焦爐煤氣脫硫工藝的生產實踐

           

【摘要】?通過對焦爐煤氣脫硫工藝生產運行情況的仔細觀察,針對發現和存在的問題進行了分析,討論了脫硫關鍵控制指標控制原理,總結了調節和穩定生產運行的方法和經驗。

【關鍵詞】脫硫塔 ?揮發氨 ?再生塔 ?硫泡沫 ?離心機 ?硫膏

某公司新建一套焦爐煤氣脫硫裝置,焦爐煤氣處理能力80000m3/h,脫硫前煤氣H

2

S質量濃度2g/m3~4g/m3,HCN質量濃度1 g/m3~1.5g/m3,脫硫后煤氣中H

2

S質量濃度<0.2g/m3,HCN質量濃度0.5g/m3。H

2

S質量濃度按3g/m3計算,硫膏產量116.48kg/h,1000t/a。此裝置2010年6月19日投產以來脫硫效果良好,針對運行中發現的問題,對工藝操作進行了不斷的總結和優化。

1 生產工藝簡介

由鼓冷來的焦爐煤氣首先進入橫管間接式預冷塔,被低溫水冷卻到28℃左右,頂部設有冷凝液噴灑裝置,循環噴灑以除掉管壁上的沉積物,多余冷凝液回送機械化澄清槽。冷卻后的煤氣進入脫硫塔,與塔頂噴淋下來的脫硫液逆流接觸,吸收煤氣中的硫化氫。脫硫液從脫硫塔底流出,進入反應槽,在反應槽內停留一段時間后,由脫硫液循環泵送入再生塔底部環管,與壓縮空氣混合鼓入。溶液在塔內得以氧化再生,從塔頂經液位調節器自流回脫硫塔循環使用。浮于再生塔頂部的硫黃泡沫,自流入硫泡沫槽,經攪拌后,上部清液流入廢液槽,下部硫泡沫經硫泡沫泵送至脫硫離心機生產硫膏。硫泡沫在臥螺離心機的離心力作用下,分離出含硫質量分數≥70%,含水質量分數≤30%的硫膏,自下料口進入硫膏房,裝袋外運。剩余的廢液進入廢液槽,利用拉副鹽的車外運,其工藝流程示意圖如圖1所示。

2 工藝指標的控制和優化

2.1 保持適宜的噴淋密度和液氣比

循環液流量控制在1100m3/h~1300m3/h

[1]

。對于一定組分的溶液來說,硫容是一定的,所以只有足夠的溶液循環量,才能保證填料不出現“干區”。若液體的分布不均勻,甚至有的填料沒有液體濕潤,脫硫效率就會大幅度下降,而且得不到濕潤的填料表面會有硫泡沫積累,阻力增加,嚴重時無法運行。從噴淋密度來說,脫硫塔要求噴淋密度40m3/m

2

·h~50m3/m

2

·h,該裝置采用φ7000mm的脫硫塔,因此其滿負荷噴淋量在1500m3/h左右,考慮到一般生產時煤氣量在40000m3,因此其實際循環量要小。另外從增加液氣比來說,液氣比在12L/m3以上,可使傳質界面迅速更新,有利于脫硫效率的提高。

2.2 穩定再生壓力

空壓氣壓力穩定在0.5MPa~0.6MPa,流量控制在1200m3/h~1700m3/h

[2]

。足夠的氧氣是脫硫再生必需的條件,該裝置采用φ5000mm的再生塔,因此其空氣流量應在1500m3/h左右。若吹風強度小,不利硫泡沫浮選和分離。但吹風強度太高,液面翻騰嚴重,再生塔上部的硫泡沫易被氣流打碎,不利分離形不成泡沫層,單質硫難以聚合。同時風量過大或者壓力波動過大,還會造成硫泡沫在10min-20 min內迅速溢出泡沫槽,腐蝕設備和污染環境。所以風量強度以保持再生度高、硫泡沫層連續溢流為合適值。空壓氣壓力要保持穩定,最好與其他系統的用氣隔離,使用獨立氣源,以免打亂脫硫操作。

2.3 嚴格再生塔液面操作

合理調整浮筒高度,一般保證浮筒底部比再生塔液面高50mm~100mm。在脫硫吸收和解吸過程比較穩定的情況下,適當調整再生塔頂部浮筒高度,保持泡沫溢流正常,不能帶液,也不能積泡沫,防止硫泡沫積累、破碎、沉降,造成懸浮硫含量高。

2.4 控制溶液成分

脫硫液堿度的控制宜穩定均衡,PH值在8.0~9.0比較適宜。高濃度、高溫度的堿液大量集中補入系統,會造成局部液溫高,致使硫泡沫快速消失,硫顆粒細小難以聚合浮選分離,副反應也會加快。

2.5 根據工藝變化情況及時調節

及時跟蹤煤氣含氨量的變化

[2]

。煤氣中的含氨量對HPF法脫硫工藝操作的影響很大,當不加外來堿源時,脫硫液中游離氨質量濃度要求穩定在3g/L~5g/L,才能保證正常脫硫。若煤氣含氨質量濃度小于3g/L時,脫硫效率就會明顯下降。同時,脫硫副反應在生成各類氨鹽時需消耗氨,再生時放散尾氣會帶走氨,廢液排放及含水硫膏中帶有氨。因此,脫硫液在脫硫過程中損失的活性氨主要靠煤氣與溶液的吸收平衡和濃氨水來補充。某焦化老區1#系統煤氣含氨正常只有2~3g/L,脫硫液中游離NH

3

含量偏低,因此需要根據循環液的堿度適時補入蒸氨系統生產的濃氨水。

2.6 選擇合適的操作溫度

合理控制預冷塔煤氣出口溫度和脫硫液溫度。溫度是影響脫硫效率最關鍵的因素,因為吸收H

2

S的過程是放熱反應,過高不利于脫硫效率的提高。降低煤氣溫度可增加脫硫液中揮發氨的溶解度,為了增加脫硫液中氨含量,要求溫度盡可能低,最好使預冷塔出口煤氣溫度控制在25~30℃,這使吸收過程進行完全。

2.7 硫泡沫分離操作的控制

硫泡沫在再生塔內停留時間超過30min,就會開始萎縮、變小甚至破碎,硫泡沫上黏附的單質硫顆粒就可能沉淀下去。在實際生產中,由于操作工的責任心等因素,往往在工藝條件發生變化,硫泡沫突然增多時,不及時導出,甚至人為減少硫泡沫的溢出量,造成硫泡沫大量進入脫硫塔,影響脫硫塔的操作,嚴重時會造成填料堵塞,塔阻上升。衡量硫泡沫分離效果主要看溶液中懸浮硫的含量,一般要求在0.5g/ L以下,但此指標每周1次,實際運行中比較滯后,跟不上調節的需要。因此,必須時刻關注硫泡沫槽和廢液槽的液位,發現廢液槽液位上升,要快速調整硫泡沫泵去離心機的量,避免翻液。

2.8 控制副鹽含量

及時排副鹽,一般控制(NH

4

)

?2

SO

4

+NH

4

CNS質量濃度<250g/L。隨著脫硫與再生反應的進行,副反應也在進行,副產物的生成,不僅會造成揮發NH

3

的損耗,而且,使溶液質量受影響,吸收H

2

S的能力下降,生成的鹽還有可能析出結晶附著在填料上,造成堵塔。

2.9 合理控制催化劑濃度

采用某催化劑(混合料),脫硫循環液中催化劑含量控制在40mg/L~50mg/L。循環脫硫液中HPF的濃度與脫硫效率成正比。催化劑本身不參與反應,但是會隨著廢液、硫膏流走,因此必須關注催化劑含量,及時添加。催化劑濃度太低影響H

2

S的吸收效果,脫硫效率差。此裝置一般每班加1-3kg,最高沒有超過4kg。具體加入量要看煤氣含硫量和煤氣發生量來確定。吸收劑及催化劑往系統的補加量也不應過度集中,宜保持均衡連續。

2.10 保持離心機平穩運行,減少堵料故障

離心機正常工作,才能使整個脫硫工序均衡、穩定,其核心因素是防止堵料。為此,一方面要合理調節離心機的主副電機頻率,保持合適的差轉速,實現硫膏與清液的最好分離效果,一般控制在主電機18Hz~28Hz,副電機12Hz~18Hz;一方面要關注主副電機電流的變化,定期做好倒機和轉鼓的清洗,清洗時要變化差轉速,將轉鼓中死角部位的硫膏徹底清洗干凈,時間一般控制在40min為宜。

2.11 嚴格控制入口煤氣成分

煤氣中萘含量和焦油含量不超標,以免影響脫硫液的吸收和再生操作

[3]

。為此,橫管初冷器后煤氣溫度控制在18~21℃,在這個溫度下,煤氣中的大部分焦油和萘等雜質被冷凝下來,隨冷凝液進入機械化澄清槽,含萘低于500mg/m3。電捕焦油器電壓控制在40000V以上,煤氣中焦油的含量≤50mg/m3,為保證電捕焦油器的正常運行,定期用熱氨。

2.12 做好脫硫系統的水平衡

[3]

煤氣露點溫度的高低是煤氣飽和水量的標識,脫硫液溫度和煤氣露點溫度的差值決定了氣液相水的傳遞方向。為此在要求初冷器后煤氣溫度低于23℃的同時,還要求將進入脫硫塔的煤氣溫度控制在25℃-30℃,控制脫硫液溫度在35℃左右。因為脫硫塔內的吸收反應是放熱,溫度過高易使脫硫液中的氨揮發。

3 裝置運行的優點和今后改進的方向

3.1 裝置優點

(1)采用煤氣自身所含的氨作為堿源,以HPF為催化劑的脫硫工藝。為保證脫硫液的堿度,將蒸氨產生的濃氨水通過反應槽補充至脫硫系統中。

(2)為降低系統的阻力,確保煤氣風機和電捕的安全運行以及外網不低于7000Pa的輸送壓力,煤氣預冷器采用橫管冷卻器,煤氣阻力損失≤800Pa。脫硫塔采用輕瓷填料,脫硫塔煤氣阻力損失≤1000Pa。預冷塔采用橫管式間接冷卻器,頂部噴灑循環液的形式,能有效去除煤氣中焦油及萘,對脫硫塔的穩定操作創造有利條件。脫硫塔采用輕瓷填料,其空隙率高,質量輕,比表面積大,傳質系數高,抗腐蝕性能強,不堵塞。

(3)脫硫裝置放在洗氨、洗苯之前,流程合理簡單。對改善終冷水排污對環境的污染、減輕管道設備的腐蝕有一定益處。

(4)硫泡沫采用臥螺離心機分離,是國內少數采用該設備的廠家之一,操作環境好,勞動強度低。

(5)該脫硫工藝對低含硫焦爐煤氣脫硫脫氰效果好,脫硫后煤氣H

2

S質量濃度在200mg/m3以下,HCN質量濃度在150mg/m3以下,表1所示,即為八鋼焦化老區脫硫工藝裝置投產后,主要工藝指標數據。

3.2 改進建議

(1)在脫硫塔適當位置開孔安裝壓力測點,便于觀測塔內各點壓力。在脫硫塔內,伴隨吸收過程還發生許多化學反應,且氧化析硫,析出的硫易堵塞填料和流動空間,出現偏流,而且有些規整填料使用一段時間后容易變形,清理和檢修困難。安裝壓力測點后,可以更準確地判斷脫硫塔內部運行狀況。

(2)優化冷凝液排出系統。現有冷凝液的外排是與蒸氨外送液下槽和外送焦油的管道搭接在一起,在蒸氨送油時,因泵的能力不同,易造成冷凝液系統混入焦油。建議該管線獨立引出或就近改至廢液槽,裝車運走。

(3)空壓氣噴入系統需要加伴熱保溫裝置。目前,再生塔的壓入管大U型彎處冬季極易積水,影響送風,建議在此處加裝伴熱裝置。

(4)應設置脫硫塔的防堵清洗裝置。脫硫塔運行一段時間后,內部雜質可能造成堵塔,目前采用的辦法是臨時從蒸氨廢水一段換熱器后,接DN15mm的廢水管清洗,水量小,效果差。建議加裝規范的氨水清洗管道。

(5)液體再分布器要合理,填料的擺放要合理

[1]

。脫硫塔填料以三段裝填為好,每段5~6m,填料總高15~18m。因此,為減輕或延緩堵塔的過程,在填料段總高度確定的情況下,可多分段,且段高不宜超過5m,段間設液體再分布裝置。

(6)合理規劃硫膏和廢液的去向。目前每天產生廢液15t左右,硫膏3t左右,均利用車拉外排。隨著環保標準的提高,建議科學合理的處理廢液去向問題。

(7)回收再生塔頂部廢氣。由于再生廢氣含有一定量的氨,為避免大氣污染,必須增設廢氣處理裝置。

(8)硫泡沫槽加遠傳液位計。目前,硫泡沫槽沒有液位監控裝置,一旦泡沫發生量突然增大,極易導致廢液槽和泡沫槽的翻液。

(9)催化劑投加方式由間歇式改為連續式。現有投加方式是一次性溶解后直接加入,建議在脫硫液循環槽一側設置一套含配液罐和防爆計量泵的連續滴加催化劑裝置,以保持系統中穩定的催化劑濃度。

參考文獻:

[1]曹學斌陳士彬.脫硫雙塔串/并聯運行技術改造[J].化肥設計.2008.46(4):25-27

[2]倪國強.HPF法煤氣脫硫工藝生產實踐中幾個問題的探討[J].煤化工.2006.34(3):61-63

[3]時秋穎.HPF法煤氣脫硫裝置的生產實踐[J].燃料與化工2006.35(6):29-32