基于微晶吸附工艺的焦炉煤气深度脱硫脱萘一体化技术

叶青保

（铜陵泰富特种材料有限公司，安徽 铜陵 244010）

焦炉煤气是煤料在焦炉炭化室内高温干馏产生的可燃性气体,其成分比较复杂，有效成分主要有氢气、甲烷、乙烷等可燃性气体，还有少量的焦油、苯、萘、硫化氢等副产化学产品[1]。这些副产品含量虽然少，但产生的危害却不容忽视，如硫化氢及其他硫化物会腐蚀设备；
氨水腐蚀管道，后续生成的铵盐会继续堵塞管道；
萘会低温析出固体结晶，影响煤气管道和设备的正常运行[2]。这些都需要对焦炉煤气进行净化处理，对此也发展了相应技术。总的来说这些方法可以概括为湿法和干法两类。

铜陵泰富湿法脱硫工艺目前已经由一级HPF脱硫工艺升级至二级HPF脱硫工艺，铜陵泰富动力分厂干法净化传统方法是氧化铁粗脱硫、活性炭脱萘脱苯综合使用，在实际使用中发现存在吸附效果一般、脱除剂寿命短等诸多问题,后期采用微晶吸附工艺，具有焦炉煤气净化脱除效率显著提高，吸附剂可多次重复使用，劳动成本大大减轻等优点。

随着国家对企业排放的进一步要求，高效率脱除方法应用迫在眉睫。其中各种硫化物、萘净化效果尤为重要，铜陵泰富动力分厂对此原采用传统净化工艺，主要是采用以氧化铁脱硫，活性炭脱萘及脱苯的煤气深度净化方法，下面对此净化方法及工艺作一简单介绍：

1.1 氧化铁干法脱硫

氧化铁脱硫剂是由以活性氧化铁为有效成分然后添加碱性物质、黏结剂、助催化剂、造孔剂等少量的添加剂制备而成。添加剂能够在多个方面改善氧化铁脱硫剂的物化特性，如：分散状态、化学结构、化学组成、离子价态、表面酸碱度、表面结构、孔结构、机械强度等，从而提高氧化铁脱硫剂的寿命、活性及选择性等性能[3]。值得注意的是，氧化铁的有机硫脱除效果比较差，需要搭配其他脱除方法共同使用，这无疑进一步增加了生产成本。

1.2 活性炭吸附脱萘脱苯

活性炭是一种同时兼具吸附和催化功能的相对比表面积非常高的黑色固体，通常应用于各种吸附场所。但是随着吸附不断进行，活性炭内部空隙不断减少，脱硫效果会大打折扣，因此存在着运行周期短，失效快等问题，这些制约着活性炭在焦炉煤气干法净化的大规模使用[4]。

1.3 焦炉煤气深度净化工艺流程

在应用微晶吸附工艺前焦炉煤气深度净化工艺采用氧化铁脱硫，活性炭脱萘及脱苯工艺，煤气先后经过脱硫塔、脱萘塔、脱苯塔进行净化，当脱萘塔和脱苯塔吸附饱和后从净化后煤气管线引出一路4 000 m3/h的净化煤气逐一再生脱苯塔，经过脱苯塔解析后的富含苯的解析气在经过蒸汽加热器加热至150℃后进入到脱萘塔对于已吸附饱和的脱萘塔再进行再生，再生后富含苯和萘的再生解析气进入冷鼓工段的初冷器前混入煤气中一并进行处理。

1.4 原脱萘塔及部分塔内件存在的问题

在项目改造验证阶段还发现了煤气净化系统存在核心环节违背化工设计常识问题：脱萘塔高径比不合理和塔内没有气体分布器。当采用高径比小的吸附塔时，由于边壁效应、沟流现象、死空间体积增大、塔内气体停留时间短吸附不充分等原因，会影响吸附效率。

脱萘塔存在的上述两个问题，对焦炉煤气脱萘、脱硫、脱焦油均有所影响，且会显著降低苯的脱除效果。

2.1 采用微晶吸附工艺后的煤气深度净化工艺

在应用微晶吸附工艺后，焦炉煤气深度净化工艺中不再采用脱硫塔及脱苯塔，只采用4台脱萘塔作为脱硫、脱萘、脱苯一体塔，4 000 m3/h净化后煤气经再生风机加压后直接进入蒸汽加热器加热至200~220℃后进行一体塔中进行再生，将再生出的富含硫化氢、有机硫、萘、苯的解析气送至化产分厂脱硫前预冷塔再进行循环处理。吸附剂再生完成后，切换至加热器旁通，对吸附塔内进行降温，待塔内温度降至80℃以内时，即可切换下一个煤气净化塔进行再生，如此循环。

以微晶材料作为吸附剂一次性在脱萘塔内可有效脱除焦炉煤气中含有的硫化氢、苯、萘等有害杂质。采用微晶吸附新工艺后因净化效率提高，直接减少了8个塔的运行，煤气净化塔就剩下以前的脱萘塔4座，显著降低了设备运行能耗，其中3用1备，即正常生产时3个塔运行，1个塔采用净化后的焦炉煤气加热后进行再生作业，如此循环。有效解决了如上述煤气压缩机运行的安全稳定以及实现了燃机二氧化硫排放指标达到超低排放标准的要求等问题，也摆脱了传统脱硫、脱萘剂运行周期短，失效快等桎梏。

2.2 对原脱萘塔的部分塔内件进行改造

考虑到之前设备存在缺陷，项目改造过程中也需要加以改进。煤气净化塔内煤气进口管道加装气体分布器，即通过采用一种吸附塔的气体分布器[5]，气体分布器包括进料管、预分布器、气体分布管，预分布器一端连接进料管，另一端深入吸附塔的内部，预分布器包括环形间隙和中间出气管，中间出气管靠近吸附塔直径处开有圆孔，气体分布管连接在预分布器上，和环形间隙贯通；
气体分布管上包含圆形开孔的技术方案，有效地解决现有技术中存在的吸附剂床层气体分布不均匀，吸附效果差的技术问题。

3.1 微晶吸附工艺使用效果

1）新更换微晶吸附剂后可吸附掉煤气中的部分有机硫成分及绝大部分无机硫成分，使焦炉煤气经燃气轮机燃烧后产生的二氧化硫排放量降低，目前二氧化硫排放质量浓度维持在10 mg/m3以下，远低于超低排放要求。

2）与行业内同类型CCPP机组相比较，圆满解决了煤压机经常堵管停机问题，目前未发生堵管停机现象；
解决了脱萘塔排污管道及再生系统管道经常堵塞问题，解决了经常堵塞现象，目前未发生相关管道堵塞情况。

3）脱硫、脱苯、脱萘、脱焦油、脱氢氰酸、脱氨气在四个脱萘塔中进行，脱硫塔和脱苯塔可废弃不用，脱硫塔和脱苯塔中的吸附剂以后不再需更换甚至可以部分扒除。

4）以前的12台吸附塔连续运行，经吸附剂更换后，变成4个脱萘塔运行，可减少8个塔运行，能耗降低，煤气阻力由6~8 kPa降至2~3 kPa；
4个脱萘塔运行，塔的阻力降低，进入煤压机的气体压力变高，煤压机压缩气体体积变小，功率降低，节约了煤压机用电消耗；
以前每次需同时再生脱苯塔和脱萘塔，现在改为只再生脱萘塔，再生风机的出口压力变小，功率降低，降低了能耗。

5）因为脱苯塔不再起使用，每次不用再生脱苯塔，节约1台换热器，节约1台冷却器，降低了蒸汽消耗和冷却水消耗；
以前每个塔的再生周期为7 d，现在改为每个塔再生周期3 d，节约了电能和蒸汽消耗。

6）解决了再生风机经常因为超负荷停机问题，吸附剂更换后未发生过风机超压停机现象。

7）以前吸附剂1年左右更换一次，现在吸附剂改为5年左右更换一次，节约了运行成本；
同时吸附剂到更换周期后可进行返厂处理，无固废处理问题。

8）目前仅4个脱萘塔运行，大大降低了工人的劳动强度及检修操作难度。

3.2 微晶吸附工艺使用中存在的问题

1）微晶吸附剂使用寿命的后期，一般是在第4年以后，吸附塔阻力有一定的上升，即从2~3 kPa上升至2.5~4.0 kPa，需要加强再生操作，同时也可以在设计初期增加系统处理能力的富余量，如3开1备的模式可以改为3开1备1再生或4开1备的模式，以确保再生完全，减少系统中杂质的累积。

2）微晶吸附剂对煤气中苯的脱除效果不佳，如需脱苯，可以在工艺上进行变更，如采用冷凝吸附等工艺方法等。

1）微晶吸附剂吸附效果比传统氧化铁脱硫、活性炭脱硫脱萘要好、使用设备较少且具有使用周期长、运行成本低、能耗低、系统故障率低、系统适应性强、自动化程度高等优点，有利于连续生产，增加了经济效益，减少了碳排放。

2）在1座塔内集成了脱焦油、脱硫、脱萘等微晶材料，通过并联运行，简化了工艺，同时也确保了二氧化硫排放达到超低排放标准，且无固废处理问题，具有良好的行业推广前景。

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