高硫焦炉煤气湿法脱硫工艺新改进

高硫焦炉煤气湿法脱硫工艺新改进

采用传统PDS法脱硫工艺在用于脱除高硫焦炉煤气中的硫化氢、氰化氢时, 存在着硫泡分离困难、脱硫塔填料易堵塞、硫泡难脱水等问题, 影响了系统的正常运行。针对焦炉煤气硫化氢含量高达15g/ m3 、当地电网停电频繁、生产规模较小、现有脱硫干箱单质硫多易起火、部分设备材料陈旧等具体情况, 研究出新的工艺改进方案。由于该项目是续建工程, 原设计为传统PDS 法高塔脱硫工艺,主要设备基础已经建成, 塔圈已经进场, 粗苯等装置已经运行,建设资金有限。因此, 只能在传统PDS法脱硫工艺框架下优化设计。经过反复研究,在富液再生塔、硫泡分离槽、脱硫液事故槽、硫泡过滤机、真空泵等方面作了大胆而有效的改进。

　　1 下放硫泡槽, 提高分离效率

　　尽管有研究认为, 适量的硫磺微粒有利于吸收反应 , 但在传统再生塔顶环形硫泡槽中, 很难控制到适量, 若工艺参数控制不当,脱硫贫液中往往会夹带大量硫泡进入脱硫塔, 造成脱硫塔填料堵塞。重钢焦化厂的脱硫塔投产不到半年, 进出口塔压差急剧攀升, 堵塔明显。虽然有观点认为是填料选型不当, 而硫泡夹带量大是诸多因素之一。尽管环形硫泡槽的内筒面积一般设计为塔体面积的115倍, 且已无宏观贫液上升流速, 但由于此时的尾气压力接近大气压, 体积膨胀, 气流上升速度加快, 对贫液的搅拌强度有增无减, 液固分离效果较差。研究中把提高硫泡分离效率作为首要问题, 提出下放环形硫泡槽。把分离槽下放后, 在地面建一座混凝土矩形硫泡分离槽(11 m ×5 m ×4 m) , 有效分离深度为215m , 保护高度014 m , 事故液深度111 m。槽前112 m 段作为接收贫液和气液分离段, 槽中310 m 段作为辅助曝气分离段, 后618m段作为静置分离段。槽中段在发生再生氧化不良和硫泡颗粒过大难以上浮时补充曝气, 否则不曝气,而与后部一起静置分离。从而实现扩大硫泡槽、提高硫泡分离效果、减少贫液中单质硫夹带量。

　　硫泡槽下放后, 再生塔高度由原设计的32 m降到1415m,比25 m 高的脱硫塔还低1015 m。将传统再生塔高、脱硫塔低的对比关系颠倒过来。再生塔塔顶气、液、固三相由高塔工艺的一次分离,变为先气- 液固一次分离, 再液- 固二次分离, 有利于提高液固分离效率,减弱堵塔因素。实际运行中, 分离槽后的贫液清澈透明, 含单质硫少。

　　2 分离槽与事故槽合并

　　传统湿法脱硫脱氰工艺设计中, 在主流程外设有专用事故槽, 用于开工时制备脱硫溶液和事故时储存溶液(1 台再生塔的总容积)。这种方式有利于系统检修, 但事故时进液和恢复生产回抽溶液 时, 操作时间都比较长, 且操作麻烦。该厂所在地区电网因雷击经常突然停电, 将导致事故开停工频繁。为了克服这一难题, 设计中突破常规, 在分离槽上方留出72m3的事故容量, 当发生停产检修或突然停电等事故时, 再生塔和脱硫塔内的脱硫液可自流入分离槽。加上该槽设有的回流管, 只要启动贫、富液泵即可在1 min 内完成溶液循环, 恢复正常生产。而且对贫、富液泵没有启动顺序和间隔时

　　间的严格操作要求, 减轻了工人操作强度和发生误操作的可能性, 减少了工艺环节、储罐和占地面积, 提高了系统事故处理速度。

　　3 　采用喷射真空泵, 二次氧化兼节能

　　为确保下放分离槽, 降低再生塔后的氧化再生效果, 在再生塔后接喷射真空泵, 相当于代替槽式工艺中的喷射器, 不仅能够再次将空气吸入富液, 而且还能够兼作带式真空过滤机(以下简称带式过滤机) 的真空泵, 省下2 台30 kW 的SZ - 3型水环式真空泵及其一台运行电耗。

　　根据喷射泵的设计参数和对再生塔氧化过程分析, 塔顶工作压力设计在0105～0110MPa , 保持塔顶出口硫液中的空气溶解量为10～20 mg/L , 接近于30 m 再生塔的氧化再生效果。实际运行中,虽因过滤机经常停工待料而关闭真空阀, 完全依靠再生塔鼓入压气氧化再生后, 出塔煤气中的硫化氢、氰化氢含量、脱硫液颜色、透明度、硫泡量及粒度基本不变。由此可知, 再生塔降低使系统容量减小, 氧化再生时间缩短后工艺性能没有降低。

　　设计规范中推荐高塔式再生塔内的停留时间,宜取25～30 min ; 而在再生槽内的停留时间, 宜取6～10 min[。无论是高塔中的压力, 还是槽式工艺中的喷射器, 其关键在于如何提高氧在贫液中的扩散速度。由此可以推测, 用小巧的混合管式反应器代替再生塔是可能的。为验证这一设想, 在实验室采用自制的管式反应器(Ê25 ×350 mm) , 先注入脱硫富液约280 mL , 在水浴箱中升温, 再通入不同压力的压缩空气。硫化氢对压力的极差最大为01042 , 对时间的极差最小为01008 。这说明适当的压力(014 MPa 左右) 有利于硫化氢转化, 并可以缩短反应时间。副反应NaHS + 2O2 →Na2S2O3+ H2O 中的Na2S2O3 生成量受时间的影响相对较少, 且反应时间短有利; CNS- 的生成量受时间的影响最大, 而缩短反应时间也有利于限制其生成反。由此可知, 从提高氧传递速度角度, 保持适当压力是有利于氧化再生反应, 降低反应器体积。该设计为了安全可靠, 没有完全依靠喷射泵代替喷射器。仍然利用已有塔圈, 设计成Ê212 m ×1415 m的再生塔, 可以一次鼓入压缩空气(简称压气) 氧化, 但压气消耗量明显减少。由于目前煤气处理量还没有达到设计能力, 还不能确定设计能力下的压气用量或完全依靠喷射真空泵吸气氧化。

　　4 　采用带式真空过滤机, 降低硫饼含液量

　　过去常用转鼓式真空(内、外) 过滤机、板框压滤机等对硫泡进行过滤脱液。近年来也有一些焦化厂采用戈尔膜[6 ] , 这种过滤器的滤后液清澈透明, 但硫膏含液量远高于前者(大于50 %) , 呈浆糊状, 对硫膏的二次利用和运输不利。基于带式过滤机在化肥厂烟尘污水过滤中的良好效果, 曾在某炼钢厂转炉污泥车间改造设计中, 用1 台23 m2 带式过滤机代替原有的3台40 m2 的转鼓真空内滤机, 使日处理污泥量由原来的不足50 t/ d , 提高到80～90t/ d。可见其在微小颗粒和油性污泥的脱水方面都有较好的业绩。故设计首次选用了该机型过滤硫泡, 过滤机面积7 m2 。在真空度3 kPa 左右,就能刮下饼状硫膏, 含液量低, 可直接装袋外销。该机型具有变频调速、滤饼清洗、无压上料、工作连续、二次洗涤等功能, 有降低硫饼含液量、减少催化剂损失、提高硫饼质量、操作简单等优点。

　　湿式氧化脱硫法虽然存在废液处理难、硫膏质量差等缺陷, 但其脱硫效率高、工艺流程简单等优点, 决定了其在中小焦化厂中的生命力。该改进设计的成功, 进一步提高了工艺的实用性。但降低装置运行成本、减少废液生成量和废液无害处理仍是今后的努力方向。