焦炉煤气制合成气的脱硫及净化工艺技术

引言

众所周知, 中国是一个炼焦大国, 在众多焦炉仓促建成之后, 由于相应设施不配套, 致使一些企业“焦而不化”现象层出不穷, 大量的焦炉煤气被直接的燃烧排放, 既是对环境的严重污染, 也是对资源的极大浪费, 因而也被人们称其为“点天灯”。如何有效的利用焦炉煤气将资源变“废”为“宝”, 备受人们的关注, 随着科技技术的不断创新, 我国的焦炉煤气净化技术日臻成熟:煤气冷却、焦油、除萘脱硫脱氰等7项工艺也达到了世界领先水平, 焦炉煤气的综合利用计划, 能更大化的利用资源, 符合了我国保护环境、绿色循环经济和可持续发展的要求。

一、气体组成部分

焦炭生产过程中, 当煤炭高温干馏温度达550℃时, 生成焦炉煤气, 其中含有萘、苯、硫醚、噻吩、焦油、硫磺、CS2、HCN、H2S、NH3、COS等。焦炉煤气净化途径中, 回收化工产品提取可形成回炉煤气, 其中含有CO21.5~2.5、O20.3~0.7、CnHm2~3、N23~5、CO5.5~7、H254~59、CH423~28, (%, 体积百分比计) 。

二、净化技术

1. 净化工艺

焦炉煤净化工艺的特点有设备类型多、操作参数复杂、处理量大、流程量大以及工序多等。在净化技术的具体应用中, 需结合实际情况, 合理选取焦炉煤气净化工艺。一般而言, 常见的7道基本工序有:煤气冷却、除焦油雾、煤气输送、除萘、脱苯、洗氨、脱硫脱氰等, 具体应按实际生活中的工序进行组合匹配。

在焦炉煤气净化的各工序中, 常规的净化工艺技术如下: (1) 煤气冷却:上升管氧化冷却与荒煤气显热利用、两段式多段冷却、循环氨水余热利用; (2) 除焦油雾:热氨水清扫与蜂窝形电捕器、电捕器高效高压直流电整流、电捕器绝缘箱氮封; (3) 除萘:葸油除萘与再生、轻质焦油洗萘、富油洗萘与再生 (4) 脱苯:高效换热设备、高效加热炉、高效填料吸收塔与旋流板捕雾器、高效脱苯塔 (5) 洗氨:无饱和器生产硫铵、喷洒式饱和器生产硫铵、浓氨气分解、蒸氨槽蒸汽射节能 (6) 脱硫脱氰:真空表格碳酸盐法、AS循环洗涤法、代亚毛克斯法、FRC法、萘醌酸盐法、HPF法。【3】

2. 脱硫工艺

众所周知, 焦炉煤气净化的主要工艺, 取决于脱硫脱氰, 常见的是干湿法脱硫两种工艺, 干法脱硫工艺较湿法脱硫工艺而言局限性强, 而湿法脱除HCN和H2S应用较广。在焦炉煤气脱硫脱氰净化过程中, 废液处理技术常与湿法脱硫结合应用, 工艺流程组成不同, 选择性强。实际生活中, 可将干湿法脱硫两种工艺的优点相结合并利用。关于脱硫净度问题, 因地制宜的根据后续用户净化后对焦炉煤气中HCN和H2S的含量不同, 进而选择相应脱硫效率的脱硫工艺。

3. 转化工艺

转化工艺可以说是焦炉煤气处理的最后一道工序。焦炉煤气在经历了脱硫脱氰等净化工艺之后, NH3、H2S、焦油、苯、萘等被脱除, 达到一定的燃料标准之后可以用作工业燃料和城市燃气的使用, 然而要是用作天然气的原料气, 需烃类物质CnHm的转化处理, 使高碳烃类和甲烷这类焦炉煤气中的残余物转化并得到H2+CO。【4】并且还要将留有残余的硫醇、硫醚、噻吩、COS、CS2等进行后续的催化转化, 否则便会引起中毒, 因此转化过程中, 净化环节很关键。传统法采用干法催化与吸附, 虽然净化设备精制, 净化工序多, 但是消耗重金属做吸附剂, 毒物也不能被回收利用, 而且饱和后被废弃会造成二次污染, 存在严重弊端。目前, 采用制取天然气转化工艺中的非催化法和催化转化法较为常见。

(1) 催化转化法

焦炉煤气在经历了粗脱硫脱氰净化和焦化副产物的回收以后, 使得有机硫含量0.4mg/m3, H2S含量20mg/m3以下, 被输送到气柜内进行沉降缓冲, 当到达稳压之后放入焦炉煤气压缩机中加压达到2.5MPa, 然后在送入干法铁钼加氢高温精脱硫装置, 进行无机硫与有机硫水解的高温脱除, 使得焦炉煤气中的总硫含量脱除到0.1mg/m3以下。最后一步就是将脱硫后的高温的焦炉煤气放进转化炉, 进行催化部分氧化反应, 使高碳烃及甲烷转化为H2+CO合成气, 至此可用于天然气的合成。

(2) 非催化转化法

焦炉煤气经过初净化处理和副产品的回收被存储于气柜中, 在毒物无要求的纯氧非催化化转化装置中放入煤气鼓风机, 【5】转化反应过程中需1400~1500℃的高温, 使得焦炉煤气中的有机硫化物裂解成H2S, 烃类化合物裂解为CO和H2, 再经过DDS脱硫, 脱除残余的H2S, 再次生成吸收液, 然后进行硫磺回收。将脱硫后的粗合成气再进一步的被压缩到5MPa在放入精脱硫装置, 使粗合成气中的总硫脱达到0.1mg/m3以下, 进而制得可用于天然气的精制合成气。