謝國(guó)進(jìn) 黃光永

（廣西科技大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 廣西柳州545006）

1 前言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些中厚板廠陸續(xù)新建一批中厚板熱處理生產(chǎn)線，總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)中厚板專用品種生產(chǎn)能力仍較低，品種結(jié)構(gòu)難以滿足市場(chǎng)需求。某鋼企為提高中板的專用板比例，擴(kuò)大產(chǎn)品品種范圍、提高產(chǎn)品檔次，一期建設(shè)一條中板?；療崽幚砩a(chǎn)線，主要用于鋼板的正火和回火。依據(jù)不同熱處理要求，鋼板在熱處理爐內(nèi)經(jīng)加熱、保溫，完成鋼板?；⒏邷鼗鼗鸷椭袦鼗鼗鸬臒崽幚硪?，以改善鋼板的性能。?；療崽幚頎t設(shè)計(jì)用氣量為7000Nm3／h，焦?fàn)t煤氣凈化前后的指標(biāo)見(jiàn)表1，對(duì)原料焦?fàn)t煤氣進(jìn)行精制凈化處理，脫除焦?fàn)t煤氣中的有害成分，避免給后續(xù)使用煤氣設(shè)備壽命、大氣及環(huán)境造成影響。

表1 焦?fàn)t煤氣凈化前后指標(biāo)

2 凈化流程介紹

焦化廠通過(guò)動(dòng)力介質(zhì)管網(wǎng)，將焦?fàn)t煤氣輸送到中板?；療崽幚砩a(chǎn)線廠房，經(jīng)過(guò)煤氣凈化裝置凈化后，供?；療崽幚頎t使用。凈化流程框圖及工藝流程如圖1、圖2所示，焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)壓力為3kPa～9kPa，首先進(jìn)入電捕焦油器除去焦油，再進(jìn)入由二塔組成的脫硫塔，通過(guò)脫硫劑脫除焦?fàn)t煤氣中的硫化氫，然后進(jìn)入由三塔組成的PSA變壓吸附塔，經(jīng)過(guò)硅膠、活性炭吸附劑進(jìn)行脫苯脫萘后，將精制凈化后的煤氣送往?；療崽幚砑訜釥t。對(duì)于變壓吸附（PSA）操作單元，其正常運(yùn)行時(shí)，二塔處于吸附狀態(tài)，另一塔處于再生狀態(tài)的不同階段，吸附和再生交替操作，通過(guò)自動(dòng)開(kāi)閉程控閥門得以實(shí)現(xiàn)。再生吹掃氣采用加壓精制煤氣，吹掃后的含苯氣返回其它煤氣主管網(wǎng)下游。

圖1 焦?fàn)t煤氣凈化裝置流程框圖

圖2 焦?fàn)t煤氣凈化裝置工藝流程圖

焦?fàn)t煤氣凈化裝置系統(tǒng)為全密閉系統(tǒng)，沒(méi)有三廢排放，特別是沒(méi)有傳統(tǒng)蒸汽再生所產(chǎn)生的大量污水，操作環(huán)境好，采用加壓精制氣再生工藝，徹底解決了現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境污染和廢水排放與處理問(wèn)題，不使用電加熱器，降低了設(shè)備運(yùn)行能耗。另外，系統(tǒng)采用脫硫＋PSA精制工藝的方法，精制再生能耗低、吸附劑使用壽命長(zhǎng)，產(chǎn)品氣體質(zhì)量有保證，所有操作切換均為全自動(dòng)操作，操作簡(jiǎn)單可靠。

3 凈化原理及設(shè)備

該套煤氣凈化裝置主要采用電捕焦油、氧化鐵脫硫及PSA變壓吸附脫苯脫萘技術(shù)。焦?fàn)t煤氣首先經(jīng)過(guò)電捕焦油器去除焦油，避免吸附劑被焦油粘結(jié)，脫硫塔中的填充焦炭，可吸附煤氣中的水分，保證脫硫劑不會(huì)被煤氣中的水分板結(jié)。煤氣脫硫采用的是干法脫硫工藝，干法脫硫有活性炭法、氧化鐵法、氧化鋅法以及分子篩法等工藝方法［1］。比較濕法脫硫方法，干法脫硫效率高，適宜處理含H2S較低的煤氣，不產(chǎn)生脫硫劑廢液、投資低、工藝操作也較簡(jiǎn)單。變壓吸附（PSA）是一種新型的氣體吸附分離技術(shù)，基本原理為：利用吸附劑對(duì)混合氣體中的各組分具有選擇吸附的特性，通過(guò)增壓來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體的吸附分離，通過(guò)降壓來(lái)實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生，以此來(lái)完成對(duì)不同氣體的分離［2］。

電捕焦油器均由筒體、沉淀極、電暈極、上下吊架、氣體再分布板、吹洗管、絕緣箱和饋電箱等部件組成。蜂窩式電捕焦油器是由通道截面為正六邊形的蜂窩管組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊合理、沒(méi)有電場(chǎng)空穴、空間利用率高、重量輕、耗鋼材少和捕集特性好等優(yōu)點(diǎn)。焦?fàn)t煤氣中，含有0.1μm～100μm的顆粒狀懸浮焦油霧，電捕焦油器入口焦油霧含量≤100mg／Nm3，可通過(guò)電捕焦的方法脫除，電捕焦油器的捕集效率在99%以上，保證了出口焦油霧含量≤10mg／Nm3。在電捕焦油器沉淀極（陽(yáng)極）和電暈極（陰極）之間的高壓直流電場(chǎng)作用下，煤氣中的焦油霧、粉塵、水霧等被捕集在沉淀極上，最終靠自身重力沿極板下落，通過(guò)焦油出口排出。根據(jù)焦?fàn)t煤氣處理量為7000Nm3／h，選擇的蜂窩式電捕焦油器技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 蜂窩式電捕焦油器的技術(shù)參數(shù)

脫硫塔由二塔組成，脫硫壓力4.0kPa～8.0kPa，脫硫溫度≤40℃，內(nèi)裝填料，包括瓷球、焦炭及脫硫劑等，填充料在脫硫塔內(nèi)的布置如圖3所示。焦炭的作用：1）焦?fàn)t煤氣首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理；2）除去部分焦油；3）吸附煤氣水分。根據(jù)本氣源條件，脫硫裝置每小時(shí)脫除H2S約16.5kg，故采用干法脫硫技術(shù)，氣體中的硫化氫與脫硫劑接觸發(fā)生反應(yīng)生成硫化鐵［3，4］：

圖3 脫硫劑及填料裝填圖

由于煤氣中存在少量的氧氣，生成的硫化鐵進(jìn)一步氧化并析出硫磺：

當(dāng)焦?fàn)t煤氣中的O2／H2S≥3時(shí)，這一脫硫─再生過(guò)程將不斷進(jìn)行，直至脫硫劑空隙被堵塞而失效。

PSA吸附塔有三塔組成，吸附壓力2.0kPa～8.0kPa，吹掃壓力8.0kPa～20.0kPa，工作溫度≤60℃，內(nèi)裝吸附劑，用于脫除萘和苯。吸附塔裝填料包括：瓷球、硅膠、活性炭，填充料在PSA吸附塔內(nèi)的布置如圖4所示。脫苯脫奈方法采用的是變壓吸附，變壓吸附（PSA）的循環(huán)周期短，吸附劑利用率高，吸附劑用量相對(duì)較少，不需要外加換熱設(shè)備，被廣泛用于大氣量多組分氣體的分離與純化。對(duì)變壓吸附（PSA）操作單元，其正常運(yùn)行時(shí)，二塔處于吸附狀態(tài)，另一塔處于再生狀態(tài)的不同階段，吸附和再生交替操作通過(guò)自動(dòng)開(kāi)閉程控閥門得以實(shí)現(xiàn)。PSA吸附塔中的吸附劑在使用一定時(shí)間后，由于萘、苯及NH3、HCN等吸附在其表面與空隙內(nèi)而失去吸附能力，從而使吸附劑失去脫苯及脫萘能力，此時(shí)，需進(jìn)行吸附劑的再生，以除去其表面和空隙內(nèi)吸附的苯和萘，恢復(fù)其吸附能力。吸附塔從吸附切換到再生操作狀態(tài)，利用加壓后的已凈化煤氣沖洗吸附劑床層來(lái)再生吸附劑，使得吸附在吸附劑上的萘、苯等雜質(zhì)被解析并隨煤氣排出吸附塔，從而使吸附劑得到再生。

圖4 吸附劑及填料裝填圖

在變壓吸附（PSA）中，用加壓后的凈化精制煤氣對(duì)PSA吸附塔中吸附劑進(jìn)行反吹再生，需要采用專門的焦?fàn)t煤氣加壓風(fēng)機(jī)。選用的是單吸入、雙支撐、離心式風(fēng)機(jī)，型號(hào)：C（M）120－1.156／1.023，升壓：13.3kPa，進(jìn)口工況流量：120m3／min，進(jìn)行三級(jí)加壓。通過(guò)從加壓后的主管道引出分管，采用程控閥控制反吹時(shí)間及流量，對(duì)吸附劑進(jìn)行再生。

PSA變壓吸附技術(shù)應(yīng)用于焦?fàn)t煤氣凈化系統(tǒng)中，運(yùn)行一段時(shí)間后，凈化精制的煤氣能滿足技術(shù)指標(biāo)要求，保證了常化熱處理生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)運(yùn)行，該精制凈化裝置系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）工藝流程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，適應(yīng)雜質(zhì)變化的能力強(qiáng)，瞬時(shí)雜質(zhì)含量升高時(shí)，裝置仍然可以達(dá)到預(yù)定指標(biāo)。

2）系統(tǒng)為全密閉系統(tǒng)，沒(méi)有三廢排放，解決了現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境污染和廢水排放與處理的問(wèn)題。

3）吸附塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常有利于更換吸附劑和脫硫劑，焦?fàn)t煤氣首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理，再進(jìn)入脫硫和吸附，這樣吸附劑不會(huì)被焦油粘結(jié)，脫硫劑不會(huì)被煤氣的水分板結(jié)，可以非常輕松的更換吸附劑和脫硫劑。

4）塔內(nèi)復(fù)合或者混合床裝填技術(shù)，既保證了精制裝置指標(biāo)，又降低了關(guān)鍵設(shè)備被堵塞的可能性。

5）選擇全自動(dòng)控制的程控蝶閥控制切換方法，閥啟閉靈活可靠，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)碟閥的流通面積大，使得氣體流通阻力減小。

6）重要工段均設(shè)計(jì)有備用塔，當(dāng)故障時(shí)，可切除一個(gè)塔繼續(xù)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)裝置的在線檢修，提高了該凈化裝置的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)中板廠?；療崽幚頎t設(shè)計(jì)用氣量及指標(biāo)要求，采用了電捕焦、脫硫＋PSA精制工藝的方法凈化焦?fàn)t煤氣，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明凈化裝置系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境好，產(chǎn)品氣體質(zhì)量有保證，設(shè)備運(yùn)行能耗低，操作簡(jiǎn)單可靠，為企業(yè)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。