柯忠男（本溪鋼鐵集團(tuán)有限公司能源總廠，遼寧本溪　117000）

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焦?fàn)t煤氣二次凈化工藝改進(jìn)探討

柯忠男
（本溪鋼鐵集團(tuán)有限公司能源總廠，遼寧本溪117000）

【摘要】在焦?fàn)t煤氣的二次凈化工藝中，對原有工藝進(jìn)行改進(jìn)，可以高精度的脫除煤氣中的萘、苯、焦油、H2S、氨等雜質(zhì)，同時(shí)具備操作簡單、運(yùn)行成本低、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】焦?fàn)t煤氣；二次凈化；工藝改進(jìn)

1　原有工藝簡介

目前，本鋼公司所使用的焦?fàn)t煤氣均由焦化廠煉焦產(chǎn)生，經(jīng)過焦化回收工藝處理后的焦?fàn)t煤氣能夠脫除大部分雜質(zhì)，可以滿足對煤氣質(zhì)量要求不高的用戶。但隨著鋼鐵產(chǎn)品逐漸向高端化發(fā)展，如果燃料中含有過多的雜質(zhì)，勢必影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此對焦?fàn)t煤氣的質(zhì)量要求也越來越高，所以從焦化廠出來的焦?fàn)t煤氣必須進(jìn)行二次凈化。

本鋼能源總廠某煤氣加壓站現(xiàn)有焦?fàn)t煤氣二次凈化的TSA精脫系統(tǒng)一套，由于該系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)存在缺陷，且來自于焦化廠的焦?fàn)t煤氣質(zhì)量較差，系統(tǒng)在脫萘?xí)r煤氣中的H2S與填料反應(yīng)形成固體硫化物，再生時(shí)進(jìn)入解析氣管網(wǎng)堵塞解析氣管道，使管道管徑減小，影響解析氣排放，從而使脫萘塔無法進(jìn)行再生；而凈化后的煤氣由于不能完全將內(nèi)部雜質(zhì)全部脫出，這部分煤氣進(jìn)入下一道工序煤氣壓縮機(jī)進(jìn)行加壓，焦?fàn)t煤氣中的萘在高溫高壓下將會(huì)結(jié)晶，銨鹽也會(huì)析出，對管道造成堵塞，同時(shí)也會(huì)損壞煤氣壓縮機(jī)的吸排氣閥及氣缸，造成頻繁檢修，而在低壓下又不能滿足用戶要求，故需對此工藝進(jìn)行改進(jìn)，工藝圖如圖1。

如圖1所示，一個(gè)吸附塔要實(shí)現(xiàn)脫硫、脫焦油、脫萘等雜質(zhì)，效果不好；就目前的煤氣質(zhì)量，氨含量嚴(yán)重超標(biāo)，煤壓機(jī)檢修頻繁，煤氣質(zhì)量無法保證，所以此套設(shè)備及工藝急需得到改進(jìn)。

2　技術(shù)改進(jìn)

經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員討論認(rèn)為，可將現(xiàn)有精脫系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)兩塔脫硫兩塔脫萘、脫氨工藝，使煤氣先進(jìn)入脫硫塔，脫除H2S后再進(jìn)入脫萘塔進(jìn)行煤氣精脫，減少固體硫化物的形成，防止固體硫化物堵塞解析氣管道，恢復(fù)系統(tǒng)再生功能。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，將現(xiàn)有焦?fàn)t煤氣精脫系統(tǒng)中1#、2#脫萘塔改造為脫硫、脫氨塔，3#、4#塔改造為脫萘塔，更換新填料，再生管路全部更換，同時(shí)增大再生加熱器能力，提高換熱面積，保證再生需要溫度。

3　新工藝簡介

3.1干法脫硫工序

從焦?fàn)t煤氣主管網(wǎng)出來的原料氣進(jìn)入干法脫硫工序，此道工序由兩個(gè)脫硫罐組成，從流程上可以實(shí)現(xiàn)“串/并聯(lián)”的操作方式，通過手動(dòng)開關(guān)系統(tǒng)中的連通閥門即可實(shí)現(xiàn)（如圖2）。

脫硫罐內(nèi)填裝的吸附劑從底部開始分別為：耐高溫瓷球、焦炭和脫硫劑，用于脫除單質(zhì)硫及其硫化物等雜質(zhì)。焦炭用于吸附顆粒較大的雜質(zhì)，而脫硫劑是以Fe2O3為主要成份的顆粒狀物質(zhì)，平鋪于瓷球和焦炭之上（如圖3）。

原料氣從塔底部入口管道及閥門進(jìn)入吸附塔內(nèi)，經(jīng)瓷球分流后，煤氣緩慢均勻地與脫硫劑進(jìn)行充分接觸，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，將煤氣中的硫化物脫除，具體化學(xué)反應(yīng)如下：

當(dāng)硫在脫硫劑中富集到一定程度后，在有水存在時(shí)，與焦?fàn)t煤氣中含有的氧又會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)，將鐵的硫化物又轉(zhuǎn)化為氫氧化物：

而產(chǎn)生鐵的氫氧化物又會(huì)與煤氣中的硫化物發(fā)生如下反應(yīng)：

所以，當(dāng)焦?fàn)t煤氣中有氧存在時(shí)，脫硫劑的脫硫和再生可同時(shí)進(jìn)行。

從上述反應(yīng)過程可知，煤氣中的硫化氫被脫硫劑吸收，凈化后的煤氣從脫硫塔上部引出進(jìn)入下一道工序，而經(jīng)過反復(fù)反應(yīng)的脫硫劑已不可再生，所以就需要定期更換脫硫劑。

圖1　工藝圖

圖2　“串/并聯(lián)”式干法脫硫工藝

圖3　脫硫罐內(nèi)工藝示意

3.2干法脫萘工序

從干法脫硫工序出來的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入脫奈工序。本工序由兩臺(tái)吸附塔組成，正常生產(chǎn)時(shí)一臺(tái)吸附、一臺(tái)再生，通過系統(tǒng)內(nèi)的閥門自動(dòng)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)切換吸附塔的操作。

塔內(nèi)填裝由耐高溫瓷球、焦炭、活性炭等組成的混合吸附劑，用于脫除煤氣中的萘、焦油、苯、氨、H2S等雜質(zhì)。在改造前，塔內(nèi)僅填裝一層焦炭和一層活性炭，而改造后為了減少床層阻力，加快再生速度，床層內(nèi)吸附劑分兩層裝填（如圖4），延長了填料的使用壽命。

圖4　脫萘吸附塔

每臺(tái)吸附塔在生產(chǎn)過程中分別經(jīng)歷吸附、加熱、冷吹三個(gè)過程，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣的二次凈化?，F(xiàn)將每個(gè)過程介紹如下：

（1）吸附：原料氣從吸附塔底部進(jìn)入塔內(nèi)，煤氣中的萘、焦油、苯等強(qiáng)吸附性的雜質(zhì)被塔內(nèi)的吸附劑吸附，一氧化碳、氫氣、甲烷、二氧化碳（即二次凈化后的焦?fàn)t煤氣）等弱吸附性組分穿過吸附劑從塔頂部的出口管道及閥門送往下一道工序。當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到程序預(yù)先設(shè)定的時(shí)間后（340 h），自動(dòng)關(guān)閉吸附塔的進(jìn)、出口閥門，終止焦?fàn)t煤氣的進(jìn)料，停止吸附，轉(zhuǎn)入再生程序。

（2）加熱：開啟加熱閥門，凈化后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)煤氣壓縮機(jī)加壓后，再經(jīng)過溫度為150℃以上的蒸汽加熱器加熱，從吸附塔的頂部管道及閥門進(jìn)入塔內(nèi)，對塔內(nèi)的吸附劑進(jìn)行加熱?？紤]到吸附塔內(nèi)料層較厚，為防止從頂部進(jìn)入塔內(nèi)的加熱凈化氣到塔底部時(shí)溫度不夠，又引入一路管道至塔中部，這樣形成兩路加熱氣為塔內(nèi)填料進(jìn)行加熱。進(jìn)入塔內(nèi)的高溫氣體將吸附劑內(nèi)孔里所吸附的雜質(zhì)全部氣化解吸，隨高壓加熱氣一同從吸附塔底部帶出，進(jìn)入焦?fàn)t煤氣主管網(wǎng)，供給對焦?fàn)t煤氣品質(zhì)要求不高的用戶使用，從而使塔內(nèi)的吸附劑得到再生。在達(dá)到程序所設(shè)定的加熱時(shí)間后（240 h），自動(dòng)關(guān)閉再生氣的出入口閥門，加熱程序結(jié)束。

（3）冷吹：加熱程序結(jié)束后，程序自動(dòng)開啟冷吹閥門，用常溫下的經(jīng)過煤氣壓縮機(jī)加壓的凈化氣從吸附塔頂部和中部進(jìn)入，將塔內(nèi)吸附劑的余熱帶出。在達(dá)到程序所設(shè)定的冷吹時(shí)間后（100 h），冷吹進(jìn)出口閥門自動(dòng)關(guān)閉，冷吹程序結(jié)束，準(zhǔn)備進(jìn)入下一次的吸附程序。

每臺(tái)吸附塔的吸附程序完全相同，只是順序上相互錯(cuò)開，以保證煤氣凈化過程連續(xù)進(jìn)行，從而得到穩(wěn)定的凈化煤氣，具體工藝布置如圖5。

圖5　焦?fàn)t煤氣二次凈化工藝圖

4　結(jié)語

本套煤氣凈化系統(tǒng)，主要對焦?fàn)t煤氣進(jìn)行二次凈化處理，使焦?fàn)t煤氣能夠達(dá)到用戶的使用要求。此工藝不使用動(dòng)力設(shè)備，沒有電消耗，達(dá)到了節(jié)能的目的，而且具有結(jié)構(gòu)緊湊、流程簡單、自動(dòng)化程度高、易于操作等特點(diǎn)。

本套凈化工藝自改進(jìn)投產(chǎn)以來，設(shè)備已連續(xù)運(yùn)行一年多，沒有發(fā)生解析氣管道堵塞現(xiàn)象，既實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t煤氣的凈化，又降低了檢修及換料成本，為企業(yè)的節(jié)能降耗作出了一定的貢獻(xiàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曾凡華，殷文華，李克兵，張杰，郜豫川.焦?fàn)t煤氣干法凈化變溫吸附工藝[P].中國：200810045657.4，2008-12-17.

[2]郭永強(qiáng).焦?fàn)t煤氣二次凈化新工藝[J].廣州化工，2009（4）.

制氧

A Discussion on Upgrading of the Secondary Purifying Process for Coking Gas

KE Zhongnan
(The Energy Plant of Benxi Iron and Steel Group Co., Ltd., Benxi, Liaoning 117000, China)

【Abstract】Once the existing secondary purifying process for coking gas was upgraded, impurities such as naphthalene, benzene, tar, H2S and ammonia in coking gas can be accurately removed while the optimized process is easy to operate, low operation cost and more environment friendly.

【Keywords】coking gas; secondary purification; process improvement

作者簡介：柯忠男（1984-），男，2005年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事煤氣運(yùn)行管理工作。

收稿日期：2015－06－09

【中圖分類號(hào)】TQ546.5

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)10-0015-03