焦炉煤气净化技术现状VIP

焦炉煤气净化技术现状焦炉煤气净化技术现状 在2004年国家公布的 焦化准入条件 中 明确规定新建或改造焦炉要同 步配套建设煤气净化设施 至2006年底 经国家发改委核准的厂家仅108家 这 些家的产能之合仅占当年焦炭总产能的30 左右 还有大量企业未被核准 其 主要原因之一就是煤气净化设施配套不完善 煤气净化设施主要包括冷凝鼓风 装置 脱硫脱氰装置 氨回收装置及苯回收装置 所谓配套不完善 是指缺某 个或某些装置 特别是缺脱硫脱氰装置 主流工艺技术 我国焦炉煤气净化工艺通过不断引进国外先进技术和创新发展 已经步入 世界先进行列 煤气净化工艺已基本涵盖了当今世界上较为先进的各种工艺流 程 目前 年产焦炭100万 t 以上的大型焦化厂全部设有煤气净化系统 对来自炼焦 炉的荒煤气进行净化处理 脱除其中的硫化氢 氰化氢 氨 焦油及萘等各种 杂质 使之达到国家或行业标准 供给工业或民用用户使用 同时 对化工副 产品进行回收利用 煤气净化工艺采用的主要技术包括 焦炉煤气的冷凝冷却及排送 焦油氨 水分离 焦油 萘 硫化氢 氰化氢 氨等杂质的脱除以及粗苯的回收等 焦炉煤气的冷凝冷却 焦炉煤气的冷凝冷却 即初步冷却 普遍采用了高效横管间冷工艺 其特 点是 煤气冷却效率高 除萘效果好 当煤气温度冷却至20 22 煤气出口 含萘可降至0 5g m3 不需另设脱萘装置即可满足后续工艺操作需要 高效横管间冷工艺通常分为二段式或三段式初冷工艺 当上段采用循环冷 却水 下段采用低温冷却水对煤气进行冷却时 称为二段式初冷工艺 为回收 利用荒煤气的 余热 通常在初冷器上部设置余热回收段 即构成三段初冷工艺 采用三段初冷工艺 回收的热量用作冬季采暖或其它工艺装置所需的热源 不 仅可以回收利用荒煤 气的余热 同时也可节省大量循环冷却水 节能效果显著 应大力倡导采用 除上述普遍采用的横管间冷工艺外 焦炉煤气的冷凝冷却也可采取先间冷 后直冷的 间直冷工艺 对焦炉煤气进行冷却 间直冷工艺的优点在于煤气在通 过直冷塔 冷却的同时 可对煤气中夹带的煤粉进行洗涤 净化 使去后续装置 的煤气更加洁净 缺点是工艺流程较长 运行费用高 脱萘效果差 一般需单 独设置后续脱萘装 置 焦炉煤气的排送 焦炉煤气的排送由煤气鼓风机完成 从焦炉来的荒煤气经初冷工艺冷凝冷 却后 通常经电捕焦油器 当电捕设在负压侧 进入煤气鼓风机 由煤气鼓风 机加压后 送至后续装置 目前 国内焦化厂煤气鼓风机较多采用电动离心式煤气鼓风机 其流量调 节通常采用液力偶合器调速 电机变频调速或鼓风机前导向技术完成 上述三种煤气鼓风机流量调节技术均可根据煤气输送负荷的变化 对煤气 流量进行自动调节 降低鼓风机的电能消耗 降低运行费用 其中 变频技术 由于技术成熟 节能效果显著 在工业生产中应用广泛 因此值得广泛采用 除电动煤气鼓风机外 蒸汽透平驱动的煤气鼓风机在国内外煤气排送工艺 中也常采用 由于同电动鼓风机相比 汽动鼓风机具有能源利用率更高 更加 节能的特点 因此 从节能角度出发 在蒸汽条件允许的情况下 应优先采用 汽动鼓风机 而将电动鼓风机置为备用 焦油氨水的分离 焦油氨水的分离采用 混合分离工艺 即从焦炉吸煤气管道气液分离器下来的 焦油氨水混合液与初冷器下来的煤气冷凝液混合后 进入焦油氨水分离器内进 行分离的工艺 目前 普遍采用的焦油氨水分离工艺有 卧式槽分离工艺 及 立 式槽分离工艺 两种 卧式分离工艺 即传统采用的机械化氨水澄清槽式分离工艺 立式分离工艺 即焦油氨水混合物首先经机械刮渣槽分出颗粒较大的焦油渣 然后进入立式焦 油氨水分离槽内进行焦油氨水分离的工艺 生产实践表明 上述两种分离工艺 均能达到工艺分离要求 同卧式分离工艺相比 立式分离工艺中焦油氨水的分离效果要更好一些 同时 焦油氨水分离槽采用夹层式设计结构 分出的热氨水直接进入外层作为内层焦 油保温所需的热介质 节省了由传统蒸汽保温所造成的热能消耗 因此在生产 中受到欢迎 采用较多 值得注意的是 在近年从德国引进的焦油氨水分离工艺中 在立式分离工艺之 前采用了 焦油渣预破碎工艺 之后 采用了超级离心机脱除焦油中的焦油渣 及进一 步脱水工艺 改进后的立式分离工艺的最大特点是取消了分离过程中的 焦油渣刮出工艺 将焦油氨水分离过程置于密闭状态下进行 从而减少了氨等 有害物质向大气 中的挥发 同改进前的工艺相比 具有较好的环保效果 目前 该工艺已在我国开始采用 但部分关键设备如焦油渣破碎泵尚需从国外引进或 有待国产化 4 1 1 2 4 煤气中焦油雾的脱除 煤气中焦油雾的脱除采用电捕焦油器工艺完成 通常 采用该工艺可将煤气中 的焦油含量脱除到20mg m3以下 电捕焦油器通常设置在煤气鼓风机前 以防止煤气经鼓风机升温后煤气焦油中 的萘挥发至煤气中 而使煤气中萘含量升高 如果设有单独后续脱萘装置 则 电捕焦油器也可设置在煤气鼓风机后 电捕焦油器沉淀极所采用的结构形式通常有管式及蜂窝式两种 由于蜂窝式结 构形式排列紧凑 设备截面利用效率高 因而成为高效电捕焦油器所采用的沉 淀极的主 要结构形式 现已得到普遍采用 此外 恒流电源新技术已取代了传 统的硅整流器技术 被应用于电捕焦油器电源中 保证了电捕焦油器电流操作 性能的稳定 生产实践表明 为有效脱除煤气中焦油雾 应保证电捕焦油器的长期 高效 稳定运行 而日常的操作及维护是关键 此外 保证电捕焦油器长期 高效稳 定运行也是保证后续其它净化工艺高效 稳定运行的基础 4 1 1 2 5 焦炉煤气脱硫脱氰 目前 在我国大 中型焦化厂中均设有焦炉煤气脱硫 脱氰装置 以使净化后 的煤气中的硫化氢 氰化氢含量符合国家环保标准和各类用户的要求 通常采用的脱硫方法有 AS 法 真空碳酸盐法 乙醇胺法等吸收法脱硫工艺 以及 HPF 法 FRC 法 ADA 法 等氧化法脱硫工艺 AS 法 真空碳酸盐法 乙醇胺法等吸收法脱硫工艺 通常可将煤气中的硫化氢 脱至200 500mg m3 脱硫富液经解吸再生 产生出含有硫化氢 氰化氢 的酸 性气体 该酸性气体可采用接触法制取硫酸或采用克劳斯法制取硫磺 吸收法 脱硫工艺的特点是 无废液或废液量很少 酸汽后处理工艺相对简单 可靠 但其 脱硫效果往往使其应用受到限制 如采用 AS 法脱硫工艺通常可将煤气中 的硫化氢含量脱至500mg m3 目前已不能满足我国焦化行业脱硫标准硫化氢含 量 300mg m3的要求 因此 吸收法脱硫工艺在脱硫效率方面尚有待于改进提 高 湿式氧化法脱硫工艺 脱硫脱氰效率高 通常可将煤气中的硫化氢 氰化氢脱 至100mg m3以下 富液经氧化再生 生成单质硫及硫化物盐类 对采用以氨为 碱源的湿式氧化法脱硫工艺 如 FRC 法 HPF 法等 可采用废液焚烧工艺对 生成的单质硫及硫化物盐类进行焚烧处理 制取硫酸 对采用以钠为碱源的湿 式氧 化法脱硫工艺 如 ADA 法等 对生成的单质硫可经熔硫后外销 或将过 滤出的硫膏直接外销 废液则采用提盐或还原热解工艺加以处理 在上述两大类焦炉煤气脱硫工艺中 目前较为广泛采用的是 HPF 湿式氧化法脱 硫工艺和真空碳酸钾吸收法脱硫工艺 HPF 湿式氧化法脱硫工艺是我国焦化行业自己研制开发的具有完全自主知识产 权的脱硫工艺 该工艺以焦炉煤气自身含有的氨为碱源 HPF 为催化剂 具有 脱 硫 脱氰效率高 脱硫可达98 脱氰可达80 投资省 运行成本低 易于操作等优点 因而在行业内应用广泛 具有较好的发展前景 但该脱硫工 艺目前 尚不够完善 存在的问题主要是 1 脱硫过程中产生的 NH4SCN 和 NH4 2S2O3等副盐类缺乏有效的处理工艺 如盐类废液兑入炼焦配煤工艺 及提 盐工艺等在工艺 环保及产品销路方面均存不同程度的问题 当脱硫液 中盐类浓度积累较高时 严重影响脱硫效率 废液外排又会造成环境污染 2 生成的 单质硫纯度低 质量差 销售困难 以上两点制约了 HPF 法脱硫 工艺的应用及发展 目前 中冶焦耐工程技术有限公司正在研制开发将盐类废 液及低品质硫磺焚烧 制酸工艺 如该工艺研制开发成功 可从根本上解决 HPF 法脱硫工艺存在的上述两大问题 不仅能使 HPF 法脱硫工艺得以完善 而且产 品硫酸可用做焦化厂硫铵 装置生产硫酸铵的原料 具有资源循环利用及环保的 双重意义 经济效益及社会效益显著 国产化真空碳酸钾法脱硫工艺是近年中冶焦耐工程技术有限公司在消化 吸收 国外引进真空碳酸盐法脱硫工艺技术的基础上 开发的具有完全自主知识产权 的脱硫新 工艺 该工艺的特点是 与煤气初冷工艺结合 直接高效利用荒煤气 余热用于富液解吸 吸收和解吸采用两段法 以提高脱硫效率 塔后硫化氢可 脱至 200mg m3或更低 此外 由于真空碳酸钾法脱硫工艺配置在煤气净化工 艺流程的最末端 脱硫液再生后产生的硫化氢酸汽浓度高 杂质少 可采用湿 式或干 式接触法工艺制取98 硫酸 用做焦化厂硫铵装置生产硫酸铵的原料或 外销 也可采用克劳斯工艺制取元素硫 其纯度可达99 以上 目前 宝钢梅 山焦化 攀 钢 重钢 鞍钢等大型焦化厂的煤气脱硫脱氰装置均采用了该种工 艺 4 1 1 2 6 焦炉煤气脱氨 焦炉煤气通常采用水洗 硫酸或磷铵溶液洗涤吸收等方法脱除煤气中的氨 使 之含氨符合国家环保标准和各类用户的要求 同时 以产品硫铵 无水氨等形 式回收 氨 或采用氨分解的方法回收低热值尾气 这些功能分别由半直接法或 间接法硫铵装置 冷法或热法无水氨 PHOSAM 法 装置 水洗氨 蒸氨氨分 解等装置完 成 通常 采用上述煤气脱氨工艺可将煤气中的氨脱至100mg m3 以下 目前 在我国大中型焦化厂中普遍采用的煤气脱氨工艺是半直接法喷淋饱和器 硫铵工艺 该法以硫酸作为吸收剂 在喷淋饱和器内对煤气中的氨进行吸收 生成硫酸 铵 同其它半直接法硫铵工艺相比 喷淋饱和器法硫铵工艺具有如下 特点 1 集吸收 结晶及酸雾捕集功能于一体 全部集中在喷淋饱和器一个 设备内完成 工艺流程短 投资及占地省 2 脱氨效率高 通常可将焦炉 煤气中的氨脱至0 05g m3以下 3 煤气系统阻力小 鼓风机能耗低 4 操作简单 运行及维护费用低 5 硫酸铵产品质量好 颜色白 颗粒大 可 作为化肥和其它化工原 料 市场需求广泛 产品畅销 因此 该工艺是具有节 能及循环经济特性的技术 经济性较好的焦炉煤气脱氨工艺之一 在煤气脱氨 工艺值得广泛采用 4 1 1 2 7 焦炉煤气脱苯 焦炉煤气脱苯通常采用洗油吸收工艺完成 并经蒸馏工艺最终以粗苯或轻苯产 品加以回收 所用吸收剂一般为焦油洗油 上述功能分别由终冷洗苯装置和粗 苯蒸馏装置完成 在终冷洗苯装置 为保证苯的吸收效率 通常在洗苯操作前需通过终冷工艺将 煤气温度冷却至洗苯操作所需的适宜温度 煤气终冷工艺可采用间冷或直冷工 艺 比较 而言 间冷工艺操作费用较低 但对煤气的净化效果较差 容易造成 间冷设备及后续装置腐蚀 生产中须考虑设备设置备品或提高材质 直冷工艺 对煤气的净化效果 较好 可避免上述间冷工艺操作中的缺欠 但电能消耗较高 终冷后的煤气进入装有填料的洗苯塔 完成对煤气中苯的吸收 其吸收效率主 要取决于吸收温度 吸收 过程所需的传质面积 洗油质量 喷淋密度以及塔内 气液再分布状况 其中 高效填料的采用可较大程度的降低洗苯操作的一次投 资及操作费用 目前 采用较多的 高效洗苯填料有塑料花环填料 轻瓷填料以 及不锈钢波纹板填料 通常 采用上述工艺对焦炉煤气进行脱苯后 煤气中含 苯一般可达2 4g m3 粗苯蒸馏装置的功能在于对洗苯后的富油进行再生 产生洗苯操作所需的合格 贫油及粗苯或轻苯产品 目前 国内已采用的工艺技术有 单塔蒸馏制取粗苯 兼制取 低萘贫油 工艺技术 单塔蒸馏制取轻苯工艺技术以及双塔蒸馏制取 轻苯工艺技术 其中 采用较多的为单塔蒸馏制取粗苯工艺技术及单塔蒸馏制 取轻苯工艺技术 4 1 1 2 8 焦炉煤气脱萘 焦炉煤气脱萘技术值得重视 由于萘具有升华性质 当煤气温度降到萘的露点 以下时 煤气中的萘就会析出 堵塞设备及管道 严重影响设备生产能力和管 道输送能力 此外 萘是较贵重的化学品 对其进行回收有利于增加经济效益 目前 普遍采用的焦炉煤气脱萘工艺是在初冷工艺中采用高效横管初冷器 配 合焦油氨水乳化液 即轻质焦油 喷洒洗萘工艺 该工艺的特点是 煤气脱萘 效率高 当初冷器煤气出口温度冷却至20 22 时 煤气出口含萘可降至 0 5g m3以下 不需另设脱萘装置即可满足后续工艺操作需要 其工艺要点在于 向初冷器 上 下冷却段内连续 均匀喷洒一定量的新鲜的焦油氨水乳化液 即 轻质焦油 以保证在冷却过程中 对器内积萘及煤气中的萘进行洗涤吸收 当煤气初冷出口温度控制在25 以上时 初冷出口煤气含萘较高 则在煤气鼓 风机后需设置煤气净化中间过程的脱萘工艺 以确保后续煤气净化装置在操作 中不受 影响 为此 通常采用油洗萘工艺对煤气中的萘作进一步的脱除 所用 洗油一般采用洗苯后富油 吸收萘后的富油送粗苯蒸馏装置再生 采用该种工 艺通常可将煤气 含萘量脱至0 35 0 42g m3 但粗苯蒸馏装置需设有脱水提取 萘油和降低贫油含萘措施 操作较为复杂 工艺上尚有待改进 焦炉煤气在洗苯的同时进行洗萘的技术值得重视 目前 国内外先进水平是洗 苯塔后煤气含萘0 2g m3 决定洗苯过程洗萘效率的关键因素是贫油中萘的含量 贫油中萘的含量越低 塔后煤气中含萘就越低