中国炼焦行业协会

真空碳酸钾脱硫工艺的介绍

  • [中焦协] 2006年12月22日 15:35
  • 10-12-15 13:12:08
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    (马钢股份有限公司煤焦化公司张大力 毕振清)
    摘 要:本文简要介绍了马钢新区焦炉煤气净化系统的工艺流程,详细介绍了真空碳酸钾脱硫单元和克劳斯生产元素硫单元的工艺流程、主要参数、主要设备及其工艺特点。
    关键词:真空碳酸钾脱硫 硫回收 工艺介绍
    1 概述
    马钢新区焦炉煤气净化系统是与2×70孔7.63m大容积焦炉(年产干全焦220万吨)相配套,煤气处理量为13万m3/h,采用的脱硫、脱氰、脱氨工艺为喷淋饱和器生产硫铵、真空碳酸钾脱硫、克劳斯生产元素硫工艺(简称真空碳酸钾工艺),下面对此工艺进行介绍。
    2 工艺流程
    煤气净化工艺由冷凝鼓风、硫铵、终冷洗苯、脱硫、硫回收、粗苯蒸馏等单元组成,其工艺流程见图1,在此主要介绍脱硫单元和硫回收单元的工艺流程。
    
    

    
    图1 煤气净化工艺流程图
    2.1 脱硫单元
    脱硫单元的工艺流程见图2:
    来自洗苯塔后的煤气先经过分离器除去从洗苯塔夹带的油滴,然后进入脱硫塔,煤气温度约在27℃,压力约为9kPa。脱硫塔下部填充聚丙烯鲍尔环填料,吸收剂是再生塔底来的贫液(K2CO3溶液),贫液在聚丙烯鲍尔环填料顶部喷洒,煤气自下而上与贫液逆流接触,煤气中的H2S、HCN、CO2等酸性气体被吸收,其主要反应为:
    2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O
    K2CO3 + H2S = KHS + KHCO3
    K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3
    K2CO3 + 2HCN = 2KCN + CO2 + H2O
    为了进一步降低焦炉煤气中H2S含量,在脱硫塔上部增加了一个NaOH溶液洗涤段。在该洗涤段,用于分解蒸氨塔剩余氨水中固定铵盐的NaOH溶液首先用于洗涤经K2CO3溶液喷淋后的焦炉煤气中的H2S,将50%(wt.%)NaOH溶液用软水稀释到5%,5%的NaOH溶液在NaOH溶液洗涤段使用后,送往蒸氨塔分解固定铵盐。脱硫后的净煤气去用户。
    
    

    
    脱硫塔底得到的富液通过泵先送入碱液循环槽,再经富液/贫液换热器与再生塔底出来的热贫液换热后,由顶部进入再生塔再生,再生塔内装有聚丙烯鲍尔环填料,再生塔在真空低温下运行,富液在塔底再沸器内由热源间接加热,使酸性成分解吸,其反应如下:
    2KHCO3 = K2CO3 + CO2 + H2O
    2KHS + CO2 + H2O = K2CO3 + 2H2S
    KCN + KHCO3 = K2CO3 + HCN
    富液解吸所需的热量由一台蒸汽再沸器和两台热水再沸器提供,每台再沸器提供所需热量的50%。正常条件下,克劳斯装置所产的低压蒸汽全部用于蒸汽再沸器,其余的热量由热水提供,热水是在初冷器和脱硫单元之间循环使用。当一台热水再沸器不能正常使用,所需的热量由外部蒸汽管网提供的低压蒸汽补足;一旦当一台蒸汽再沸器不能正常供应时,所需的热量由热水提供,每台热水再沸器提供所需热量的50%。
    再生后的贫液经贫富液换热和冷却器冷却后,由顶部进入脱硫塔循环使用。
    再生塔顶出来的酸性气体进冷凝冷却器,经分离器除去冷凝液后,经真空泵将酸性气体送至硫回收工段。
    新碱(KOH)贮存于槽中,并通过计量泵向循环碱液槽中补充。软水用于循环碱液系统的补水,补入循环碱液槽内。为了调整循环碱液中盐的含量,部分溶液必须外排。废液可以排放到已有的煤气净化装置里。
    
    2.2 硫回收单元
    从再生塔顶来的酸汽(含有H2S、HCN和少量的NH3及CO2)送入一个带特殊燃烧器的克劳斯炉,见图3:
    
    

    
    在克劳斯炉燃烧室内加入主空气,使约1/3的H2S燃烧生成SO2,SO2再与2/3的H2S反应生成元素硫,反应热可使过程气维持在1100℃左右,当酸汽中H2S含量较低时,尚需补充少量煤气。在燃烧室和催化床中同时发生HCN和NH3的分解反应。为达到尽可能高的H2S转化率,通过在催化床后部加入辅空气来调整H2S/SO2。
    克劳斯炉内发生以下反应:
    H2S + 3/2 O2 = SO2 + H2O
    2H2S + SO2 = 3/x SX + 2H2O
    2NH3 = N2 + 3H2
    2HCN + 2H2O = N2 + 2CO + 3H2
    由克劳斯炉排出的高温过程气,经废热锅炉冷却,安装在废热锅炉出口处的迷宫式分离器将冷凝出来的液态硫磺分离,回收的热量生产120℃、0.15MPa的低压蒸汽。由废热锅炉排出的过程气仍含有H2S与SO2,使其进入克劳斯反应器,进一步使H2S与SO2反应趋于完全,主反应如下:
    2H2S + SO2 = 3/x SX + 2H20
    为达到克劳斯反应器进口温度的要求,将部分克劳斯炉出来的热过程气掺入冷却后的过程气中,热过程气量通过废热锅炉的中央管来控制。
    克劳斯反应器出来的过程气经硫冷凝器冷却,再经分离器分离出液硫,经硫封槽汇入液硫贮槽贮存,定期用泵抽出送至硫结片机生产固体硫磺,装袋称量外销。
    废热锅炉带有一个外置汽包,外置汽包内装有换热管束,将克劳斯反应器出来的热过程气冷却到约140℃。冷却后的尾气(温度约为140℃、压力约为0.02MPa)送入初冷器前荒煤气管道里。废热锅炉所产蒸汽用于再生塔的蒸汽再沸器。
    废热锅炉所需软水由外部送来,首先进入锅炉供水处理槽,槽内通入直接蒸汽加热,进行蒸吹除氧,为使锅炉供水符合标准,由试剂泵向水中加入化学试剂。经处理后的软水用泵抽出,进入废热锅炉。
    克劳斯炉装有火焰监视器,并设有安全关闭机构,当出现酸汽、空气流量太小,煤气、空气压力过低或锅炉液位过低等不正常状态时,克劳斯炉将自动关闭,酸汽送往初冷器前煤气管道。
    
    3 主要参数
    3.1 煤气净化指标
    焦炉煤气净化前后的H2S、HCN含量见表1:
    表1 焦炉煤气净化前后的H2S、HCN含量
    煤气指标 H2S含量(mg/m3) HCN含量(mg/m3)
    粗焦炉煤气 <7600 <1500
    净焦炉煤气 <200 <300
    
    3.2 主要技术操作指标
    脱硫塔进口煤气温度 27 ℃
    脱硫塔操作压力 9 kPa
    再生塔内温度 67~72 ℃
    再生塔操作压力 -20 kPa
    K2CO3溶液循环量 150~160 m3/h
    3.3 化学试剂及公辅介质消耗指标
    脱硫单元和硫回收单元的化学试剂及公辅介质消耗指标见表2:
    表2 化学试剂及公辅介质消耗指标
    项目 消耗指标 项目 消耗指标
    50% KOH溶液 770 kg/d 软水 7.5 m3/h
    50% NaOH溶液 270 kg/h 热水 1000 m3/h
    循环冷却水 1300 m3/h 低压蒸汽 9 t/h
    低温冷却水 270 m3/h 电力 760 kW
    
    4 主要设备
    脱硫塔2座(DN5000,H=22600,材质Q235-A)、再生塔2座(DN5400,H=27600,材质Q235-A)、克劳斯装置2套、抽真空系统2套。
    
    5 工艺特点
    5.1 脱硫采用真空解吸法再生
    该工艺富液再生采用真空解吸法,操作温度为67~72℃,脱硫和再生系统均在低温低压下运行,腐蚀弱,对设备材质要求不高,吸收塔、再生塔及大部分设备材质为碳钢,使整个装置投资减少。
    5.2 煤气净化效果好
    该脱硫工艺属于湿式吸收法,正常工况下,脱硫效率可达95% 以上,脱氰效率可达80%,且在脱硫塔上部增加了一个NaOH溶液洗涤段,进一步降低了煤气中H2S含量,可使净煤气中H2S含量降到200 mg/m3以下,满足环境保护和一般冶金燃气的质量要求。
    5.3 硫磺转化率高、质量优
    硫回收采用酸汽部分燃烧法与催化转化的克劳斯工艺流程,H2S的转化率达96%,所得产品固体硫磺的纯度高达99.5%,是优质化工原料。
    5.4 余热利用
    本工艺设置废热锅炉及贫富液换热器,最大限度地利用过程气及贫液的余热,节省了能源,提高了整个装置的热效率。
    再生塔的热源为废热锅炉所产的蒸汽或初冷器所产的热水,不需外加蒸汽;贫液与富液进行热交换,既降低了贫液的温度,又提高了富液的温度,即节约了冷却水和蒸汽的消耗。
    5.5 环境保护好
    本工艺产生的克劳斯尾气返回吸煤气管道,不污染大气,而尾气中剩余H2S还可继续回收,可燃成分也得到利用。
    5.6 系统运行的可靠性和稳定性好
    该工艺脱氨与脱硫相互独立,工序之间的适应性较好,对公用介质(蒸汽和低温水)的要求相对较低,遇有停电、停汽、停水等特殊情况时,系统恢复生产的时间较短,系统运行的可靠性和稳定性好。
    

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