焦化廠焦爐煤氣脫硫脫氰工藝的選擇
摘要：本文通過對現(xiàn)代焦爐煤氣脫硫脫氰工藝技術的分析，著重介紹了幾種比較典型的工藝流程，并對焦化廠如何優(yōu)選焦爐煤氣脫硫脫氰的工藝提出了幾點建議。
關鍵詞：焦爐煤氣, 脫硫脫氰, 工藝技術
近年來，隨著國家環(huán)保法規(guī)的日趨嚴格以及人們環(huán)保意識的不斷增強，焦化廠焦爐煤氣中H2S、 HCN及其燃燒產(chǎn)物對大氣環(huán)境的污染問題已顯得日益突出，嚴重影響了我國焦化工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此，對焦爐煤氣進行脫硫脫氰的凈化處理已勢在必行。目前，國內(nèi)外焦爐煤氣脫硫脫氰的技術及其為防止二次污染的廢液(廢氣)處理技術已達幾十種之多，那么如何合理選擇脫硫脫氰工藝技術則是必須首先解決的問題。
1 焦爐煤氣脫硫脫氰堿源的選擇
在煉焦過程中，煤中約30%～35%的硫轉(zhuǎn)化成H2S等硫化物，與NH3和HCN等一起形成煤氣中的雜質(zhì)，焦爐煤氣中H2S的含量一般為5g/m3～8g/m3，HCN的含量為1g/m3～2.5g/m3。要脫除H2S 和HCN，必須采用有堿性的脫硫液或脫硫劑，堿源可分為兩類：(1)外加堿源，如乙醇胺、碳酸鈉及氫氧化鐵等分別是薩爾費班法、真空碳酸鹽或改良 A.D.A法及干法脫硫工藝的堿源，需不斷向脫硫液(劑)中補充堿源，才能保持其堿度。(2)利用煤氣中的氨作為堿源，如AS循環(huán)洗滌法、代亞毛克斯法、 FRC法、TH法等。顯然，利用煤氣中的氨作為堿源是最為經(jīng)濟的，它不需要購入碳酸鈉等堿源，并且在洗氨的同時可脫除煤氣中的H2S和HCN，具有工藝合理性和運行經(jīng)濟性，因此成為研究焦爐煤氣脫硫脫氰工藝的主題，受到焦化行業(yè)廣泛重視并獲得普遍應用。
2 以焦爐煤氣中的氨為堿源的脫硫脫氰規(guī)律及其工藝要求
焦爐煤氣脫硫脫氰的技術有很多，但以氨為堿源的脫硫脫氰技術最具優(yōu)越性，其脫硫脫氰過程的主要反應機理如下：
第一步：H2S(氣)+H2O=H2S.H2O(液)=HS-+H++H2O(液)
HCN(氣)+H2O=HCN.H2O(液)=CH-+H++H2O(液)
第二步：NH3.H2O+HS-+H+=NH4HS+H2O
NH3.H2O+CN-+H+=NH4CN+H2O
研究表明，上述第二步反應的速度是很快的，用氨水脫除煤氣中的H2S和HCN，其主要控制因素是第一步反應。顯然這是一個以物理吸收為主的物理化學吸收過程，必須首先設法讓氣相中的H2S和HCN轉(zhuǎn)入液相，才能被氨水中和吸收。影響其吸收效率的主要因素有吸收溫度、煤氣中的NH3與H2S的比值、氨水濃度及噴灑量等，要獲得高的脫硫脫氰效率，應盡量降低脫硫時的吸收溫度，提高煤氣中的NH3與H2S的比值，采用快速接觸吸收設備和大液氣比操作，甚至可增設NaOH吸收段等。
采用氨水脫硫脫氰工藝所必須具備的條件：
(1)低溫與脫萘
氨水脫硫脫氰所要求的操作溫度為20℃～23℃，為防止低溫下萘析出而發(fā)生堵塞現(xiàn)象，必須預先進行脫萘、脫焦油處理。
(2)脫硫后面必須配備高效除氨裝置
為提高脫硫脫氰效率，必須提高氨水的濃度，但也相應提高了出塔煤氣中的含氨量，增加了后續(xù)洗氨工序的負荷。
(3)重視氨水脫硫脫氰富液的處理
富含H2S和HCN的氨水在脫酸蒸氨過程中將產(chǎn)生具有強烈腐蝕性的酸性氣體，這對處理設備的性能、材質(zhì)和人員操作技能等都提出了比較嚴格的工藝技術要求。
3 焦爐煤氣脫硫脫氰工藝的簡介
由于干法脫硫工藝及功能的局限性較大，制約了其在焦化生產(chǎn)中的應用，而濕法脫除H2S和HCN的技術則早已被國內(nèi)外大中型焦化廠所廣泛采用。濕法脫硫脫氰技術包括濕式吸收法、濕式氧化法和綜合法等，通過與脫硫脫氰廢液處理技術相結(jié)合，即可組成一系列的焦爐煤氣脫硫脫氰工藝流程。
3.1 濕式吸收法脫硫工藝
焦爐煤氣脫硫脫氰的濕式吸收法有真空碳酸鹽法、AS循環(huán)洗滌法、薩爾費班法、代亞毛克斯法等，而以氨為堿源的濕式吸收法目前在國內(nèi)應用最為廣泛，其中最典型的工藝為“氨-硫化氫循環(huán)洗滌法”(簡稱AS循環(huán)洗滌法或卡爾斯梯爾法)。本法以含氨23%～25%的氨水洗滌煤氣，氨與煤氣中的H2S和HCN發(fā)生反應后成為富液，再用蒸汽解吸而得到NH3、H2S、HCN與水蒸氣為主要成分的混合氣體。該法脫硫效率可達95%，脫氰效率90%。
為防止二次污染，必須對上述酸性混合氣體進行處理。目前，國內(nèi)外采取的處理方法雖然很多，但H2S的最終產(chǎn)品只有元素硫、硫酸等幾種，NH3的最終產(chǎn)品也只有硫銨、無水氨和分解為低熱值煤氣等。不同的產(chǎn)品品種和處理技術可靈活地組成多種AS法脫硫脫氰組合工藝流程。
3.2 濕式氧化法脫硫工藝
焦爐煤氣脫硫脫氰的濕式氧化法工藝技術經(jīng)歷了長期的發(fā)展過程，從早期比較落后的砷堿法、改良A.D.A法、對苯二酚法等，到現(xiàn)代的TH法、FRC法、HPF法等。其中以氨為堿源的濕式氧化法技術發(fā)展最快，工藝流程也比較完善，很具有特點：以氨為堿源吸收煤氣中的H2S和HCN，吸收液與氧在催化劑的作用下解吸脫硫，脫硫脫氰效率都很高。該法最具代表性的脫硫工藝是塔卡哈克斯法，簡稱T法或萘醌酸鹽法，是通過在氨水中添加催化劑1，4-萘醌-2-磺酸鈉作吸收液，吸收煤氣中的H2S和HCN，然后與氧發(fā)生氧化反應解吸脫硫，同時催化劑也獲得再生并循環(huán)使用，從而脫除H2S和HCN。該法的脫硫廢液中含有大量的硫氰酸鹽和硫代硫酸鹽，配合T法脫硫的廢液處理工藝有希羅哈克斯法(簡稱H法)生產(chǎn)硫銨，氧化燃燒法制取硫酸，以及還原燃燒法生產(chǎn)硫磺等。
我國近年來開發(fā)的HPF法脫硫工藝也屬于濕式氧化法。該法是以焦爐煤氣中的氨為堿源，以對苯二酚、PDS(酞箐鈷磺酸鹽)、硫酸亞鐵為復合催化劑進行脫硫脫氰的，其廢液處理采用混入配煤中并在煉焦過程 高溫分解，所生成的H2S又轉(zhuǎn)入煤氣。該工藝具有脫硫效率高，廢液量少，投資省，消耗低的特點，但硫的回收利用需進一步完善，有關工藝技術還有待更大工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)實踐的檢驗。
目前，國內(nèi)外常見的焦爐煤氣脫硫脫氰工藝有濕式氧化法的TH法、FRC法、改良A.D.A法和HPF法等，以及濕式吸收法的AS循環(huán)洗滌法、薩爾費班法和真空蘇打法等，有關脫硫工藝的主要技術經(jīng)濟指標對比情況列于表1。
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4 焦爐煤氣脫硫脫氰工藝的選擇
我國相繼從國外引進一系列現(xiàn)代脫硫脫氰工藝技術，加之國內(nèi)也自行開發(fā)出一些脫硫脫氰工藝，使得焦爐煤氣脫硫脫氰的工藝技術更加豐富。下面就焦化廠如何優(yōu)選焦爐煤氣脫硫脫氰工藝的問題談幾點看法。
4.1 根據(jù)需要選擇脫硫工藝
根據(jù)對凈化后焦爐煤氣中H2S和HCN含量的要求，選擇相應脫硫效率的脫硫工藝。例如在冶金工廠，焦爐煤氣的絕大部分用作一般軋鋼加熱爐的燃料，此時要求H2S含量應≤200mg/m3～500mg/m3，HCN含量應≤150mg/m3，因此選用AS循環(huán)洗滌法脫除H2S和HCN就能滿足要求。而當焦爐煤氣用作城市煤氣、合成氣等時，則必須選擇脫硫效率更高的脫硫工藝，如濕式氧化法中的改良A.D.A法、TH法、FRC法等。
4.2 根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和客觀條件選擇脫硫工藝
綜合利用資源和保護環(huán)境已成為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，對于那些“三廢”量少且易于治理，H2S和HCN均得到脫除和處理，又能促進資源綜合利用的脫硫工藝，應優(yōu)先采用。
所謂客觀條件指的是資金條件、總圖條件以及裝置的國產(chǎn)化條件等，以這些條件的允許作為選擇工藝主要出發(fā)點的意義是不言而喻的，它直接決定著脫硫工藝選擇的現(xiàn)實性和可行性。
4.3 根據(jù)生產(chǎn)運行的經(jīng)濟性選擇脫硫工藝
生產(chǎn)運行的經(jīng)濟性包括運行費用，催化劑、試劑取給可靠性等因素，如AS循環(huán)洗滌法等，利用煤氣中的氨作為脫硫劑的堿源，并與煤氣中的酸性組分同時脫除，具有運行費用低，試劑取給可靠，在脫硫過程中不需要催化劑等一系列優(yōu)點。而實踐也已證明，在氨水脫硫后，把弗薩姆系統(tǒng)置于脫硫塔后面處理酸性氣體生產(chǎn)無水氨，是目前國際上公認的回收氨的最佳工藝流程，美、日、加拿大等國早已廣泛采用。而H2S等酸性氣體再經(jīng)克勞斯法生產(chǎn)元素硫，可使煤氣凈化的生產(chǎn)費用最低。
4.4 根據(jù)生產(chǎn)管理的科學性和簡便性選擇脫硫工藝
所選脫硫工藝的流程應當簡單緊湊，脫硫介質(zhì)的腐蝕性要盡可能小，主要設備的結(jié)構不應過分復雜，設備制造及維修要容易和方便，設備材質(zhì)及選型應盡可能立足國內(nèi)，避免采用價格昂貴的進口材料和設備。要保障生產(chǎn)操作的穩(wěn)定性和連續(xù)性，生產(chǎn)管理簡便、科學，工人勞動強度小，生產(chǎn)效率高。在這方面，AS法和代亞毛克斯法等都是比較好的脫硫工藝。
綜上所述，焦化廠焦爐煤氣脫硫脫氰工藝的選擇問題應作為一個重要課題來加以研究，需要結(jié)合焦化廠自身的實際情況，綜合考慮各方面因素，如技術的先進性與生產(chǎn)的實用性，工程投資與生產(chǎn)費用，產(chǎn)品方案與市場需求，經(jīng)濟效益與社會效益等，做幾個可行的工藝方案，在認真分析比較、科學考察論證的基礎上優(yōu)選出一個最佳的脫硫脫氰工藝方案。
5 結(jié)束語
實踐將會證明，無論現(xiàn)在還是將來，選擇一種先進合理、運行經(jīng)濟的焦爐煤氣脫硫脫氰工藝，對于節(jié)約工程投資，降低生產(chǎn)費用，加強環(huán)境保護和資源的綜合利用等均具有重要的現(xiàn)實和深遠意義。
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