年产170万吨焦炭焦化厂COG净化工艺及设备初步设计(3)

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和焦油氨水分离槽两种，除渣和焦油氨水分离工序在不同设备内进行。焦油氨水分离槽的结构里面是锥形，外面为圆柱形的双层结构，这样可以巧妙地将油水分离槽、循环氨水槽和焦油脱水槽三者组合成为一体结构。另外，在油和水的界面处设置有乳化液的采出口。焦油氨水分离槽具有很多的优点，例如：操作简单、能耗低、分离效果好等。

因沉降除渣和静置分离工艺的转动设备少，主要靠静置分离，实际操作表明，可使焦油的含水量降低到2%以下，其分离效果极为良好。沉降除渣和静置分离工艺的流程如图2.2所示。

图2.2 焦油氨水的沉降除渣和静置分离工艺流程

C、带压力焦油脱水的焦油氨水分离工艺

经过气液分离器分离后得到的焦油氨水首先送入到焦油氨水澄清槽中，氨水从澄清槽的顶部自流入循环氨水槽。带刮板的焦油氨水澄清槽中的刮刀将焦油渣刮出并连续排至手推车内，槽底上方的含水焦油用泵抽送至压力焦油分离器，以保证焦油中尽可能少含固体颗粒。在压力焦油分离器中，可以将焦油和水进行高度分离，槽底的焦油渣由螺旋输送机沿焦油流动方向输送，并间歇排入焦油氨水澄清槽。上层的氨水在满流槽中，当氨水满了之后会自动地排至焦油氨水澄清槽，经过脱水后的焦油将会自流至焦油储槽。

这种流程最大的优点就是是占地面积小；缺点是传动设备比较多，因此维修工作量大，操作的工作量比较大，而且操作也比较复杂。

2.1.4 煤气中焦油雾的分离

焦炉煤气经过初步冷却器初步冷却后，还含有0.1~100μm的颗粒悬浮焦油雾，其含量为3~5g/m3，可通过高效率的电捕焦油器加以脱除，电捕焦油器的捕集效率在99%以上，捕集器后煤气中的焦油含量为20~50mg/cm3。在电捕焦油器沉淀极和电晕极之间的高压直流电场作用下，焦油雾被捕集在沉淀极上。以前，由于对电捕焦油器的重要性认识不足，再加上电捕焦油器本身存在不少问题，故国内不少焦化厂的电捕焦油器大多搁置不用，造成后续工序设备和管道的严重堵塞和腐蚀，甚至直接影响焦化产品的质量等不良后果[7]。

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根据电捕焦油器在焦炉煤气净化流程中不同位置的配置情况，一般可分为两种流程，即配置在鼓风机后的正压操作流程和配置在鼓风机前的负压操作流程。

电捕焦油器的负压操作流程：○1、煤气所含的3~5g/m3焦油雾可在鼓风机前充分脱除，减轻鼓风机冷凝液排出管的堵塞并减少吹扫次数；○2由于鼓风机的绝热压缩后的煤气升温在15℃左右，焦油雾中的萘会将会升华而使煤气中的含萘量增加。因此，经初冷后存在于煤气中的焦油雾在鼓风机前脱除是极其重要的。

电捕焦油器的正压操作流程：优点是煤气体积小，设备容量小。 电捕焦油器沉淀极的形式有三种，即同心圆式、圆管列管式以及蜂窝式。 同心圆式电捕焦油器的应用比较少，一般只在小型焦化厂中使用。

列管式电捕焦油器是传统形式。只要瓷瓶等附件及馈电形式适宜，设备尺寸选择正确，其捕雾效率是可以保证的。

蜂窝式电捕焦油器可以很好地利用材料，占用占用的空间少，设备布置紧凑，制造安装比较方便，而且操作管理容易。避免了列管式为了固定电晕极而存在无效空间的弊端。

2.2 焦炉煤气脱硫工艺

焦炉煤气中的硫化氢含量主要取决于炼焦用煤料中所含硫分，而氰化氢则是煤煤在焦炉中炭化时，煤气中的氨与红焦发生反应而生成的产物，即：

C+NH3 HCN+H2

焦炉煤气中硫化氢和氰化氢主要分布在初冷器后的焦炉煤气和初冷过程中形成的剩余氨水中。焦炉煤气脱硫脱氢的方法可以分为干法脱硫工艺和湿法脱硫工艺两种工艺。现代化的大型焦化厂均采用湿法脱硫脱氢工艺。

表2.1 脱硫脱氰方法

方法类型 湿式吸收法 湿式催化氧化法

名称 代亚毛克斯法 AS循环洗涤法 真空碳酸盐法 改良蒽醌法 萘醌法 苦味酸法 栲胶法 PDS法 HPF法

脱硫效率/% 约98 90~98 90~98 约99 约99 约99 约99 约99 约99

脱氰效率/% 约30 50~75 约85 约90 约90 约90 约90 约90 约90

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吸收剂、催化剂

氨 氨 碳酸钾 碳酸钠、蒽醌二磺酸 氨、萘醌磺酸 氨、苦味酸 碳酸钠、栲胶 碳酸钠、酞氰钴磺酸盐

氨、对苯二酚、双核酞菁钴六磺酸铵

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2.2.1 HPF法煤气脱硫脱氰

HPF法是湿式催化氧化法脱硫，其催化剂是HPF催化剂。用HPF催化剂脱硫脱氰是一种液相催化氧化反应，具有在脱硫和再生全过程中催化剂活性比较高和流动性比较好等突出优点[8]。

（1）HPF法煤气脱硫脱氰的工艺流程

HPF法煤气脱硫可分为正压流程（脱硫装置位于鼓风机后）和负压流程（脱硫装置位于鼓风机前）。在正压流程中，鼓风机后的煤气首先进入预冷塔，与塔顶喷洒液逆流接触，煤气被冷却到30℃后进入脱硫塔。为了提高脱硫系统的氨硫比，剩余氨水蒸馏后的氨气兑入预冷塔前的煤气中，或将氨气冷凝成浓氨水后兑入脱硫液中。

吸收硫化氢和氰化氢后的脱硫富液从脱硫塔底自流入到反应槽，然后用泵将脱硫富液抽送至再生塔进行再生。再生后就得到脱硫贫液，再将脱硫贫液通过液位调节器自流到脱硫塔中。

硫磺泡沫再经过浓缩后装入到熔硫釜，再经过加热脱水、熔融后制得硫磺产品。脱硫废液经添加装置回兑入炼焦煤中，其工艺流程图如图2.3所示。

图2.3 HPF法煤气脱硫脱氰装置的工艺流程

（2）对HPF法脱硫工艺的评价

优点：①HPF法脱硫工艺的整个过程中，催化剂的催化活性和流动性比较好； ②脱硫效率可满足《焦化企业准入条件》的要求；

缺点：①煤气脱硫过程中会产生富含硫氰酸铵和硫代硫酸铵等副盐的脱硫废液，且该废液难以处理。

②从再生塔顶排出的再生尾气带有大量的氨，如果将这部分尾气直接排放便会造成严重的二次污染。

③脱硫装置的产品硫磺纯度低，质量差，销路不畅。

④因脱硫塔的空塔速度低、液气比大和再生强度高，从而使脱硫装置的设备庞大，能耗高。

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2.2.2 真空碳酸钾法煤气脱硫

真空碳酸钾法煤气脱硫是利用碳酸钾溶液来吸收焦炉煤气中的硫化氢和氰化氢。由于硫酸钾的溶解度高于碳酸钠，即真空碳酸钾法煤气脱硫工艺脱硫液的碱度大于真空碳酸钠法，故脱硫效率略高于真空碳酸钠法。在脱硫塔上部设置碱洗段的情况下，真空碳酸钾法出口煤气的硫化氢含量可达到200mg/m3，可满足焦化企业准入条件的要求[9~10]。

（1）真空碳酸钾法煤气脱硫的基本原理 吸收反应

K2CO3+H2S=KHCO3+KHS K2CO3+HCN=KHCO3+KCN K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3

解析反应

KHCO3+KHS=K2CO3+H2S KHCO3+KCN=K2CO3+HCN 2KHCO3=K2CO3+CO2+H2O

副反应

2KHS+2O2=K2S2O3+H2O

K2CO3+H2S+0.5O2+HCN=KSCN+KHCO3+H2O

（2）真空碳酸钾法煤气脱硫的工艺流程

真空碳酸钾法煤气脱硫的工艺流程如图2.4所示。

图2.4 真空碳酸钾法煤气脱硫的工艺流程

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从图2.4中可以看出，焦炉煤气从脱硫塔下部进入到脱硫塔中，脱硫和脱氰后的煤气从脱硫塔顶离开，再经除雾器除去夹带的液滴后送后续工序处理。

由真空泵抽送并加压送往克劳斯装置或湿接触法制酸装置，回收硫磺或制取硫酸。为了提高脱硫效率，脱硫塔和再生塔均采用分段操作。

脱硫液在循环过程中因氧的存在而生成KSCN和K2S2O3等盐类，为了保证脱硫效率，必须外排少量的脱硫废液，该废液可送机械化焦油氨水澄清槽处理。

（3）对真空碳酸钾法煤气脱硫的评述

真空碳酸钾法煤气脱硫装置需要外购碱源，脱硫富液采用真空解析法进行再生，其操作温度低，能耗相对较低，脱硫效率可满足焦化企业准入条件的要求。酸性气体可用来生产质量高的硫酸和硫磺。但真空碳酸钾法脱硫工艺也有一些缺点，首选本身仍存在因副反应而产生的少量脱硫废液，废液增加了处理了难度，外排又会污染水源。此外，该装置必须设置在粗苯回收装置的后面，因此这将会增加管路和设备的腐蚀。

2.2.3 氨硫循环洗涤法煤气脱硫

氨水法煤气脱硫工艺是以焦炉煤气中的氨为碱源，含氨水溶液为介质，采用氨硫循环洗涤法（简称AS法）脱除焦炉煤气中的硫化氢[11]。该法由洗涤装置和脱酸蒸氨装置组成。

图2.5 洗氨和脱硫装置的工艺流程

①煤气净化系统中，需要将脱硫塔配置在洗氨塔的前面，因为这样可以用水洗氨得到的富氨水和脱酸蒸氨装置返回的脱酸贫液作为洗涤水来脱除煤气中的硫化氢气体。形成含氨和硫化氢的富液，再将含氨和硫化氢的富液送往脱酸蒸氨装置。

②在蒸氨装置中，分解氨水中的固定铵盐所需的碱液（NaOH），先在洗氨塔底部

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