于100mm, 管道焊缝离支吊架边缘最少不小于300mm, 最好在两支架间距的1/5~1/10处, 管道的纵焊缝应在托架上, 便于检修。
例:焦炉煤气气源点在山西介休昌盛煤化有限公司 (以下简称“昌盛煤化公司“) 煤气分配站, 煤气用户点是荣昌昇公司烧制铝矾土的导焰窑;通过实地考察、研究论证选择了一条较好的线路, 煤气管道采用管径为φ426×6mm钢管, 煤气管道架空与埋地敷设相结合, 煤气管道全长约2531m。
该煤气管道项目设计按8度抗震设防;煤气管道位于介休市东偏北方向的义安镇与连福镇, 线路走向与道路、建、构筑物之间的安全距离均符合国家相关规范要求;线路敷设远离人群活动区域;煤气管道放空排放口布置在人员集中场所及明火或散发火花地点的全年最小频率风向的上风侧。荣昌昇公司厂区位于居住区常年最小频率风向的上风侧, 厂区与居住区之间的卫生防护距离符合国家相关规范要求。
本项目采取污染防治措施, 尤其对沿线环境敏感点严格控制, 减少对环境的影响, 在确定线路走向时, 充分重视对生态环境的保护, 尽量避绕敏感区域、水源保护区, 避免和减少对环境的影响。管道埋地敷设施工后恢复地貌和沿线植被。故该项目从环境保护、防护距离、消防、地质条件、工艺流程等方面是合适的, 线路走向选择较为合理, 建设条件良好。该项目的选址地不存在破坏当地文物、自然水系、湿地、基本农田的情况。线路敷设地安全范围内无电磁辐射危险和火、爆、有毒物质等危险源。
2.5.2 线路附属设备的选择
为了保证焦炉煤气管路安全供气, 满足用户用气的要求, 在其管路上安装相应的闸阀 (或蝶阀) 、隔断阀、爆破阀 (安全保护设施) 、大水封、冷凝排水器、地下凝水缸、煤气放散装置及压力表、流量计、温度计等设备。
所有现场电气仪表和设备均选用相应等级的防爆、防护产品。防爆标志为ExdⅡBT4, 防护等级不低于IP65;主要的现场检测仪表应具有防雷、防浪涌保护功能;生产现场的照明、仪表、电气设备应使用防爆型的。厂区内设有安全泄放装置, 在空气总管和焦炉煤气总管的末端安装泄爆阀 (如防爆铝板+挡板, 习惯称之为“防爆板”) ;煤气管道、设备的泄爆装置, 不要对着站、室或人员密集场所, 一旦发生泄爆现象要及时进行处理。
焦炉煤气系统的水封要保持一定的高度, 运行中的水封要经常保持溢流。水封的有效高度设计:室内为计算压力加1000mm水柱, 室外为计算压力加500mm水柱;煤气系统的水封、排水器溢流管不能直接插入下水管道, 防止煤气击穿通过下水道穿入其它站、室而造成煤气中毒事故;为了定期清除焦炉煤气凝结水, 焦炉煤气管道敷设时顺着流动方向应有一定的坡度, 坡度不小于0.003;在埋地管道的低点设置地下凝水缸;架空的管道在管道坡度最低点设置冷凝排水器;一般每隔200~250m设置一个凝水缸 (或排水器) 。
为便于检修和清扫管道, 一般人孔安设在闸阀及膨胀器等设备后面 (按煤气流向) , 小于φ600mm的煤气管道, 安装手孔。焦炉煤气管道上或管道手孔上安有蒸汽吹刷管, 用来吹刷管道内的沉淀物 (如萘及焦油) 及空气或煤气, 焦炉煤气管道上的蒸汽吹刷管上不准采用铜制的闸阀。钢管道在试验前还要进行吹扫, 确认吹净为止。吹扫完以后, 焦炉煤气的蒸汽吹扫管要与煤气管道分开, 防止蒸汽压力低于煤气压力时, 煤气串入蒸汽管道;焦炉煤气管道上的放散管在通煤气和停煤气时, 用来排出管道中煤气或空气;为了防止雨水落入放散管中, φ150mm以下的放散管, 头部做成斜管或T形而大于φ150mm的放散管应装设防雨帽。放散管的安装高度设计:经常放散的放散管高度应超出厂房最高点4m, 不经常放散的则可视具体情况而定;放散管设置于管道的最高点和最末端。
例:荣昌昇项目上, 焦炉煤气管路按相关规范、标准规定安装了一定数量的D373P-10型手动蜗轮传动煤气密闭蝶阀、LC44W型手动隔断阀、H44T-10型止回阀、H44T-10型手动闸阀、Q41F-16P型手动球阀、大水封 (煤气隔断装置) 、冷凝排水器、地下凝水缸 (规格φ0.63m×H0.769m×L1.03m) 、煤气放散装置、手孔、蒸汽吹刷管、FBF-1型防爆阀 (爆破压力设定值13k Pa) 、及YE-150型膜盒式压力表 (0~16 k Pa) 、HQLGB孔板流量计 (0~12000m3/h) 、WZP-230型温度计 (0~50℃) 、GAS-LOKSNG-1型气体低压压力报警器 (报警定值4k Pa) 。
2.6 焦炉煤气管道防雷接地问题
为了防雷及静电, 焦炉煤气管道每隔一定距离必须设计安装接地装置, 接地连线可沿支架接地极, 接地电阻值不得大于10Ω。埋地或地沟内的金属管道在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连, 每一根引出地面的煤气矮立管和煤气高立管, 都应就近与接地装置或引下线相连。
2.7 焦炉煤气管道穿越工程的设计
焦炉煤气管道当穿越公路、铁路时, 必须按《油气输送管道穿越工程设计规范》 (GB50423/2007) 执行。如荣昌昇项目:该焦炉煤气管道穿越东夏公路 (S221省道) 、汾介线 (S242省道) 各一次, 穿越南同蒲铁路一次;穿越铁路、公路方式均采用套管穿越, 钢套管长度伸出路堤坡脚、路边外沟外边缘2.5m;钢套管的底部放置在均匀的土层上, 穿越公路钢套管的管顶最小覆土层不小于1.2m (钢套管顶至公路顶面) , 穿越铁路钢套管的管顶最小覆土层不小于1.7m (钢套管顶至铁路路肩) ;管道上的焊缝不应在套管内, 套管采用φ630×10mm钢管, 套管两端与燃气管的间隙应采用柔性的防腐、防水材料密封。
2.8 线路标识问题
管道建成投产后, 为了方便运行人员的长期维护管理, 需在管道沿线设置明显、准确的线路标记。管道线路标记主要包括里程桩、转角桩、穿 (跨) 越桩、交叉桩、结构桩、设施桩、警示牌等。生产厂区主要焦炉煤气管道应标有明显的煤气流向和种类的标志。所有可能泄漏煤气的地方均应挂有提醒人们注意的警示标志。
2.9 焦炉煤气管道的试验与防腐
管道安装完毕, 应按有关规范对管道各连接处和焊缝进行外观检验, 无损探伤射线照相抽样检验, 抽检比例不少于5% (但对埋地部分的管道对接焊缝应进行100%检验) , 焊缝等级不得低于Ⅲ级;经检验合格后, 先采用氮气进行管道强度试验, 试验按规范执行, 试验前应制定试验方案, 附有试验安全措施和试验部位的草图, 征得安全部门同意后才能进行, 各种管道附件、装置等, 应分别单独按照出厂技术条件进行试验;试验前应将不能参与试验的系统、设备、仪表及管道附件等加以隔断;安全阀、泄爆阀应拆卸, 设置盲板部位应有明显标记和记录;先分段试验, 再整体试验, 强度试验压力应为管道最高工作压力的1.15倍, 压力应逐级缓升, 首先升至试验压力的50%, 进行检查, 如无泄漏及异常现象, 继续按试验压力的10%逐级升压, 直至达到所要求的试验压力。每级稳压5min, 以无泄漏、目测无变形等为合格。强度试验合格后再进行泄漏性试验, 试验压力为管道的设计压力, 先缓慢升压, 达到设计压力时断开试验气源 (氮气源) , 试验压力持续稳定24 h, 每小时平均泄漏率不大于0.5%为合格;以保证其安全输送焦炉煤气。
试验合格后, 焦炉煤气管道要进行防腐处理, 架空管道外表面应涂刷防锈涂料, 且每隔四、五年重刷一次;埋地管道外表面应进行防腐处理, 同时根据不同的土壤、宜采用相应的阴极保护措施。荣昌昇项目焦炉煤气架空管道外表面涂刷了两遍防锈底漆, 刷两遍灰色聚氨酯防腐面漆;埋地管道因地质状况较好, 故只采用普通防腐, 为沥青底漆—沥青—玻璃布—沥青—玻璃布—沥青—塑料布—面漆, 每层涂层厚度2mm, 总厚度不少于6mm。
3 安全管理方面的要求
贯彻国家“安全第一, 预防为主, 综合治理”的方针, 劳动安全设施必须执行与主体工程同时设计、同时施工、同时投产的“三同时”制度, 以保证企业生产安全, 保证人民生命财产安全。同时做好焦炉煤气管道项目防火防爆、安全疏散工作;在煤气管道可能发生火灾的工艺装置区、主要建筑物等各类场所, 设置有运输道路兼作消防通道, 分别配置一定数量的磷酸铵盐型移动式灭火器材和二氧化碳灭火器材, 以便扑灭初期零星火灾;立足自防自救, 做到安全适用、技术先进经济合理。
建设单位设备、材料要按照要求进行采购、安装;定期对线路进行巡检;对线路周边的环境进行关注;加强公司员工安全教育和业务技能培训;严格执行操作规程等。
针对焦炉煤气管道项目, 建设单位应配备安全生产管理机构、配专职的安全生产管理人员, 应制定生产安全事故应急救援预案。建设单位并应进行相应的培训、演练、维护和更新, 定期进行评审, 不断改进。确保焦炉煤气管道系统能够安全有序地运行。
4 结束语
采取一系列完善、有效的措施, 项目建成运行后, 职工劳动工作环境得到改善, 职工人身安全及工作环境将有可靠的保证, 设备将正常安全运行。
参考文献