焦炉煤气净化处理技术应用分析.pdf

CHINA COAL VISION煤炭新视界煤炭加工利用焦炉煤气净化处理技术应用分析黄成忠，靖玲（河南鑫泰能源有限公司，河南 安阳 455141）摘 要：为提高焦炉煤气净化处理效果，以A焦化厂为例，分析焦炉煤气净化的创新技术方案，该方案尝试联合PSA精制方法，经实践，提高净化质量，优化设备能耗控制。关键词：焦炉煤气；净化处理技术；除尘设备；脱硫工艺中图分类号：TQ520.9文献标识码：A0引言焦炉煤气净化是炼焦矿物成分的关键流程，也是炼焦生产的重要工序。国内主要使用煤气回收形式，进行煤气净化处理。一般情况下，煤气回收工艺有“初冷”“洗氨”“终冷”等各个流程。该技术在应用中不断得到改进和更新，日臻成熟，能够满足环保需求。1焦炉煤气净化的工艺流程1.1 煤气初冷煤气初冷通常指有效调节焦炉内部的温度条件，降低炉内温度，给出最初的控温处理。降温处理多以“几百度”温度为处理目标，将其控制在几十度范围内。在降温控温流程中，主要借助制冷设备，共有 3种制冷方法，具体包括“直接式”“间接式”“直接与间接联合式”。主要运行的冷却装置组成方式有“立管式”“横管式”等。直接制冷方法需运行“塔”保证冷却效果。间接制冷方法借助换热器进行制冷，能够保证煤气与环境的隔绝性。此种制冷形式可循环运作，多数用于水源紧缺的区域。多数焦化单位会采取直接与间接联合的技术形式，以实现高效制冷1。1.2 处理焦油冷却煤气期间，多数焦油会处于冷却状态，仅能回收少量焦油。当前，多数焦化厂主要使用分离方法，分别获取“氨水”“焦油”，以此成功分离焦油成分，高效收集分离物。在分离处理期间，需最大程度地净化杂物。通常情况下，分离时间越长，分离效果越好。长时间的分离处理，还可以逐渐降低炉内温度，更有利于焦油的处理。1.3 萘脱除在净化煤气的工序中，通常包括“除萘”流程。在粗煤气成分中，萘成分约为 10g/m3。经过初冷处理后，萘成分的含量可减少 80%。在初冷处理期间，煤气处于自主流通状态。如果煤气流通速度不高或流通温度不规范，就可能导致萘成分的累积现象，从而堆积在煤气流通的管线中。长时间的管线净化处理会逐渐增加管线内部沉积的“萘”。当萘成分堆积量较大时，就会出现管线堵塞的现象。因此，在煤气净化期间，需要进行除萘工序，以防止萘成分的堆积。目前，除萘方法主要采用“清洗”方式，包括“油洗”和“水洗”两种方法。通过清洗处理，可以有效控制萘含量，保持管线输气的正常性。1.4 煤气调节在净化处理焦炉煤气的工序中，需要运行专用设施来调节煤气。通常使用鼓风机来输送煤气。鼓风机的选用主要参考焦炉煤气的特点。离心式设备能够根据不同的需求，进行调节控制处理。其具有循环处理、转速设置和自主调节等功能，因此适用性较广，使用频率较高。2焦炉煤气除尘设备类型2.1 机械式机械式除尘设备有 3 种运行形式，分别是“重力沉降式”“惯性”“旋风”设施。这 3 种设施对应三类不同的除尘设备。这些设备具有许多技术优势，例如能够有效控制资源消耗量，合理控制除尘时间，设备操作简便，除尘效率高，便于运维等。然而，智能技术在机械除尘设备中的应用还有待完善。因此，这种除尘设备主要用于“初级”和“前期”的除尘工序2。2.2 过滤式过滤式除尘设备包括两种类型：袋式和颗粒层设备。袋式设备主要用于处理细小颗粒尘土，去除效果较好。这种设备的运行成本和运维成本较高，适合大型焦化生产单位。2.3 静电式电除尘技术是当前国内技术较为先进的电力除145煤炭新视界CHINA COAL VISION煤炭加工利用尘方法之一，它是基于静电特征研发生产的除尘设备。这种除尘设备具有许多优点，如运行能效高、操作便捷、抗腐蚀性能优异、耐高温等。此外，设备运行所需的成本也相对较低。3焦炉煤气脱硫工艺的用法3.1 干法净化第一，克劳斯法。这种工艺主要使用硫化氢作为净化介质，将其引入燃烧炉内，在“不充分燃烧”的条件下，使产生的二氧化硫与输入气体反应，最终生成硫磺，以实现有效回收各种材料。但是，这种工艺的生产条件较为严苛，要求硫化氢的初始浓度取值为20%。第二，选择性氧化法。这种工艺的技术理念在于，在化学反应期间使用催化剂，并结合自然环境中的氧元素，以获得“硫”。尽管这种工艺尚未完善，但通过多次技术更新，回收硫的比例已经不低于 95%3。第三，氧化铁法。这种工艺已经有着较长时间的技术实践经验，作为一种简单的技术应用，脱硫能效较高。该工艺的特点包括可选材料类型多、硫元素含量高、材料环保性强等。使用这种工艺进行脱硫程序，可以获得接近 100%的脱硫效率。经过技术升级，脱硫精细级别约为 0.103mg/m3。然而，该技术也存在一些不足，如占地空间大、设施规格大、运行阻力高等，需要及时更换脱硫剂，整体技术成本较高。3.2 湿法净化第一，物理吸收法。该工艺具有简单易学、工序简明、节能性优异的特点。在使用该工艺时，主要是利用吸收剂高效回收硫化氢。在选择吸收剂时，需要考虑其吸收能力，其中甲醇是一种吸收表现优异的产品类型。第二，吸收氧化法。此工艺具有较强的处理针对性，主要用于大规格、浓度不高的气体吸收程序，如“硫化氢”。此工艺更新升级后，添加催化剂，能够增强气体吸收能力，并进行相应的氧化处理，以“硫”形式完成材料回收。4焦炉煤气净化的实践分析4.1 净化要求目前，国内中厚板的生产质量整体较低，产品类型和结构也无法满足市场需求。A 焦化厂为了增加专用板的比例，尝试丰富产品类型，增强产品性能，建立中板加工的生产体系，并采用“正火”和“回火”技术生产钢板。在参照各类热处理技术规范的基础上，钢板加工期间需要进行多项热处理。一般类型的热处理炉，其规划用气量为 7000Nm3/h。如果未进行净化处理，原料煤气中的杂质含量包括焦油含量不超过100mg/Nm3，硫化氢含量控制在 970mg/Nm3以内，苯含 量 不 超 过 4000mg/Nm3，萘 含 量 低 于 103mg/Nm3。经过精制净化处理，焦油含量可降低到初期的 1/10，硫化氢含量的比例不高于 20mg/Nm3，苯含量为初期的 5%，萘含量为初期的 50%。4.2 A 焦化厂的净化工艺A 焦化厂在输送焦炉煤气时，主要使用动力介质管线，将其运送至中板热处理工序内。在煤气净化处理后，便于进行热处理。净化处理流程：“输入原料气”电捕焦处理脱硫塔处理PSA 塔处理输出净化后的气体。焦炉煤气管线的运行压力介于 39kPa 之间，使用电捕焦油设备，有效脱除焦油，再借助脱硫塔，借助脱硫剂，去除煤气中含有的硫化氢。去除完成，让煤气输入“PSA 变压吸附塔”程序中，进行除苯去萘处理。精制净化所得的煤气，会经过“常化热”处理工序。当 PSA 处理工序运行时，程序内的各塔有“吸附”“再生”等差异性工况，形成“吸附”“再生”的循环处理体系。使用自动闭合控制程序，可保证 PSA 处理质量。再生吹扫介质，主要使用“加压精制煤气”，吹扫处理完成，含有苯成分的气体，会利用其他煤气输送管线进行输出4。煤气净化生产程序以全密闭系统为主要载体，不会产生“三废”和大量污水。使用加压精制气获取再生工艺，能够有效满足环保生产需求。在净化处理期间，无需运行电加热设备，能够有效控制设备能耗。系统内部融合脱硫和 PSA 的技术方案，精制生产所需的能源不高，吸附剂的可用时间较长，能够有效保证气体质量。系统各类操作均采用自动切换方法，操作方式简单易学，不易出现操作失误问题。4.3 A 焦化厂的净化理念A 焦化厂的净化工序融合了电捕焦油、除硫、PSA精制等工艺。电捕焦油设备能够高效脱除焦油，避免吸附剂出现黏结问题。将焦炭放置在脱硫塔程序内，能够有效去除煤气内的水分，防止脱硫剂性能受到水分的干扰。此工序采取的是干法脱硫方法，融合了活性炭、氧化铁等各种工艺。相比湿法工艺，干法具有高效率、适用性强、无废液产出、所需资金少、工艺操作简易等特点。PSA 工艺是一种全新的气体吸附方法，使用吸附剂对混合气体中不同成分进行吸附，借助增压处理方法，有效分离气体成分。使用降压工序，引导吸附剂再生，以此成功分离各类气体。电捕焦油设备由筒体、沉淀级等组成。蜂窝式电捕设备主要利用六边形蜂窝管，设备组成紧凑规整，未设电场空穴，空间规划率较高，质量轻便，材耗量较低，有较强的捕集特点。焦炉煤气内部，焦油颗粒规格介于 0.1100um 之间，设备入口处的焦油含量不高于 100mg/Nm3，借助电捕焦的技术形式进行净化。电捕焦油设备的运行能力高于 99%，能使排出的焦油含量不高于 10mg/Nm3。在电捕焦油设备的阴阳两极间隔处，有一定范围的高压直流电场，设备捕集的焦油和尘雾会存储在阳极。在自身质量的作用下，捕集物质依照极板方向自行下落，在焦油排出口位置，输146CHINA COAL VISION煤炭新视界煤炭加工利用出捕集所得的各类物质。A 焦化厂的煤气处理规格约为 7000Nm3/h，可以使用蜂窝式电捕焦油设备进行净化处理。蜂窝型净化设备的规格为 JFD30-A，设备捕集处理能力介于68008400m3之间，设备含有 30 个蜂窝，电场规格约为 2.31m3，净化装置的直径大小约为 2.23m，净化程序 的 高 度 约 为 11.2m，适 用 的 运 行 温 度 介 于 20120之间，适用的运行压力不高于 60kPa，设备配备的电源为 0.15A/72kV，设备净化能效不低于 98.8%。A 焦化厂引入了旋风分离器进行离心处理，以保证分离质量并控制压强降。通过优化一般类型的旋风分离设备，采用全新的设备组成，投入净化处理流程中。分离设备采取上部圆筒下部圆锥的结构形式。在实践中，输入气体的流速保持在 1025m/s 之内，压强降的参数控制在 5002000Pa 之间。在净化处理期间，可能需要多个旋风分离器。当分离器内径 r 为 500mm 时，单组分离器的运行能力 p 为 0.625m3/s，每组净化程序需配置的分离器数量 n为 12 个。当 r 为 600mm，p 值为 0.90.625m3/s 时，n 为 8个。当 r 为 700mm 时，p 值为 1.225m3/s，则 n 为 6 个。当 r 为 800mm 时，p 值为 1.6m3/s，则 n 为 5 个。由此可见，随着分离器内径的增大，单组分离设备的运行能力相应增强，每组净化程序所需的分离设备数量会减少5。脱硫塔运行期间，除硫压力应控制在 48kPa 之间，除硫温度需保持在 40以内。除硫装置中添加了各种用料，如瓷球和焦炭等。焦炭在除硫过程中发挥三个作用：前期处理焦炉煤气，去除部分焦油，以及净化煤气中的水分。根据本气源的净化需求，脱硫程序在处理硫化氢时，每小时可去除约 16.5kg 的硫元素。因此，采用干法除硫方法，得到硫化铁。在处理期间，煤气中含有一定量的氧气，会与硫化铁进行反应，生成少量的硫。当焦炉煤气中混入的氧气与硫化氢之比高于 3 时，除硫和再生工序将循环进行。当脱硫剂性能不足时，需要停止净化处理。PSA 吸 附 工 序 的 运 行 压 力 应 控 制 在 28kPa 之间，吹 扫 工 序 的 设 备 压 力 应 大 于 8kPa 但 不 超 过20kPa。精制程序的运行温度不应超过 60，同时程序内添加吸附剂，主要用于去除苯和萘等杂物。吸附塔内部填料包括瓷球和活性炭等。苯、萘的去除净化工序主要采用变压吸附方法，循环时间不长，能够保证吸附剂处于高效利用状态，吸附剂消耗量不大，无须运行外加换热设施，主要应用于较高气量、多种成分的气体处理程序。随着 PSA 程序运行一段时间，程序表面会吸附较多的萘、苯等杂物，从而降低其吸附能力，进行再生处理后，PSA 程序会继续吸附。将 PSA 程序的运行功能从“吸附”转变为“再生”后，可使用加压处理，将净化后的煤气输入至吸附剂床层进行清洗处理，获取“再生吸附剂”，此时吸附剂表面的各类杂物将被解析并与煤气共同输出。在 PSA 程序中，经过加压处理后得到的煤气，具有较高的净化性和精制性，可以回收再利用于吸附剂再生程序。为此，可以使用专用的加压风机，将精制处理后的煤气注入其中。所选用的加压风机规格为“单吸式”“两个支撑”，风机可产生 13.3kPa 的压力，并且风机进口每分钟可处理 120m3的煤气，可以采用三级加压的形式。在设计管线时，需要考虑分支管线的布局。此外，通过程控阀，能够有效调节反吹处理工序中的各项参数，如“时间”“流量”，从而实现吸附剂的再生处理。PSA 技术在 A 焦化厂主要用于煤气净化处理。经过一定周期的技术运行，煤气净化质量基本达到技术规范要求，能够保障常规热工序的有序进行。在实践中，该净化方案展现出其技术优势。第一，净化工序流程简单，易于操作，可用于处理各类杂物。第二，该净化工序全程封闭，不会释放任何中间产物，具有极强的环保性能，可应对三废排放、污染物净化等各类生产问题。第三，吸附塔的布局非常合理，便于人工检查吸附剂、除硫剂的使用情况。第四，塔内使用了多样性的装填技术，能够保证精制装置质量，防止净化程序出现堵塞的问题。第五，采用全程自控技术，利用程控蝶阀自主切换阀门，开启操作灵活，可以减少人工处理量。第六，关键处理程序都配备了备用塔，程序故障时可以运行备用塔进行净化处理。同时采用线检修技术，能够最大限度地保证各程序稳定运行。5结语综上所述，在焦油净化期间，可从除尘、杂物清理等方面进行，以此保障输出煤气符合环保规范。A 焦化厂融合“电捕焦”“除硫”“PSA”各个工序，进行高精度的煤气净化处理。此种净化工艺的组合，能够保证焦油煤气的处理质量，净化处理的能耗不大，技术操作简明，具有较高的技术应用价值。参考文献：1王庆丰，王志峰.旋风分离器在焦炉煤气净化中的应用探讨J.冶金动力，2022（6）：37-40.2谷晓玲.新型焦炉煤气净化工艺的开发J.内蒙古石油化工，2022（5）：51-53.3程刚.焦炉煤气净化处理技术应用探讨J.清洗世界，2022（2）：50-52.4张淑娇，董丽丽，王力川，等.焦炉煤气净化工艺的研究进展J.山东化工，2021（23）：79-94.5初文，史学松，隋东宇，等.焦炉煤气净化终冷工艺的比较研究J.辽宁化工，2021（10）：1565-1571.责任编辑：陶小琳147