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(11m×5m×4m),有效分离深度为215m,保护高度014m,事故液深度111m。槽前112m段作为接收贫液和气液分离段,槽中310m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32m降到1415m,比25m高的脱硫塔还低1015m。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1min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30kW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10～20mg/L,接近于30m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25～30min;而在再生槽内的停留时间,宜取6～10min[。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(Ê25×350mm),先注入脱硫富液约280mL,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(014MPa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Ê212m×1415m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23m2带式过滤机代替原有的3台40m2的转鼓真空内滤机,使日处理污泥量由原来的不足50t/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7m2。在真空度3kPa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。