焦炉煤气一塔式脱硫技术研究及应用
摘 要：为了达到GB 16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》中关于焦炉煤气中焦炉煤气在燃烧时排放SO2的浓度不大于50 mg/m3的要求，山西焦化集团有限公司从2014—2015年对现有的煤气脱硫系统进行了焦炉煤气H2S 含量提标改造。针对改造现场场地小、毗邻苯装置区特点，提出此次工艺流程短、占地面积小，充分利用竖向空间的要求。此次改造选用了PDS一塔式脱硫技术，该技术具有流程短、占地面积小、投资少等特点。生产结果表明，一塔式脱硫技术可将焦炉煤气中的H2S浓度脱除至小于20 mg/m3,满足国家环保要求。
关键词：焦炉煤气；一塔式脱硫技术；H2S浓度；塔后指标
0 引 言
随着现代工业的飞速发展，环境污染日益加剧，环保已成为人们越来越关注的问题。2012年10月1日GB 16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》[1]针对焦化企业副产物焦炉煤气利用及排放提出了新的严格标准，要求焦化企业副产的焦炉煤气燃烧排放时SO2的浓度不大于50 mg/m3。山西焦化集团有限公司采用的AS脱硫系统[2]、ADA脱硫系统、真空碳酸钾脱硫系统[3]脱硫塔后H2S指标分别为700、300、300 mg/m3，无法达到焦炉煤气燃烧排放时SO2浓度不大于50 mg/m3的要求。因此，寻找新的脱硫方法，降低塔后H2S的含量，已迫在眉睫。焦炉煤气脱硫技术分为湿法脱硫技术和干法脱硫技术2种[2]，其中主要有改良ADA脱硫[5]、PDS脱硫法、HPF脱硫法等，一次脱硫均可将焦炉煤气的H2S含量脱除到200 mg/m3左右，若要达到GB 16171—2012的要求，需做进一步研究。经多次调研、论证、比选后，决定采用PDS一塔式脱硫技术[3-4]。项目分2期进行，一期为一回收焦炉煤气脱硫系统改造，2014年11月投产；二期为二、三回收焦炉煤气脱硫系统改造，2015年6—8月先后投产。截至2016年8月，3套系统运行稳定，出口H2S浓度均小于20 mg/m3。
1 技术选择及工艺原理
1.1 工艺选择
自2012年10月起，山西焦化集团有限公司技术人员开始脱硫工艺选择，先后对国内现有改良ADA脱硫[5]、一塔式脱硫[6]、空塔脱硫[7-8]、超重力脱硫[9]、塔内件改造及塔体加高等脱硫技术进行了研究，提出了5种方案：① 在现脱硫塔前串联空塔。② 在现脱硫塔后串联一塔式脱硫再生塔。③ 现脱硫塔后串联干法脱硫设备。④ 现脱硫塔后串联超重力脱硫设备。⑤ 在原有装置上进行塔内件改造并将塔体加高。
在对各种技术优缺点比较的基础上，结合现场设备多、空间小、需保持原有系统连续生产等实际情况，于2013年8月确定方案②，选用PDS脱硫技术[10-12]，在现脱硫系统后串联一塔式脱硫再生塔，一塔式脱硫再生塔是将再生塔置放在脱硫塔顶部，具有工艺流程简化、设备数量少、占地面积小，投资少等特点[13-14]。
1.2 工艺原理
煤气进入脱硫塔与塔顶喷淋下来的脱硫液逆向接触[15]，以吸收煤气中的H2S，吸收了H2S、HCN的脱硫液从塔底流出经液封槽进入反应槽，然后用循环泵送入脱硫段上部的再生段。
再生采用自吸式喷射再生。经自吸喷射器，空气与脱硫液充分混合，发生氧化、再生反应。再生段浮选出的硫泡沫液从再生段硫泡沫出口排出，送二回收的熔硫装置处理，产生的清液返回系统运行。再生后的脱硫液经液位调节器后自动流入脱硫段循环使用。焦炉煤气一塔式脱硫工艺流程如图1所示。
图1 焦炉煤气一塔式脱硫工艺流程
Fig.1 Process of tower desulfurization of coke oven gas
2 PDS一塔式脱硫系统工艺
2.1 一回收焦炉煤气脱硫系统改造
2.1.1 项目概况
一回收焦炉煤气脱硫系统改造项目煤气处理量为50 000 m3/h，采用Φ6 000/8 000脱硫再生一体塔，脱硫液循环泵流量1 100 m3/h，2014年3月完成招投标，4月开始现场施工，11月完成现场对接并顺利投产。投产后煤气进口H2S含量700 mg/m3，塔后H2S含量小于20 mg/m3。
2.1.2 项目72 h考核
一回收焦炉煤气脱硫系统改造项目自2015年1月27日起，对该项目进行了72 h考核，煤气量基本达设计指标情况下，循环液量为设计指标的75%左右，塔后H2S含量lt;20 mg/m3,考核结果合格。一回收焦炉煤气脱硫系统改造项目72 h考核见表1。
2.1.3 项目运行
一回收焦炉煤气脱硫系统改造项目将事故检修槽纳入了脱硫液循环模式中，即脱硫液循环时由脱硫塔底到事故检修槽再由事故检修槽到脱硫塔顶再生槽，自投产以来，运行平稳，塔后H2S含量在10～19 mg/m3，达到≤20 mg/m3改造目标要求。脱硫液按照试运行期间的流量循环，部分喷射器有堵塞现象发生，需要定时敲击处理。
表1 一回收焦炉煤气脱硫系统改造项目72 h考核
Table 1 Assessment form of one recovery coke oven gas desulfurization system project 72 h
注：脱硫塔前H2S浓度及脱硫塔后H2S浓度 每列的4个数值分别为每天测定4次的数值。
2.2 二回收焦炉煤气脱硫系统改造项目
2.2.1 项目概况
二回收焦炉煤气脱硫系统改造项目煤气处理量为62 400 m3/h，采用Φ6 800/10 000脱硫再生一体塔，脱硫液循环泵流量 1 500 m3/h。2014年12月完成了图纸审核、订货合同签订工作；2015年3月，开始现场施工；8月现场改造建设完成，投产后煤气进口H2S含量300 mg/m3，塔后H2S含量小于20 mg/m3。
2.2.2 项目72 h考核
二回收焦炉煤气脱硫系统改造项目自2015年11月16日起，对该项目进行了72 h考核，煤气量基本达设计指标情况下，循环液量为设计指标的55%左右，塔后H2S含量lt;20 mg/m3,考核结果合格。二回收焦炉煤气脱硫系统改造项目72 h考核数据见表2。
表2 二回收焦炉煤气脱硫系统改造项目72 h考核
Table 2 Assessment form of two recovery of coke oven gas desulfurization system project 72 h
注：脱硫塔前H2S浓度及脱硫塔后H2S浓度 每列的4个数值分别为每天测定4次的数值。
2.2.3 项目运行情况
二回收焦炉煤气脱硫系统改造项目剔除了脱硫液事故检修槽循环模式，即脱硫液循环时直接由脱硫塔底到脱硫塔顶再生槽，脱硫液循环量500～600 m3/h,塔后H2S含量在10～19 mg/m3，达到≤20 mg/m3改造目标要求。但是从试生产开始，脱硫液循环液一加量，再生槽就出现冒槽的现象，直至2016年6月，停车检修清除再生槽脱硫液进口处炭球等杂质后，系统才恢复正常。在运行过程中，部分喷射器有堵塞现象，需要定时敲击处理。
2.3 三回收焦炉煤气脱硫系统改造项目
2.3.1 项目概况
三回收焦炉煤气脱硫系统改造项目煤气处理量为62 400 m3/h，采用Φ6800/10000脱硫再生一体塔，脱硫液循环泵流量 1 500 m3/h。2014年12月完成了图纸审核、订货合同签订工作；2015年1月开始现场施工；6月现场改造建设完成，投产后煤气进口H2S含量300 mg/m3，塔后H2S含量小于20 mg/m3。
2.3.2 项目72 h考核
三回收焦炉煤气脱硫系统改造项目自2015年11月16日起进行了72 h考核，煤气量基本达设计指标情况下，循环液量为设计指标的55%左右，塔后H2S含量lt;20 mg/m3,考核结果合格。三回收焦炉煤气脱硫系统改造项目72 h考核数据见表3。
表3 三回收焦炉煤气脱硫系统改造项目72 h考核
Table 3 Assessment form of three recovery coke oven gas desulfurization system project h 72
注：脱硫塔前H2S浓度及脱硫塔后H2S浓度 每列的4个数值分别为每天测定4次的数值。
2.3.3 项目运行情况
三回收焦炉煤气脱硫系统改造项目剔除了脱硫液事故检修槽循环模式，即脱硫液循环时直接由脱硫塔底到脱硫塔顶再生槽，脱硫液循环量1 000～1 100 m3/h,塔后H2S含量在10～19 mg/m3，达到≤20 mg/m3改造目标要求。部分喷射器有堵塞现象，需要定时敲击处理。
2.4 运行情况对比
一回收与二、三回收的煤气脱硫改造项目在原理上是相同的，运行都可满足塔后H2S浓度lt;20 mg/m3的生产要求。项目实施之初，考虑到脱硫液循环量较大，直接从脱硫塔底抽取会导致塔底脱硫液抽干现象的发生，所以在一回收脱硫系统改造时将事故检修槽纳入脱硫液循环体系，项目投产后该现象并没有发生，故在二、三回收脱硫系统改造时，不再将事故检修槽纳入脱硫液循环体系。
3 结 论
1)山西焦化集团有限公司焦炉煤气脱硫系统改造项目3个子项目与原二回收脱硫系统采用了相同的脱硫剂；各系统脱硫液可相互补充，便于控制，整体运行费用低，且员工操作熟练，有利于系统开车后的安全稳定长周期运行。
2)截至2016年8月，山西焦化集团有限公司焦炉煤气脱硫系统改造项目的一回收改造脱硫系统已稳定运行21个月，二回收稳定运行14个月，三回收稳定运行16个月，塔后H2S含量指标皆控制在20 mg/m3之内，达到了改造目的。
3)3个系统脱硫改造后，每年可多生产硫磺约260 t；净煤气燃烧后，尾气SO2年少排放约500 t，满足了生产系统经济环保的指标要求。
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Research and application of tower desulfurization technology for coke oven gas
Abstract :In order to achieve the SO2 emission being no more than 50 mg/m3 in coke oven gas according to the "GB 16171—2012" standard in coking chemical industry,Shanxi Coking Group Limited company updated and reconstructed the desulfurization system from 2014 to 2015.The vertical space was considered adequately used for shortening the process,because of the limit of place and adjacent to benzene unit.The PDS tower desulfurization technology was adopted during technical reforming.The technology had the advantages of short process,small footprint,less investment,etc.Results show that the H2S concentration in coke oven gas can be reduced to less than 20 mg/m3,which can completely meet the requirements of national environmental protection.
Key words:coke oven gas;tower desulfurization technology;H2S concentration;post column index
中图分类号：TQ546.5
文献标志码：A
文章编号：1006-6772(2017)03-0128-05
收稿日期：2016-10-24；责任编辑孙淑君
DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2017.03.025
引用格式：高翔.焦炉煤气一塔式脱硫技术研究及应用[J].洁净煤技术，2017，23(3)：128-132.
Gao Xiang.Research and application of tower desulfurization technology for coke oven gas[J].Clean Coal Technology，2017，23(3)：128-132.
