焦炉煤气净化新工艺的应用

毕振清，沈立嵩

（马鞍山钢铁股份有限公司煤焦化公司，安徽马鞍山243021）

焦炉煤气净化新工艺的应用

毕振清，沈立嵩

（马鞍山钢铁股份有限公司煤焦化公司，安徽马鞍山243021）

阐明了焦炉煤气净化工艺选择的原则，介绍了马钢新区焦炉煤气净化所采用的新工艺及组合方案、各主要单元的技术改进及特点，以及生产运行情况。

新工艺；选择；改进；应用

1 装置的工艺选用

焦炉煤气净化装置通常由煤气冷凝冷却、脱萘、除焦油、脱硫脱氰、脱氨、脱苯、鼓风等工序组成。各工序都有不同的工艺可采用，从而组合出多种流程。煤气净化流程的差异主要表现在脱硫脱氨工艺及硫类、氨类产品的选择上，其他工序的工艺设备配置大体相同。

焦炉煤气净化的各种工艺组合各有其特点，以脱硫脱氨工艺为例，水洗氨-氨水脱硫工艺（即：AS工艺）的特点是：流程短小、设备数量少、投资省，吸收推动力小、吸收须控制在较低的温度和较窄的范围，解吸和制取低温水消耗蒸汽量大，贮运物流量少，工艺设备条件关联性强、工艺运行时容差能力低；喷淋式饱和器法脱氨与真空碳酸盐脱硫的组合工艺则有如下特点：流程长、设备数量多、投资高，吸收推动力大、吸收-解吸过程电耗高，贮运物流量大。

我们在选择工艺时，依据了下述原则进行综合权衡：（1）达到所确定的煤气净化指标；（2）满足先进的环保要求；（3）系统运行的稳定性高；（4）力求技术先进，具有较高的装备和自动化水平；（5）尽可能取得好的经济效益，即产品质好价高、运行费用低、投资省。

马钢新区焦炉煤气净化装置的煤气处理能力为13×104m3/h，与2×70孔7.63 m焦炉（干全焦220×104t/a）相配套，净煤气用于制氢、轧钢加热和CCPP机组燃料。在工艺选择上，我们分析了煤气净化各工序多种工艺的特点，进行技术经济比较和方案论证，确定了各工序采用的工艺，组合成所应用的煤气净化流程。

整套装置由冷凝鼓风、脱氨（硫铵）、终冷洗苯、脱硫—硫回收、粗苯蒸馏、油库和酚氰废水处理站以及辅助的制冷机和循环水系统等单元组成，煤气脱氨采用喷淋式饱和器生产硫铵、煤气脱硫—硫回收单元采用真空碳酸钾法脱硫配合单级克劳斯法生产元素硫的工艺。其主线流程如图1所示。

来自焦炉的荒煤气经气液分离后，粗煤气经横管初冷器冷却至20~22℃并同时去除其中的萘；再经电捕焦油器去除其中的焦油雾后；由煤气鼓风机加压送入硫铵单元；经煤气预热器进入饱和器，由循环母液喷洒吸收其中的氨；再进入终冷塔冷却到22℃～25℃后；再进入洗苯塔，经贫油洗涤脱除苯后，经分离器除去夹带的洗油滴后；进入脱硫塔，用循环再生的贫液（K2CO3溶液）吸收煤气中的H2S、HCN等酸性气体；就完成了焦炉煤气的净化。

图1 焦炉煤气了净化工艺主流程

装置生产的化产品及采用工艺为：（1）焦油：荒煤气经气液分离后的焦油氨水进入焦油氨水分离槽，氨水、焦油和焦油渣在槽内静置分离，槽内下部的焦油用泵送往超级离心机，脱水脱渣后自流入焦油槽贮存；（2）硫铵：喷淋式饱和器法；（3）轻苯：管式炉-单塔脱苯工艺生产轻苯和重苯，重苯混入焦油中；（4）元素硫：以真空碳酸钾法产生的再生酸汽为原料，采用单级克劳斯法生产元素硫。

装置所产污废物及消纳途径是：（1）焦油渣：在焦油氨水分离槽内静置分离后沉于底部；由切割泵抽出并粉碎为细颗粒，再送回焦油氨水分离槽内，混入焦油中排出，焦油所含焦油渣经超级离心机分离，由焦油渣固体泵通过管道间断送往焦炉煤塔混入装炉煤中；（2）剩余氨水：从焦油氨水分离槽分离出的剩余氨水，自流入剩余氨水槽，经气浮装置除油后，送至蒸氨塔蒸氨；蒸氨废水经酚氰废水处理站的A-A-O工艺处理后达标排放；（3）终冷外排水和脱苯分离水：作为硫铵单元的硫酸稀释水回用或送入剩余氨水槽；（4）洗油再生残渣：送入产品焦油中混合；（5）脱硫废液：送入剩余氨水槽；（6）放散气和尾气：送入荒煤气中。

2 设计和施工尾项完善

整套装置于2004年8月开始论证与工艺选择，确定了首次引进德国UHDE公司的真空碳酸钾脱硫与单级克劳斯工艺，中冶焦耐负责全部详细设计。2007年1月，装置投产后，发现并完成了以下设计与施工尾项：（1）焦油渣在焦油氨水分离槽内静置分离后，没有对大颗粒焦油渣的分离和粉碎设施，造成焦油输送管道和输送泵的频繁堵塞；于焦油氨水分离槽前增设了焦油渣预分离器，底部出口增加了焦油渣切割泵将槽底部焦油渣粉碎；（2）设置于洗苯塔出口的管道捕雾器，不能将洗油雾捕集到300 mg/m3以下，洗油雾转移到后续脱硫单元的脱硫循环液中，影响脱硫—硫回收单元运行。设计修改了洗苯塔液体分布器，并在洗苯塔顶部集成了捕雾层；（3）脱硫单元真空泵出口至克劳斯炉的酸汽管道出现堵塞，采取了延缓和清理措施；（4）增加了事故池。工程尾项完成后，装置运行平稳。

设计方业已将这些设计与施工尾项的完善经验，应用于国内的同类装置的设计中。

3 装置运行效果

所有的废液、废渣、废气均密闭集中回收，贮存、转移功能通过槽、泵、管实现，全程不落地，避免了对现场地面和大气的污染；污废物全部实现了就地消纳，并在系统内部循环利用，没有产生环境影响和污染转移；从内在指标和外观形象上一改传统工艺的落后面貌。

煤气净化的各项指标：焦油雾≤20 mg/m3；萘≤400 mg/m3；NH3≤30 mg/m3；H2S≤300 mg/m3；苯族烃≤4 g/m3；全部达到设计要求，满足了下游煤气用户的要求。

向市场销售硫磺和硫酸铵产品均达到一级品；公司内部转序的化产品中，仅焦油的甲苯不溶物指标超标。

采用的降低运行消耗的措施，如：（1）在初冷器上段回收粗煤气的部分热量，作为脱硫液再生所需的热源；（2）应用马钢专利技术，在初冷器下段冷却粗煤气的同时脱除煤气中的萘，采用冷凝焦油、冷凝氨水和补充少量焦油乳浊液作为洗萘吸收剂，冷却洗萘吸收剂的所需低温水用量比其他工艺均低；（3）三台煤气鼓风机从德国进口，满负荷运行时，电耗低于660 kW/台；（4）焦油氨水分离单元采用氨水保温静置分离的流程，焦油脱水不消耗蒸汽；剩余氨水在单元内的分离、转运采用自流方式，没有输送能耗；（5）把终冷单元的终冷外排水和粗苯蒸馏单元的脱苯分离水作为上游工序——硫铵单元的硫酸稀释水回用，降低了硫铵单元的新水消耗，也相应减少了剩余氨水量；（6）充分考虑工艺介质的余热利用：在脱硫液再生和粗苯蒸馏环节，设有贫富液和贫富油换热器等，最大限度地利用介质余热，也节约了冷却水的消耗；克劳斯单元设置废热锅炉回收高温过程气的余热生产蒸汽；均达到预期效果，应用情况良好。

4 工程应用经验

马钢新区焦炉煤气净化装置所采用的工艺，虽然工艺设备条件的关联性不如AS工艺那么强，工艺条件的控制范围也略宽松，但是每个工序依然要实现既定的工艺功能，否则，煤气中的萘、焦油雾、氨、洗油雾都会对下游工序产生不利影响。如：有机烃类不但会转移到脱硫液中，而且会影响脱硫液的再生及进而导致煤气脱硫效率的降低，并在克劳斯单元中发生裂解和聚合，影响催化剂的使用寿命和硫磺质量。

工程质量控制是工程成功与否的关键，包括了：设计、设备采购、施工等各方面。质量控制的核心是工作团队的技术认知能力。

设计阶段的优化是提升装置运行效能的根本。我们在设计阶段不仅植入了上文提及的降低运行消耗的措施，而且充分考虑了生产中各种操作需求，并以功能完备为基础，通过功能集成，精减了设备，简化了工艺。如：初冷单元应用了马钢自主开发的脱萘新工艺，与目前行业中所有工业化应用的工艺相比，不仅设备数量最少、运行能耗最低、初冷器阻力始终保持在800 Pa以下，而且无需倒换和使用蒸汽清扫初冷器，日常巡检仅为确认冷凝液排出管和洗萘液喷洒管畅通，延长了初冷器使用寿命并大幅降低了操作工人的劳动强度，后续单元也没发生萘的堵塞；开发的克劳斯单元一体化废热锅炉，集成了高温余热锅炉与低温余热锅炉的功能，在一台设备中，既冷却1300℃的高温过程气，又冷却260℃的低温过程气，同时要保证高温操作条件和紧急停车情况下的设备安全，使用条件特殊，设计中建立了基于高温变形协调的挠性薄管板设计技术、优化了传热、水循环和制造工艺、过流部分采取了腐蚀防护措施，设计方案为全球首例，替代了推荐的进口产品，投用后达到设定的各项性能要求，运行可靠。

设备的可靠性是装置平稳运行的保障。在设备采购方面，我们以设备的性能和维护运行成本为出发点，筛选了引进和国产化的项目，也都取得了回报。引进的设备如：部分仪表和自控系统、煤气鼓风机、真空泵、焦油渣输送泵、超级离心机、焦油渣切割泵等，可靠性很高，运转设备日常仅需定期进行油品更换，维护和操作费用很低，投资略高但收益很高；参与研发并在国内首次应用了超高温氨分解催化剂、一体化废热锅炉、新型液体分布器等，均满足性能要求、替代进口产品，节省了投资。

施工和调试的质量既是装置长效运行平稳性的支撑，也是运行指标达标的基础。我们严格控制实施过程质量，尤其关注可能在投产后会产生不显见影响的因素。如：各种液体分布器和传质部件的安装精度、负压系统的气密性、窑炉的砌筑、砌体升温与催化剂活化等工作。

运行近7年，装置尚有三个遗留问题：（1）饱和器出口煤气夹带酸雾，造成后续部分煤气管道快速减薄；（2）清污分流设施的雨水排放—事故水收集功能仍不完备，在事故状态下，有污水外排的环保风险；（3）降低焦油甲苯不溶物的方法亟待探索。

5 结语

总体而言，该流程的各工序的工艺功能独立；相互之间的适应性较好；遇有停电、停汽、停水等特殊情况时，装置恢复生产的时间较短；全部工序生产过程均由DCS控制，自动化水平高；工艺条件的控制范围较宽松；各工艺单元所采用的工艺和装备水平先进。技术及设备的优越性能保证了系统运行的本质稳定，也大幅降低了操作工人的劳动强度。

对于净化工艺的选用和流程的组合，是基于具体的限制条件和满足预期指标；工程实施过程的内在质量是实现预期指标的保证。从这点意义上说，通过工艺选择和组合，任何流程组合做到了功能完备就是适用的；关键在于各方面、各阶段的工作质量都要符合标准要求和设计意图。

马钢新区焦炉煤气净化流程的应用在优化设计和设备研发等方面，已取得了一些创新成果并已推广应用；但尚有遗留问题待解决。

The Application of New COG Purification Processes

BI Zhenqing，SHEN Lisong
（TheCoalCokingCompanyofMasteel,Maanshan,Anhui243021,China）

The selection principle of coking gas(COG)purification processes was stated and the new processes and process combinations adopted for COG purification treatment at Masteel New Area,the technical improvements and features of the main units and production operation of the system were introduced.

new process;selection;improvement;application

TQ546.5

B

1006-6764(2014)02-0019-03

2013－11－29

毕振清（1962－），男，1983年毕业于马鞍山钢铁学院焦化专业，高级工程师，现从事焦化生产管理和工艺技术工作。