焦炉煤气二次净化工艺改进探讨

柯忠男（本溪钢铁集团有限公司能源总厂，辽宁本溪　117000）



焦炉煤气二次净化工艺改进探讨

柯忠男
（本溪钢铁集团有限公司能源总厂，辽宁本溪117000）

【摘要】在焦炉煤气的二次净化工艺中，对原有工艺进行改进，可以高精度的脱除煤气中的萘、苯、焦油、H2S、氨等杂质，同时具备操作简单、运行成本低、节能环保等特点。

【关键词】焦炉煤气；二次净化；工艺改进

1　原有工艺简介

目前，本钢公司所使用的焦炉煤气均由焦化厂炼焦产生，经过焦化回收工艺处理后的焦炉煤气能够脱除大部分杂质，可以满足对煤气质量要求不高的用户。但随着钢铁产品逐渐向高端化发展，如果燃料中含有过多的杂质，势必影响产品质量，因此对焦炉煤气的质量要求也越来越高，所以从焦化厂出来的焦炉煤气必须进行二次净化。

本钢能源总厂某煤气加压站现有焦炉煤气二次净化的TSA精脱系统一套，由于该系统工艺设计存在缺陷，且来自于焦化厂的焦炉煤气质量较差，系统在脱萘时煤气中的H2S与填料反应形成固体硫化物，再生时进入解析气管网堵塞解析气管道，使管道管径减小，影响解析气排放，从而使脱萘塔无法进行再生；而净化后的煤气由于不能完全将内部杂质全部脱出，这部分煤气进入下一道工序煤气压缩机进行加压，焦炉煤气中的萘在高温高压下将会结晶，铵盐也会析出，对管道造成堵塞，同时也会损坏煤气压缩机的吸排气阀及气缸，造成频繁检修，而在低压下又不能满足用户要求，故需对此工艺进行改进，工艺图如图1。

如图1所示，一个吸附塔要实现脱硫、脱焦油、脱萘等杂质，效果不好；就目前的煤气质量，氨含量严重超标，煤压机检修频繁，煤气质量无法保证，所以此套设备及工艺急需得到改进。

2　技术改进

经相关技术人员讨论认为，可将现有精脱系统进行升级改造，利用现有设备实现两塔脱硫两塔脱萘、脱氨工艺，使煤气先进入脱硫塔，脱除H2S后再进入脱萘塔进行煤气精脱，减少固体硫化物的形成，防止固体硫化物堵塞解析气管道，恢复系统再生功能。

根据生产经验，将现有焦炉煤气精脱系统中1#、2#脱萘塔改造为脱硫、脱氨塔，3#、4#塔改造为脱萘塔，更换新填料，再生管路全部更换，同时增大再生加热器能力，提高换热面积，保证再生需要温度。

3　新工艺简介

3.1干法脱硫工序

从焦炉煤气主管网出来的原料气进入干法脱硫工序，此道工序由两个脱硫罐组成，从流程上可以实现“串/并联”的操作方式，通过手动开关系统中的连通阀门即可实现（如图2）。

脱硫罐内填装的吸附剂从底部开始分别为：耐高温瓷球、焦炭和脱硫剂，用于脱除单质硫及其硫化物等杂质。焦炭用于吸附颗粒较大的杂质，而脱硫剂是以Fe2O3为主要成份的颗粒状物质，平铺于瓷球和焦炭之上（如图3）。

原料气从塔底部入口管道及阀门进入吸附塔内，经瓷球分流后，煤气缓慢均匀地与脱硫剂进行充分接触，产生化学反应，将煤气中的硫化物脱除，具体化学反应如下：

当硫在脱硫剂中富集到一定程度后，在有水存在时，与焦炉煤气中含有的氧又会发生如下反应，将铁的硫化物又转化为氢氧化物：

而产生铁的氢氧化物又会与煤气中的硫化物发生如下反应：

所以，当焦炉煤气中有氧存在时，脱硫剂的脱硫和再生可同时进行。

从上述反应过程可知，煤气中的硫化氢被脱硫剂吸收，净化后的煤气从脱硫塔上部引出进入下一道工序，而经过反复反应的脱硫剂已不可再生，所以就需要定期更换脱硫剂。

图1　工艺图

图2　“串/并联”式干法脱硫工艺

图3　脱硫罐内工艺示意

3.2干法脱萘工序

从干法脱硫工序出来的焦炉煤气进入脱奈工序。本工序由两台吸附塔组成，正常生产时一台吸附、一台再生，通过系统内的阀门自动开关来实现切换吸附塔的操作。

塔内填装由耐高温瓷球、焦炭、活性炭等组成的混合吸附剂，用于脱除煤气中的萘、焦油、苯、氨、H2S等杂质。在改造前，塔内仅填装一层焦炭和一层活性炭，而改造后为了减少床层阻力，加快再生速度，床层内吸附剂分两层装填（如图4），延长了填料的使用寿命。

图4　脱萘吸附塔

每台吸附塔在生产过程中分别经历吸附、加热、冷吹三个过程，实现焦炉煤气的二次净化。现将每个过程介绍如下：

（1）吸附：原料气从吸附塔底部进入塔内，煤气中的萘、焦油、苯等强吸附性的杂质被塔内的吸附剂吸附，一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳（即二次净化后的焦炉煤气）等弱吸附性组分穿过吸附剂从塔顶部的出口管道及阀门送往下一道工序。当吸附时间达到程序预先设定的时间后（340 h），自动关闭吸附塔的进、出口阀门，终止焦炉煤气的进料，停止吸附，转入再生程序。

（2）加热：开启加热阀门，净化后的焦炉煤气经煤气压缩机加压后，再经过温度为150℃以上的蒸汽加热器加热，从吸附塔的顶部管道及阀门进入塔内，对塔内的吸附剂进行加热。考虑到吸附塔内料层较厚，为防止从顶部进入塔内的加热净化气到塔底部时温度不够，又引入一路管道至塔中部，这样形成两路加热气为塔内填料进行加热。进入塔内的高温气体将吸附剂内孔里所吸附的杂质全部气化解吸，随高压加热气一同从吸附塔底部带出，进入焦炉煤气主管网，供给对焦炉煤气品质要求不高的用户使用，从而使塔内的吸附剂得到再生。在达到程序所设定的加热时间后（240 h），自动关闭再生气的出入口阀门，加热程序结束。

（3）冷吹：加热程序结束后，程序自动开启冷吹阀门，用常温下的经过煤气压缩机加压的净化气从吸附塔顶部和中部进入，将塔内吸附剂的余热带出。在达到程序所设定的冷吹时间后（100 h），冷吹进出口阀门自动关闭，冷吹程序结束，准备进入下一次的吸附程序。

每台吸附塔的吸附程序完全相同，只是顺序上相互错开，以保证煤气净化过程连续进行，从而得到稳定的净化煤气，具体工艺布置如图5。

图5　焦炉煤气二次净化工艺图

4　结语

本套煤气净化系统，主要对焦炉煤气进行二次净化处理，使焦炉煤气能够达到用户的使用要求。此工艺不使用动力设备，没有电消耗，达到了节能的目的，而且具有结构紧凑、流程简单、自动化程度高、易于操作等特点。

本套净化工艺自改进投产以来，设备已连续运行一年多，没有发生解析气管道堵塞现象，既实现了焦炉煤气的净化，又降低了检修及换料成本，为企业的节能降耗作出了一定的贡献。

[参考文献]

[1]曾凡华，殷文华，李克兵，张杰，郜豫川.焦炉煤气干法净化变温吸附工艺[P].中国：200810045657.4，2008-12-17.

[2]郭永强.焦炉煤气二次净化新工艺[J].广州化工，2009（4）.

制氧

A Discussion on Upgrading of the Secondary Purifying Process for Coking Gas

KE Zhongnan
(The Energy Plant of Benxi Iron and Steel Group Co., Ltd., Benxi, Liaoning 117000, China)

【Abstract】Once the existing secondary purifying process for coking gas was upgraded, impurities such as naphthalene, benzene, tar, H2S and ammonia in coking gas can be accurately removed while the optimized process is easy to operate, low operation cost and more environment friendly.

【Keywords】coking gas; secondary purification; process improvement

作者简介：柯忠男（1984-），男，2005年毕业于辽宁石油化工大学机电技术应用专业，工程师，现从事煤气运行管理工作。

收稿日期：2015－06－09

【中图分类号】TQ546.5

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2015)10-0015-03