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鄭州博威機械對窯爐煤氣濕法脫硫的技術探討
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窯爐煤氣也稱為燃爐煤氣,其生產過程主要通過煤的氣化工藝加工而成,由于其生產和使用成本比重油、輕油、天然氣、液化石油氣等低,再加上目前兩段式煤氣發生爐技術的日臻完善,有效地穩定了后段的焙燒工藝,因此被廣泛應用于鋼鐵、鑄造、玻璃、陶瓷、石灰、水泥等行業。

1 窯爐煤氣發展前景概述

從氣化工藝分依次出現單段爐熱煤氣、單段爐冷煤氣、兩段爐熱煤氣和兩段爐冷煤氣技術。

窯爐煤氣生產所用的原料主要是煙煤、褐煤和蘭炭等,但無論什么煤種,煤氣中都會含有H2S氣體(含量范圍在0.5-6g/Nm3),對SO2氣體排放要求的進一步嚴格,窯爐煤氣濕法脫硫工藝便應運而生。

2 工藝流程

兩段式煤氣發生爐產生的煤氣分為上段煤氣和下段煤氣,上段煤氣經電捕焦除焦油后到間冷器;下段煤氣經除塵器除塵、酚水蒸發器換熱、風冷器自然降溫后與上段煤氣在間冷器混合,上下段煤氣在間冷器混合后利用循環冷卻水間接降溫并分離出酚水,煤氣經降溫后再經過電捕輕除去煤氣中的輕油,再經過風機加壓后送至脫硫系統。

經風機加壓后的煤氣,在管道輸送過程中,經管道除焦器除焦后,進入洗滌塔,在洗滌塔內,用間冷器分離下來的酚水降溫、洗滌煤氣,除去煤氣中夾帶的焦油霧、粉塵等雜質。工藝流程簡圖見圖1。

經除塵、降溫、除焦油后的煤氣,從脫硫塔底部進入脫硫塔,與從脫硫塔頂部噴淋下來的脫硫液逆流接觸,利用脫硫液中的吸收劑脫出煤氣中的H2S氣體(根據工藝要求可設置一級、二級或三級脫硫塔),凈化后的煤氣送至下工段使用。

吸收H2S后的脫硫液(此時稱為富液)從脫硫塔底部排出后,進入富液槽,再由富液泵升壓,經噴射器后進入再生槽,在再生槽內進行硫泡沫的浮選和脫硫催化劑的氧化再生,再生后的脫硫液(此時稱為貧液),經液位調節器進入貧液槽,再經貧液泵進入脫硫塔循環使用。

在再生槽浮選出的硫泡沫經泡沫高位槽和泡沫泵進入過濾機,過濾后的清液返回脫硫系統繼續使用,濾餅進熔硫釜加工成硫磺銷售或直接銷售濾餅。工藝流程簡圖見圖2。

窯爐煤氣脫硫在生產管理方面應注意以下幾點:

(1)脫硫前氣體的預處理

焦油、粉塵含量高,溫度高是窯爐煤氣的三大特點,也是影響脫硫工藝的主要因素。其主要危害是:①影響硫泡沫的聚合和浮選,嚴重造成堵塔;②影響催化劑的再生,增加凈化材料的消耗;③副鹽增長速率加快,影響溶液質量和脫硫效率。

焦油作為窯爐煤氣生產的副產物,其經濟效益也不容忽視,焦油產量一般占用煤的4-6%。主要與所用煤種和氣化溫度有關。除焦、除塵的設備主要有:電捕焦、洗滌塔和管道除焦器,所以作為管理人員在生產過程中應關注電捕焦的電壓、洗氣塔的水量及管道除焦器的運行情況等,確保達到良好的除焦除塵效果。

(2)脫硫單元

脫出煤氣中H2S,保證出口H2S合格,是脫硫的根本目標,也就是說在保證安全的前提下,提高脫硫效率和氣體凈化度是脫硫單元的首要任務。

本單元易出現的問題主要有:①脫硫效率不高;②脫硫塔運行周期短(堵塔)。

影響脫硫效率和脫硫塔運行周期的主要因素有:①設計工藝條件的選擇(循環量、氣體流速、溫度);②設備配置情況;③內件的安裝質量;④脫硫液成份的控制;⑤操作管理(堿液制備、催化劑添加);⑥生產過程的控制(硫泡沫的浮選、循環量、溫度、壓力、設備運行狀況等)。

(3)再生單元

濕法脫硫的再生工藝分噴射再生和高塔再生,對于窯爐煤氣脫硫大部分企業都采用塔噴射再生工藝,噴射再生的關鍵設備是噴射器。

噴射器選型和使用效果的好壞直接影響到吸氣量、催化劑的再生和硫泡沫的浮選。

為了降低副鹽的生成速率,在脫硫液進噴射器前設置富液槽,富液槽的設置主要是為了降低富液中的HS-含量,降低副鹽的增長速率,這就需要在脫硫液進再生槽前有足夠的停留時間,滿足催化劑氧化HS-的反應,從副鹽增長角度看,富液槽越大越好,但富液槽大也有弊端:a.占地面積大,設備投資大;b.富液停留時間長,易形成硫泥沉積在底部,硫回收率降低;

(4)硫回收單元

硫回收率是判斷脫硫系統運行是否正常的一個重要指標。影響硫回收率的因素很多,主要有:①清液夾帶;②塔內填料積硫;③各槽積硫;③副鹽生成等。

硫回收主要有間歇熔硫工藝和連續熔硫工藝,有的企業設置硫泡沫過濾配套間歇熔硫工藝是不錯的選擇,不但節約熔硫蒸汽,還避免了高溫熔硫對脫硫液的破壞,降低副鹽生成速率。

過濾機配套間歇熔硫的工藝流程簡圖見圖3。

(5)副鹽提取單元

副鹽的生成是伴隨脫硫過程進行的,盡管我們可以通過選用的催化劑、優化設備配置和工藝管理可以降低副鹽的生成速率,但副鹽的累計增加是不可避免的,當副鹽累積到一定程度就會影響脫硫工藝,所以必須對脫硫液進行排液置換或提鹽處理。

副鹽對脫硫的影響:①影響脫硫效率;②影響硫泡沫的聚合和浮選;③增加凈化材料的消耗;④增加設備腐蝕。

3 幾點建議

3.1 窯爐煤氣濕法脫硫目前一個比較突出特點是:現場氣味大,這些氣味主要來自洗氣塔的洗滌水池、再生槽頂部、貧、富液池頂部、酚水池、焦油池、地下池等。建議:

①對循環洗滌水的冷卻由涼水塔風冷改為換熱器間冷。

②對焦油池、酚水池、洗滌水池、貧富液槽、地下槽等要封閉設計,并在頂部開孔將揮發的氣體集中回收,作為氣化劑經風機進煤氣發生爐燃燒。

③洗氣塔的洗滌水要定期置換(送焦油池處理或進焚燒爐)

3.2 酚水較多,處理難度大。酚水量主要與煤中水分有關,一般占用煤量的5%左右。對于一個70000Nm3/h煤氣站,每天酚水量約為30m3左右?,F在有的企業對10-20%酚水進行焚燒處理,剩余的部分酚水進行換熱、氣化處理,但仍有部分酚水過剩需要處理。酚水處理成本高,難度大是本行業污水處理的焦點問題,所以企業迫切需要投資少、運行費用低酚水處理技術。建議:

①大多數酚水是從間冷器冷凝生產,含焦油、粉塵等雜質較多,所以必須先對酚水進行沉降處理,頂部浮選出的焦油回焦油池,底部的粉塵等定期清理。

②處理后酚水經過濾后,進換熱器與發生爐下段的煤氣進行換熱產生蒸汽。產生的蒸汽經分離水分后與空氣一起作為氣化劑進發生爐。

③脫硫洗氣塔的洗滌水也含酚類物質,這部分水好能做到簡單處理循環使用,以不影響脫硫工藝為目標,以達到熱量平衡和水平衡。

4 結語

盡管目前窯爐煤氣濕法脫硫已取得了一定成績,但是還有許多問題需要我們去解決,只要大家共同努力,獻計獻策,積極探索和研究新技術、新工藝、新設備,持續優化設備配置和工藝條件,會隨著脫硫技術的進步、設計管理及操作經驗的豐富會進一步得到完善和提高。

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