焦炉煤气净化脱硫工艺技术探讨

刘刚

【摘 要】焦炉煤气净化回收是能源高效利用和循环经济的典范，各种先进的煤气净化技术不仅将焦炉煤气资源“吃干抹净”，而且有效地降低了能耗，为企业创造了可观的经济效益和环保效益，促进了焦化企业的高质量发展。

【关键词】焦炉煤气;净化工艺;现状;发展趋势

前言

未经过净化处理的焦炉煤气被称为荒煤气，是煤在焦炉炭化室的高温蒸馏作用下挥发出的黄褐色汽气混合物，其中含有较多的煤粉尘、二氧化硫、硫化氢、焦油以及其他多环芳烃类污染物。由于其成分复杂，污染物较多，未经处理的荒煤气是不能供给煤气用户使用的，否则很容易造成管路堵塞、环境污染等问题;

1焦爐煤气的成分特性

焦炉煤气的气量大、热值低，每冶炼1t生铁大约可以产生1700～2500m3的焦炉煤气，目前国内焦炉煤气的产量高达700亿～800亿m3/月。焦炉煤气中的可用成分是一氧化碳，占28%～33%，其余成分为二氧化碳、氢气、氮气和甲烷等，因此可燃成分较少，热值较低，一般为3344～4180kJ/m3。焦炉煤气中主要的含硫物质为有机硫和无机硫，总硫浓度为100～200mg/Nm3。无机硫以H2S为主，有机硫主要是羰基硫（COS），此外还有少量的二硫化碳、硫醚、硫醇、噻吩等。研究者们对企业不同焦炉煤气硫分进行了取样监测，发现COS浓度大多为100～200mg/Nm3，H2S浓度在100mg/Nm3以内。

2无机硫脱除工艺

焦炉煤气中无机硫的主要存在形式是H2S，H2S的脱除工艺相对于有机硫较为成熟，其最早是应用在焦炉煤气净化中，目前常见的技术包括干法脱硫和湿法脱硫。

2.1干法脱硫

干法脱硫即用固体吸收剂或者氧化剂直接对H2S进行吸附或者氧化，常用技术为活性炭吸附。先通过重力除尘器的初步除尘，再经过固定床的活性炭吸附脱除煤气中的无机硫，此方法脱硫精度高，操作简单，能有效脱除煤气里的无机硫，但对有机硫几乎没有去除效果，且需要对脱硫剂进行定期更换，会产生大量固废。

2.2湿法脱硫

湿法脱硫属于成熟工艺，即在吸收塔内喷淋吸收液与焦炉煤气接触，可以比较彻底地脱除煤气里的H2S，该法在焦炉煤气洗涤上已有广泛应用。湿法脱硫包括物理吸收法、物理化学吸收法、化学吸收法和湿式氧化法等方法。目前效果较好的是湿式氧化法，即采用催化剂在液相下进行氧化还原反应，H2S被弱碱溶液吸收、氧化后析出单质硫，同时吸收液得到再生。该方法流程简单、投资较低、操作弹性大，对H2S的吸收具有选择性，可以回收单质硫，结合焦炉煤气气量较大的特点，焦炉煤气脱H2S可选用湿式氧化法，具体工艺可分为FRC法、TH法、HPF法、改良ADA法、AS法、PDS+栲胶法和888法，不同工艺的区别主要表现在吸收液所需的碱源和氧化催化剂上。

3有机硫脱除工艺

限于以往的排放标准，传统的煤气净化工艺主要关注粉尘和无机硫的脱除，对有机硫的去除效果不够，无法实现真正意义上的全硫脱除。焦炉煤气的净化需要重点关注有机硫，尤其是COS的脱除。COS的脱除主要有胺吸收法、氧化法、加氢还原法和水解转化法等。胺吸收法是靠化学作用直接吸收COS并与吸收剂形成新的废液，不能回收单质硫，去除率在61%左右，难以满足焦炉煤气大气量净化的要求，成本偏高。氧化法是在氧化剂的作用下，通过反应将COS氧化成单质硫，但氧化法对氧化环境和氧化剂要求严格，不易控制。因此本文将主要讨论加氢还原法和水解转化法在焦炉煤气净化工程应用上的可行性。

3.1加氢还原法

加氢还原法目前主要应用在石化行业，即COS在催化剂的作用下通过加氢转化成H2S后再进行脱除，其优点是转化率高，可达99.99%。但是该反应对压强要求较大，通常为3.5～4.0MPa，反应温度为280℃～400℃，对反应设备要求较高。除此之外，该反应需在较低的CO浓度下才能有较高的COS转化率，对于应用广泛的Fe-Mo系催化剂来说，需要CO浓度小于8%时才能发挥出较好的转化率，但焦炉煤气中的CO浓度在30%左右，这就需要先将CO浓度降至10%以下才能进行COS的转化反应。对于企业来说，高压设备和CO去除环节将增加环保成本。

3.2水解转化法

与加氢还原法相比，水解转化法的优势较为明显，在较低温度（100℃～200℃）和较低压力15～30kPa下即可完成高效转化，转化率大于99%。水解转化法大规模推广需要解决的核心问题是水解催化剂的开发，高活性、高寿命、较强的抗中毒能力是开发的主要目标。

4变温吸附净化工艺

所谓变温吸附工艺属于当前最新的焦炉煤气净化脱硫工艺。在相同压力条件下，伴随温度的不断升高，焦炉煤气的硫化物吸附能力就会呈现快速下降趋势，这就是变温吸附工艺技术。它其中利用到了大量吸附剂，在一定条件下有效吸附焦炉煤气中的各种杂质成分。如果温度升高，则吸附容量会逐渐变小;如果在常温状态下，大量气态的硫化氢会与空气中的氧气结合并产生化学反应，该化学反应属于放热反应，其反应速度不快，但如果加入催化剂则会加速反应。目前最常用的催化剂为活性炭，因为活性炭的吸附能力较强，所有的脱硫工艺都会在活性炭表面完成，合理利用活性炭表面的能量分子吸附硫化氢并产生水雾，而遇到水雾的硫化氢则会直接溶解，达到脱硫效果。在脱除氨成分过程中，则要考虑到氨不具备弱碱性质，因此需要将其与硫化氢（酸性物质）相结合，达成酸碱中和目标，如此更有利于硫化氢分子的有效吸附，进一步提升脱硫速率。

结束语

常规焦炉煤气生产工艺主要运用到了蒸汽转化技术，所以该转化过程中产生大量杂质也在所难免，这就造成了大量的环境污染问题。为了解决这一问题，必须思考降低焦炉煤气中所含有的焦油、有机硫、氰化物等杂质成分，展开有效净化工作。所以本文中就专门提出了新干法脱硫净化工艺与变温吸附脱硫净化工艺，希望参考、实践应用两大工艺净化焦炉煤气中杂质，提高企业生产质量与生产经济效益。

参考文献：

[1]田向农.焦炉煤气净化工艺节能技术的应用[J].山西化工，2020，40（02）：109-110.