作者:范守謙 時(shí)間:2007-5-18 14:01:51
摘要：本文對(duì)我國(guó)煤氣凈化工藝的發(fā)展進(jìn)行了回顧，提出了我國(guó)焦?fàn)t煤氣凈化工藝發(fā)展的方向以及選擇工藝流程的原則。并推薦采用的焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程以及各單元中應(yīng)采用的行之有效的環(huán)保、節(jié)能技術(shù)。
1 焦?fàn)t煤氣凈化工藝的歷史回顧
我國(guó)焦?fàn)t煤氣凈化發(fā)展是與煉焦工業(yè)的發(fā)展緊密相連的。建國(guó)以前，我國(guó)焦化工業(yè)幾乎是一片空白。建國(guó)以來(lái)，隨著煉焦工業(yè)的發(fā)展，煤氣凈化工藝從無(wú)到有，蓬勃發(fā)展，技術(shù)水平和裝備水平得到了不斷提高。概括起來(lái)，大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一個(gè)階段是從20世紀(jì)50年代末到60年代中期，我國(guó)焦化廠的焦?fàn)t煤氣凈化工藝主要是以50年代從原蘇聯(lián)引進(jìn)的工藝為基礎(chǔ)、消化翻板飽和器法生產(chǎn)硫銨的老流程，以當(dāng)時(shí)的武鋼焦化廠、包鋼焦化廠、鞍鋼化工總廠、太鋼焦化廠、馬鋼焦化廠等一批大型廠為代表。但該工藝存在流程陳舊、能耗高、環(huán)保措施不健全、裝備水平低等問(wèn)題。主要表現(xiàn)在初冷采用立管冷卻器，冷卻效率低；硫銨裝置設(shè)備龐大，煤氣阻力大，產(chǎn)品質(zhì)量差，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重；沒(méi)有配套建設(shè)脫硫裝置，終冷系統(tǒng)不能閉路，對(duì)大氣和水體污染嚴(yán)重；在粗苯蒸餾系統(tǒng)采用蒸汽法，不但耗用大量蒸汽，產(chǎn)品質(zhì)量也得不到保證。第二階段是從60年代中期至70年代末期，隨著我國(guó)自行設(shè)計(jì)的58型焦?fàn)t不斷推廣及炭化室高5.5米焦?fàn)t的誕生，對(duì)煤氣凈化工藝開(kāi)展了與石油、化工行業(yè)找差距進(jìn)行技術(shù)革新的階段。在廣大技術(shù)人員的努力下，在此期間我們將初冷流程改為二段冷卻；開(kāi)發(fā)了多種油洗萘代替終冷水洗萘；研制成功了終冷水脫氰生產(chǎn)黃血鹽，解決了終冷水的污染問(wèn)題；推廣采用了溶劑脫酚和生物脫酚裝置；以管式爐脫苯代替蒸汽脫苯，開(kāi)發(fā)了雙塔、單塔脫苯新工藝；在個(gè)別焦化廠設(shè)置了改良ADA脫硫裝置（如：梅山焦化廠、北京焦化廠等）。除此之外，為了適應(yīng)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)硫酸供應(yīng)緊張的情況，開(kāi)發(fā)和推廣了一大批采用氨水流程的焦化廠（如：濟(jì)鋼、萊鋼、邯鋼、杭鋼、安鋼、攀鋼等）。當(dāng)時(shí)，我國(guó)生產(chǎn)濃氨水的廠家曾占了整個(gè)焦化廠總數(shù)的三分之一。但是，氨水流程也存在著設(shè)備腐蝕、堵塞嚴(yán)重、濃氨水產(chǎn)品質(zhì)量低劣、產(chǎn)品滯銷(xiāo)、開(kāi)工率低等致命問(wèn)題。
因此，雖然經(jīng)過(guò)我國(guó)工程技術(shù)人員的不斷努力，焦?fàn)t煤氣凈化工藝有了一些進(jìn)展，而從環(huán)保、能耗、技術(shù)水平、工藝裝備、產(chǎn)品質(zhì)量等方面來(lái)看，仍然未能擺脫落后的局面。第三階段從改革開(kāi)放以來(lái)算起，隨著寶鋼工程的建設(shè)，我國(guó)6米大容積焦?fàn)t的誕生，焦化廠的規(guī)模不斷擴(kuò)大，以及通過(guò)與國(guó)外技術(shù)交流，聯(lián)合設(shè)計(jì)、技術(shù)引進(jìn)等方式，先后引進(jìn)了各種規(guī)模、不同工藝的多套裝置，我國(guó)工程技術(shù)人員基本上掌握了全負(fù)壓煤氣凈化工藝、AS洗滌脫硫工藝、脫酸蒸氨工藝、氨分解硫回收工藝、無(wú)飽和器法硫銨工藝、FRC法和T－H法脫硫脫氰工藝、索爾菲班法脫硫工藝、 真空空碳酸鹽法脫硫工藝、冷法和熱法弗薩姆無(wú)水氨工藝以及與之相配套的生產(chǎn)濃硫酸和78%硫酸的工藝等國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，并在設(shè)備和材料國(guó)產(chǎn)化方面取得了突破性進(jìn)展。在此期間我國(guó)焦化技術(shù)人員還自行開(kāi)發(fā)了HPF法脫硫新工藝，消化創(chuàng)新了噴淋式飽和器代替半直接法飽和器生產(chǎn)硫銨裝置。隨著工藝技術(shù)的不斷更新，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制水平也得了提高，DCS集散型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，從而使我國(guó)煤氣凈化技術(shù)和裝備有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，邁向了國(guó)際先進(jìn)行列。
2 我國(guó)焦?fàn)t煤氣凈化工藝的發(fā)展方向
近年來(lái)隨著國(guó)民環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，國(guó)家環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，最近國(guó)家又制定焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件，對(duì)環(huán)保要求不斷地提高。為了達(dá)到這些要求，焦化廠基建投資和操作費(fèi)用大大增加，生產(chǎn)成本明顯提高，而市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深入運(yùn)作，把焦化企業(yè)推向市場(chǎng)大勢(shì)所趨，21世紀(jì)焦化企業(yè)將面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求生存、求發(fā)展，焦化工作者應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，在滿足用戶的凈化煤氣指標(biāo)要求的前提下，把提高環(huán)保水平，消除或減輕環(huán)境污染；發(fā)展節(jié)能工藝；開(kāi)發(fā)短流程，降低成本，增加效益；提高自控水平、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率作為我國(guó)煤氣凈化工藝的發(fā)展方向。以環(huán)保、節(jié)能、效益為中心選擇煤氣凈化工藝流程。
3 焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程的選擇
上述多種型式的焦?fàn)t煤氣凈化工藝和單元裝置，當(dāng)前在我國(guó)焦化企業(yè)都已建成投產(chǎn)使用。應(yīng)該說(shuō)我們已經(jīng)基本掌握了當(dāng)今世界先進(jìn)水平的各種不同煤氣凈化單元裝置的操作和管理，完全可以根據(jù)用戶的不同要求組合成各種焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程。從焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程的單元組成來(lái)看，流程的選擇主要看采用什么方法脫除煤氣中的硫化氫和氨，而當(dāng)今國(guó)內(nèi)外焦?fàn)t煤氣凈化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，其一是焦?fàn)t煤氣脫硫脫氰裝置設(shè)在終冷和洗苯前，使煤氣盡可能在終冷前將大部分雜質(zhì)除去，以減輕對(duì)水質(zhì)和大氣的污染，并降低對(duì)設(shè)備的腐蝕；其二是優(yōu)先選擇利用煤氣本身的氨為堿源，脫除煤氣中的硫化氫和氰化氨，這樣可不需外加化學(xué)品，也利于綜合利用。
（1） 采用以氨為堿源的HPF濕式氧化法脫硫?yàn)橹行牡拿簹鈨艋に嚵鞒?。其基本組合見(jiàn)圖1。
圖1 以氨為堿源的HPF濕式氧化法脫硫?yàn)橹行牡拿簹鈨艋鞒?div style="height:15px;">
該流程選用以氨為堿源的HPF法脫硫脫氰工藝, 并將其置于鼓風(fēng)機(jī)前電捕焦油器之后負(fù)壓操作，不再專門(mén)設(shè)置預(yù)冷裝置，煤氣系統(tǒng)溫度梯度更趨合理。在各單元裝置中采用如下行之有效的環(huán)保、節(jié)能技術(shù)。
① 選用帶斷液板的兩段式橫管冷卻器，分段采出冷凝液，以節(jié)省低溫水用量，將煤氣冷卻到22～25℃，最大限度地凈化煤氣，不再單獨(dú)設(shè)脫萘裝置；焦油氨水采用沉降除渣的靜置分離工藝，以保證焦油含水量<2%；采用蜂窩式沉淀管的電捕焦油器負(fù)壓操作，有效地保護(hù)鼓風(fēng)機(jī)；電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)采用液力偶合器或變頻調(diào)速以節(jié)約能源。
② 在HPF濕式氧化法脫硫工藝中，再生塔采用預(yù)混噴咀及塔中部設(shè)置氣泡分離器的節(jié)能高效技術(shù)。再生塔后尾氣返回煤氣負(fù)壓系統(tǒng)，以減少氨的損失，杜絕對(duì)大氣的二次污染。廢液處理采用廢液焚燒、接觸法制取濃硫酸裝置，生產(chǎn)的濃硫酸用于生產(chǎn)硫銨，可解決廢液的污染等問(wèn)題。
③ 蒸氨塔采用噴射器回收次蒸汽技術(shù)，減少蒸氨的蒸汽用量，以節(jié)約能
④ 采用噴淋式飽和器生氣硫按，減少煤氣系統(tǒng)阻力，降低鼓風(fēng)機(jī)的耗電
⑤ 根據(jù)寶鋼經(jīng)驗(yàn)，增設(shè)循環(huán)水的水垢析出防止劑及防腐蝕劑的注入裝置，裝設(shè)電導(dǎo)計(jì)來(lái)掌握循環(huán)水的電導(dǎo)度控制排污，以提高初冷器循環(huán)水出口溫度，減少循環(huán)水量。優(yōu)先選用溴化鋰制冷裝置，保護(hù)水資源，提高水的利用率。
⑥ 放寬苯的回收指標(biāo)，由塔后煤氣含苯≤2g/m3放寬到4～5g/m3，減少脫苯系統(tǒng)的低溫水用量以降低能耗。經(jīng)過(guò)各單元生產(chǎn)裝置的完善和優(yōu)化組合而成的這套煤氣凈化工藝流程，預(yù)計(jì)在環(huán)保、節(jié)能、效益各方面能有較大的提高。由于選用了以氨為堿源的脫硫脫氰工藝以及受廢液制酸裝置規(guī)模的限制，該流程僅適用于煤氣含硫化氫≤8g/m3、生產(chǎn)規(guī)模在年產(chǎn)100萬(wàn)噸焦炭以上的大型焦化企業(yè)選用。對(duì)于規(guī)模較小的焦化廠，可以采用脫硫廢液回兌煉焦煤的方法處理；脫氨單元也可采用洗氨、蒸氨、氨分解的工藝，將分解后的尾氣返回煤氣負(fù)壓系統(tǒng)的方案。
（2）采用以真空碳酸鹽脫硫?yàn)橹行牡拿簹鈨艋鞒?。其基本組合見(jiàn)圖2。
作者:范守謙 時(shí)間:2007-5-18 14:01:51
圖2 以真空碳酸鹽脫硫?yàn)橹行牡拿簹鈨艋鞒?div style="height:15px;">
這種組合流程由于采用真空碳酸鹽脫硫，其位置應(yīng)放在苯回收工序的后面，為了避免在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置終冷裝置造成排污水的污染，可采用洗氨、蒸氨的方法脫除煤氣中的氨和部分氰化氫、硫化氫，蒸氨后的氨汽采用間接飽和器生產(chǎn)硫銨，尾氣回到脫硫前煤氣系統(tǒng)。真空碳酸鹽法脫硫?qū)儆跐袷轿辗?，采用真空解吸法再生，脫硫和再生系統(tǒng)均在低溫下運(yùn)行，腐蝕弱，對(duì)設(shè)備材料要求不高，吸收塔、再生塔及大部分設(shè)備材質(zhì)為碳鋼，基建費(fèi)用低。該脫硫工藝脫硫效率高，在脫硫塔上部增加NaOH洗滌段，可使煤氣中H2S含量降至0.2g/m3以下，可滿足焦化企業(yè)準(zhǔn)入條件的要求。所產(chǎn)硫磺轉(zhuǎn)化率高，質(zhì)量?jī)?yōu)良，克勞斯?fàn)t尾氣返回吸煤氣管道不會(huì)污染大氣。而且再生塔的熱源可用廢熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽和初冷器所產(chǎn)的熱水均可利用，故余熱利用好。該流程適用于煤氣含硫化氫高的焦化企業(yè)，之所以該流程選用間接法生產(chǎn)硫銨是因?yàn)椴捎冒胫苯臃ㄉa(chǎn)硫銨后，整個(gè)煤氣系統(tǒng)的溫度變化梯度大，還要設(shè)置終冷，造成流程長(zhǎng)，能源利用不合理。至于前述各單元的節(jié)能、環(huán)保措施，該流程完全可以采用。
（3）關(guān)于以氨硫循環(huán)洗滌（AS法）脫硫?yàn)橹行牡拿簹鈨艋に嚵鞒蹋谖覈?guó)已有不少?gòu)S家采用，雖然該工藝也有不少優(yōu)點(diǎn)，但由于其脫硫效率較低，一般只能達(dá)到煤氣含硫化氫0.5g/m3的水平，不能滿足焦化企業(yè)準(zhǔn)入條件的要求。此外，該工藝技術(shù)裝備水平高，要求的外部條件苛刻，必須嚴(yán)格操作，一個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題，將影響整個(gè)氨硫系統(tǒng)的正常操作，目前我國(guó)已投產(chǎn)的裝置還存在著堵塞腐蝕等問(wèn)題，建議在國(guó)內(nèi)選用時(shí)應(yīng)慎重考慮。
