焦化厂脱硫脱氰项目及配套电捕、蒸氨系统优化改造

聂 娟

（凌源钢铁集团设计研究有限公司，辽宁朝阳 122500）

引言

凌钢集团焦化厂煤气净化车间由冷凝鼓风、硫铵、终冷洗苯和粗苯蒸馏等工段组成，焦炉煤气处理量为35000 m3/h。煤气中H2S 含量12～14 g/ m3，HCN 含量1.5 g/m3，不满足国家规定的排放标准，为了改善煤气质量，达到环保要求，需增加脱硫脱氰装置用来处理煤气中的H2S 和HCN 等有害成分。结合凌钢焦化厂实际生产情况，选择合理脱硫脱氰工艺，并对原有设备进行适应性改造。

1 脱硫脱氰工艺的选择

目前国内外常见的焦炉煤气脱硫脱氰工艺有干法脱硫和湿法脱硫脱氰，干法脱硫存在占地面积大，脱硫剂更换、再生劳动量大等缺点，一般不选择使用。湿法脱硫脱氰工艺包括吸收法和氧化法，常见湿法脱硫工艺主要经济技术指标见表1。

表1 常见湿法脱硫脱氰工艺经济技术指标

从表1各工艺方法的经济指标可以看出HPF法在相同规模条件下运行成本最低。虽然脱硫脱氰效率比其他工艺低，但凌钢集团属于钢铁联合企业，焦炉煤气主要作为加热炉和锅炉燃料，不作为城市燃气使用，且HPF 工艺处理后的煤气中H2S 含量小于20 mg/m3能够满足国家排放标准。此外HPF工艺还具有占地面积小，工艺流程简单的优点，适用于现有设备总图布置紧凑的情况。

2 HPF工艺流程

自鼓风机出来的焦炉煤气进入预冷塔，在预冷塔下段，喷洒的循环氨水与煤气直接逆流接触，在冷却煤气的同时将煤气中的呈悬浮状态的萘吸收下来。在预冷塔上段，用循环氨水对煤气进行直接洗涤，使煤气的温度被冷却降温到28～30 ℃。

预冷后的煤气进入三级脱硫塔，与塔顶喷淋下来的脱硫液逆流接触以吸收煤气中的硫化氢（同时吸收煤气中的氨，以补充脱硫液中的碱源）。脱硫后煤气含硫化氢约20 mg/m3，送下一工序。

吸收了H2S、HCN 的脱硫液从塔底，进入反应槽，然后用脱硫液泵送入再生塔，同时自再生塔底部通入压缩空气，使脱硫液在塔内得以氧化再生。再生后的脱硫液从塔顶经液位调节器自流回脱硫塔循环使用。浮于再生塔顶部的硫磺泡沫，利用位差自流入泡沫槽，硫泡沫经泡沫槽内搅拌器搅拌、蒸汽加热后由泡沫泵送入熔硫换热器，硫泡沫在换热器内澄清分离，硫磺沉降至换热器下部被蒸汽加热熔融，冷却后散装外销。

为避免脱硫液盐类积累影响脱硫效果，排出少量脱硫废液进行浓缩，进入真空结晶釜提取复盐，然后进入板框压滤机压滤外卖或送入煤场配煤。其工艺流程见图1。

图1 HPF工艺流程图

2.1 HPF工艺特点

将HPF 工艺设置在煤气鼓风机后与硫铵工段之间，利用煤气中含的氨作为碱源，减少外部氨水投入；经过HPF工艺处理后的煤气中的H2S、HCN 含量降低至20 mg/m3，减缓了对终冷和粗苯生产装置腐蚀，延长设备使用寿命；脱硫液中铵盐积累缓慢，废液量少处理简单，可以直接混入炼焦用煤中在炭化室中进行高温热解，不必单独建设废液处理装置。

2.2 存在问题

煤气净化车间增加煤气脱硫脱氰装置后，原有的电捕焦油器、蒸氨塔系统不能适应新项目生产能力的要求，需对其配套设施进行改造。

3 电捕焦油器改造

电捕焦油器主要作用是降低焦炉煤气中焦油雾含量。其工作原理为：含焦油雾滴等杂质的煤气通过电场时，吸附了负离子和电子的杂质在电场库仑力的作用下，移动到沉淀极后释放出所带电荷，并吸附于沉淀极上，从而达到净化气体的目的，当吸附于沉淀极上的杂质量增加到大于其附着力时就会自动向下流淌，从电捕焦油器底部排出，净煤气则从上部离开进入下道工序[1]。

煤气脱硫脱氰过程中，焦油会与脱硫碱液发生皂化反应，使溶液发泡变质影响H2S 吸收及脱硫液再生，所以要求煤气经电捕焦油器除焦油后焦油雾含量控制在50 mg/m3以下。凌钢焦化厂现有2 台Φ4000 mm 新型高效的蜂窝式电捕焦油器，由于运行时间长，失压严重，电捕捕集焦油效果不佳。因此需要对原有两台电捕焦油器进行改造。

电捕焦油器优化改造内容如下：

（1）气体分布：电捕焦油器顶部侧面出气，使净化后的煤气直接均匀顺畅的流出，可以使煤气在净化过程中分布的更加均匀、合理。设上下两个泄爆孔，确保设备意外爆炸情况下的安全。

（2）筒体、绝缘箱：改造原有两台Φ4000 mm 电捕焦油器（筒体利旧），高度由13400 mm 增加到14400 mm。重新制作新绝缘箱，3点式吊挂，设3个绝缘箱，内设支柱绝缘子，3 个瓷套筒（耐压达到75 kV以上）。高压电源经穿墙套管引入，充分考虑辅助固定措施确保气体冲击时的摆动允许值。

（3）喷淋装置：充分考虑喷淋清扫装置的覆盖率，不能留有死角。喷头材质0Cr18Ni9，采用法兰连接，便于拆卸清理。

（4）测温装置：在绝缘箱部分设有测温点，配有传感器可以在现场和操作室显示绝缘箱温度。

（5）电晕线采用单股不锈钢，使用过程中始终保持一线垂直，确保电场强度分布合理。电晕线表面不准有毛刺、硬弯和机械损伤痕迹。

（6）加热系统：绝缘箱电加热方式保温，能力3×3 kW 9 组,电加热器每组单独控制。采用接触器控制，两地操作。新增氮气加热器用于电捕焦油器保压用氮气加热，氮气经预热后再进入绝缘箱，给予电捕焦油器绝缘箱保护，避免由于低温氮气损坏绝缘套管。

改造后的电捕焦油器技术参数见表2。

表2 改造后电捕焦油器技术参数

通过对原有电捕焦油器的改造，实现焦炉煤气中焦油含量降低，保证了后续化产回收操作，同时避免了由于新建电捕焦油器产生的场地紧张，安全距离不足，新旧设备过渡期间影响生产等问题。

4 蒸氨塔系统改造

蒸氨塔属于解吸塔，是使溶解于循环水中的氨气通过热载体的传热而挥发释放出来的操作设备。其工作原理为：剩余氨水与蒸氨塔底排出的蒸氨废水换热后进入蒸氨塔，用直接蒸汽将氨蒸出，塔顶同时加碱分解剩余氨水中固定铵，蒸氨塔顶部的氨汽经分缩器后进入脱硫工段预冷塔。换热后的蒸氨废水进入废水冷却器冷却后送至酚氰污水处理站。

凌钢焦化厂原有两台Φ1600 mm 铸铁泡罩蒸氨塔，塔高17106 mm，28 层铸铁泡罩塔盘。运行方式一用一备，单台处理量夏季15 m3/h,冬季最大20 m3/h。从运行至今，多次进行检修，泡罩腐蚀严重，经常发生堵塞，剩余氨水量稍微增加，便会发生淹塔。通过对比分析决定新建两台新型高效斜孔喷射蒸氨塔，并对原有配套设施进行改造。

蒸氨系统优化改造内容：

（1）蒸氨塔前需要增加2 台Φ2400 陶瓷膜过滤器，并设反冲洗泵，以最大限度地去除剩余氨水中的焦油，防止蒸氨塔堵塞，提高蒸氨塔效果。每个蒸氨塔设一个蒸汽调节阀。

（2）蒸氨塔氨汽出口至氨汽冷凝冷却器管道采用钛合金管道，氨汽冷凝冷却器出口至脱硫液循环槽高浓度氨水管道采用钢衬玻璃钢管道。

（3）蒸氨塔底部设蒸氨废水缓冲槽，用以缓解氨水过多造成的蒸氨塔堵塞问题。同时设置缓冲槽液位自动调节液位计与输送泵出口阀门连锁。槽中液位低于设定液位时，出口阀门开度变小；液位高于设定液位时，出口阀门开度变大。

（4）剩余氨水进蒸氨塔增加计量装置。进蒸氨塔剩余氨水管道，出蒸氨塔外送废水管道，两台氨水换热器和两台废水冷却器腐蚀严重需重新设置。

（5）考虑到现有循环水系统只能满足现有煤气净化系统工艺需求，新增的脱硫脱氰工序和改造后的蒸氨工序所需循环水需要对原有制冷站进行适当改造来满足。

改造后高效斜孔喷射蒸氨塔单塔处理能力夏季20 m3/h，冬季最大30 m3/h；蒸汽消耗低，蒸氨废水指标降低，为水处理提供更为可靠的水源；塔顶氨气为脱硫脱氰提供高质量的氨源。

5 结论

结合焦化厂现有工艺流程及总图布置最终选定HPF 法脱硫脱氰工艺，该工艺具有投资省，占地小，处理后的煤气指标符合钢铁企业排放标准。对原有电捕焦油器的改造，最终实现了电捕后煤气焦油含量小于30 mg/m3的目标，确保了凌钢焦化厂新建煤气脱硫脱氰项目；蒸氨系统采用先进可靠的工艺技术和稳定可靠的设备材料，以确保装置长期、安全、稳定地连续生产，可靠的节能技术，降低能耗。