焦炉煤气净化工艺的应用及发展

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1、 焦炉煤气净化工艺的应用及发展摘要本文对我国煤气净化技术的历史、现状以及今后的发展进行了探讨，又对焦炉煤气净化工艺做出了全面分析，对煤气净化新工艺做了简单的介绍而且讲述了煤气净化工艺的研究进展，并推荐采用的焦炉煤气净化工艺流程以及各单元中应采用的行之有效的环保、节能技术。目录第一章、焦炉煤气净化工艺经历的发展历程.4 第二章、焦炉煤气净化工艺.5 1、传统的煤气净化工艺流程.51.1 煤气净化系统组成.61.2 煤气净化系统主要工艺特点.62、 煤气净化的内容及技术现状.62.1 焦炉煤气净化的方法.7 2.2 煤气净化工艺的主要工序.7 3、 现有焦炉煤气净化技术存在的问题.84、 煤气净化

2、新技术探讨.8 4.1 焦炉煤气的构成.84.2 煤气净化新工艺简述.94.3 煤气净化新工艺特点. 94.4 煤气净化新工艺的积极效果.104.5 工艺流程与原理.10第三章、焦炉煤气净化工艺研究进展.111、 国内外焦炉煤气净化工艺的发展.112、对焦炉煤气净化工艺的建议.11 第四章、总结.12参考文献.13第一章 焦炉煤气净化工艺经历的发展历程焦炉煤气净化工艺经历的发展历程 我国焦炉煤气净化发展是与炼焦工业的发展紧密相连的。建国以来，随着炼焦工业的发展，煤气净化工艺从无到有，蓬勃发展，技术水平和装备水平得到了不断提高。大体上经历了三个时期。 第一个时期是20世纪 50 年代末到 60

3、年代中期，我国焦化厂的焦炉煤气净化工艺 主要是以 50 年代从原苏联引进的工艺为基础、消化翻板饱和器法生产硫铵的老流程，以当时的武钢焦化厂、包钢焦化厂、鞍钢化工总厂、太钢焦化厂、马钢焦化厂等一批大型厂为代表。但该工艺存在流程陈旧、能耗高、环保措施不健全、装备水平低等问题。主要表现在初冷采用立管冷却器，冷却效率低；硫铵装置设备庞大，煤气阻力大，产品质量差，设备腐蚀严重；没有配套建设脱硫装置，终冷系统不能闭路，对大气和水体污染严重；在粗苯蒸馏系统采用蒸汽法，不但耗用大量蒸汽，产品质量也得不到保证。第二时期是从60 年代中期至70 年代末期，随着我国自行设计的58 型焦炉不断推广及炭化室高 5.5

4、米焦炉的诞生，对煤气净化工艺开展了与石油、化工行业找差距进行技术革新的阶段。在广大技术人员的努力下，在此期间我们将初冷流程改为二段冷却；开发了多种油洗萘代替终冷水洗萘；研制成功了终冷水脱氰生产黄血盐，解决了终冷水的污染问题；推广采用了溶剂脱酚和生物脱酚装置；以管式炉脱苯代替蒸汽脱苯，开发了双塔、单塔脱苯新工艺；在个别焦化厂设置了改良ADA 脱硫装置（如：梅山焦化厂、北京焦化厂等）。第二章 焦炉煤气净化工艺在炼焦过程中原料煤中的30 %35 %的硫转化成 H2S 等硫化物 ,与 NH3 和 HCN 等 一起形成煤气中的杂质 ,煤气中的 H2S 的含量一般为 58g/ m3, HCN 的含量为 1

5、215g/ m3。而 H2S 和 HCN 具有很强的腐蚀性、毒性 ,在空气中含有 011 %的 H2S 就能使人致命, 当焦炉煤气最终用作燃料时 ,硫化氢及燃烧产物二氧化硫均有毒 ,会严重污染环境 ,所 以煤气作为燃料使用之前必须进行净化。炼焦工业不仅生产焦炭 ,同时也生产净煤气。第一节 传统的煤气净化工艺流程传统的煤气净化工艺流程 通常，焦炉煤气净化的流程为： 荒煤气 气液分离器初冷器电捕焦油器鼓风机预冷-初脱萘脱硫饱和器法 脱氨终冷洗萘脱苯净煤气； 为满足城市煤气等需要，净煤气深度净化系统的流程为： 净煤气加压输送冷却深脱萘深脱硫城市煤气。在焦炉的中需要要净化的是干馏生产焦炭的过程，原料煤

6、在焦炉的炭化室中在 11001300左右的情况下，生成焦炭，并伴有大量荒煤气产生。焦炭作为高炉炼铁的主 要原料；而荒煤气经过净化处理可以作为城市供气，同时回收生成粗笨等副产品。 焦炉系统主要有以下几个部分：燃气系统、废气系统、集气管系统及辅助系统。 1.1煤气净化系统组成（1）、冷凝部分：荒煤气中含有大量的焦油，首先要经过初冷器冷凝回收大部分的 焦油，产生的冷凝液循环冷凝回流量要调节。 （2）、电捕部分：电捕焦油器对从初冷器出来的煤气进一步去除含有的少量焦油， 这里面电部绝缘箱的温度要控制在一定的范围内，超过范围要联锁，停鼓风机，电捕后煤 器含氧量如果过高的话也要联锁停鼓风机。 1.2 煤气净

7、化系统主要工艺特点（1）初冷器采用高效横管冷却器，将煤气冷却到2122，在初冷器中分段喷洒焦油氨水混合物，使煤气中的大部分萘通过初冷脱除，从而实现了煤气降温、除油、除萘 的目的，确保后序设备无堵塞之患，又大幅度降低了操作费用和工程投资。 （2）电捕焦油器为蜂窝式，蜂窝为不锈钢，塔顶有绝缘箱。 第二节 煤气净化的内容及技术现状2.1 焦炉煤气净化的方法根据焦炉本体和鼓冷系统流程图,从焦炉出来的荒煤气进入之前,已被大量冷凝成液 体,同时,煤气中夹带的煤尘, 焦粉也被捕集下来,煤气中的水溶性的成分也溶入氨水中。 焦油、氨水以及粉尘和焦油渣一起流入机械化焦油氨水分离池。分离后氨水循环使用,焦8油送去集

8、中加工,焦油渣可回配到煤料中炼焦煤气进入初冷器被直接冷却或间接冷却至常温,此时,残留在煤气中的水分和焦油被进一步除去。出初冷器后的煤气经机械捕焦油使悬浮在煤气中的焦油雾通过机械的方法除去,然后进入鼓风机被升压至 19600 帕(2000 毫米水 柱)左右。2.2 煤气净化工艺的主要工序煤气净化主要是脱除煤气中有害成分,具体包括冷却和输送出炉煤气、 脱除煤气中 H2S ,HCN 等酸性气体和NH3 类碱性气体、脱除及回收煤气中焦油类、 苯类等物质以及萘等。因此一般的净化工艺包括鼓冷、洗涤、解析、后处理等主要工序内容。2.2.1 煤气的初冷煤气的初冷是指出炉煤气通过集气管喷洒氨水和设置初冷器将出炉

9、煤气由 650 800降至 25左右的处理过程。初冷器却方法通常有间接式、直接式、间 - 直结合式3 种。冷却设备有直冷式喷淋塔、立管式初冷器和横管式初冷器。间接式煤气冷却过程冷却水不与煤气接触,通过换热器完成两相传热。由于冷却介质 - 水没有受到煤气中有害介质的污染,循环使用次数多。间冷式适用于大多数缺水地区的焦化厂。由于煤气初冷时有大 量萘的结晶析出,所以采用立管式初冷器的工艺要求初冷器后集合温度不低25,以防冷凝液管堵塞。2.2.2 煤气中焦油的脱除及回收煤气中大部分焦油在喷洒过程中随氨水冷却下来 ,其余部分随着煤气的初冷及焦油 捕集装置混合在氨水中。目前各厂家采用的氨水焦油分离装置主要

10、是依靠氨水、 焦油两相比重不同而分层分离 ,在分离过程中也有效去除了渣尘。根据设备的不同 ,可分为机械化澄清槽和焦油氨水分离槽两种形式。操作要点主要是温度及分离时间。2.2.3 煤气中氨类的脱除煤在干馏时,其中大部分氮转化成以氨为代表的含氮化合物 ,因此粗煤气中含有 6 9g/ m3 的氨。由于氨的腐蚀特性 ,作为有害成分必须从煤气中除去。目前采用的脱氨方法主要有3 类。2.2.4 煤气中萘的脱除工艺粗煤气中含萘约 10g/ m3,其中大部分在集气管初冷器中冷凝下来并溶于焦油中,经过初冷后 ,含量约为 2g/ m3 的萘处于过饱和状态 ,初冷后的煤气沿管道流向后序净化设 备时 ,一旦流速缓慢或

11、温度进一步下降 ,萘就会沉积析出并造成堵塞 ,因此煤气进一步脱萘是必要的。2.2.5 煤气中苯类的脱除及回收煤气中苯类脱除理论上可以通过冷冻、吸附、洗涤 3 种方式完成。工业上主要采用 油洗涤方式 ,根据使用洗油的来源及组份差别 ,分为焦油洗油洗苯和石油洗油洗苯。有粗焦油加工系统的大型焦化厂均采用自产焦油洗油洗涤方式。2.2.6 煤气中 H2S 的脱除直接从焦炉中出来的煤气约含 58g/ m3 的硫化氢和 1215g/ m 的氰化氢。目前国 内外关于 H2S 和 HCN 的脱除方式主要有 3 类 ,干式氧化工艺 ,湿式氧化工艺和湿式吸收 工艺。干式氧化工艺常见的是氧化铁箱法。氧化铁脱硫最早在德

12、国应用 ,是 19 世纪 40 年代随着城市煤气工业的诞生而产生的。干法脱硫工艺简单、 净化程度高。2.2.7 煤气的输送及调节鼓风机是煤气输送装置,按结构分为容积式和离心式两种。离心式鼓风机按动力源又分为电动式和透平式。在离心式鼓风机使用厂家中 ,按机前、机后压力调节方式可分为 循环煤气调节、自动调节机调节和改变鼓风机转速法调节。大型焦化厂多数采用离心式鼓风机。第三节、 现有焦炉煤气净化技术存在的问题随着世界范围内环保法规的日趋严格以及环保意识的不断增强 ,传统的煤气净化技术已不能满足需要 ,日益显示出资源浪费和环境污染等缺陷。尤其是氨和苯多未回收或回 11 收率低 ,高热值煤气未合理利用

13、,因而经济效益差。焦炉煤气中 H2S , HCN 及其燃烧产物 对大气环境的污染问题日益突出 ,严重影响了焦化工业的可持续发展,改造现有焦炉煤气 净化工艺技术刻不容缓。 第四节、 焦炉煤气净化新技术探讨4.1 焦炉煤气的构成焦炉煤气，又称焦炉气。是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。 焦炉气是混合物， 其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别， 一般每吨干煤可生产焦炉气 300350m3（标准状态）。其主要成分为氢气（55%60%） 和甲烷 （23%27%） 另外还含有少量的一氧化碳 ， （5

14、%8%） C2 以上不饱和烃 、 （2%4%） 、 二氧化碳（1.5%3%)、氧气(0.3%0.8%)、氮气(3%7%)。其中氢气、甲烷、一氧化 碳、C 2 以上不饱和烃为可燃组分，二氧化碳、氮气、氧气为不可燃组分。 4.2 煤气净化新工艺简述在简化工艺流程、减少投资占地、降低生产成本的前提下，为满足城市煤气标准要求， 在对传统煤气净化工艺冷凝鼓风工段后各工序利弊分析的基础上，通过合并其同类功能、 取消某些单元操作或调整相关工序的前后顺序，推出了焦炉煤气净化新工艺。下面以硫铵 流程为例，对新工艺简介如下： 新工艺流程为：粗煤气气液分离初冷脱苯萘捕洗油脱硫煤气输送脱氨净 煤气（城市煤气）。 来自

15、焦炉集气管的粗煤气，经汽液分离器进入横管冷却器被冷却至 25-27。即当前 的终冷温度。 欧洲技术人员认为， 理论计算表明 28是最佳值， （1995） 芬兰 和瑞典 （1985） 的生产实践即采用该值。当前初冷集合温度降至趋于 20-23，甚至有 18的。洗苯萘贫油从煤气中吸收了苯、萘后，作为富油离开洗苯萘塔。在富油脱苯萘装置中， 富油所含的源自于轻焦油雾滴中的苯、萘类轻组分经富油脱苯萘的蒸馏塔被分离到粗苯产品中，并提高了苯、萘类产品的收率或销售收入。4.3 煤气净化新工艺特点将传统粗煤气一次净化工艺与生产城市煤气二次净化工艺合并后的新工艺方法的特 点如下： 首先依先重后轻的顺序除净所有的有

16、机物，即在初冷工序脱除煤焦油后即在脱苯萘 工序的煤气脱苯萘塔中在洗苯的同时脱除煤气中的萘；其后结合氨法脱硫的特点及不同的 煤气脱氨方法，再依次脱除煤气中的酸性、碱性无机物。为了保证脱硫工序的顺行，提高脱硫效果及硫磺产品质量，将脱苯工序设置在粗煤气净化流程的初冷工序后，脱硫工序前。 4.4 煤气净化新工艺的积极效果实施煤气净化新工艺将具有以下积极效果：节能 将传统工艺初冷工序后的煤气一、二次净化中三起三落煤气升降温幅100的过 程，简化为脱氨工序硫铵饱和器前一次性煤气升温约 15的过程；将初冷温度由25适 当提高至 2728。取消了将传统粗煤气一次净化工艺的预冷-初脱萘、终冷洗萘及生产城市煤气二

17、次 净化工艺相关工序等，简化了工艺流程，减小了系统阻力。提高煤气一次净化质量 新工艺可在气源厂内，通过一次性煤气净化，可以达到城市煤气使用的标准的质量要求。 4.5 工艺流程与原理焦炉煤气净化新工艺流程如图 1 所示。 该技术关键是准确控制整个系统中的温度分布。从焦炉出口的煤气(约 800 850 )首先经过热回收器 ,通过热交换后煤气被冷却到 500 左右 , 同时从热回收器出来的热空气是一种很好的热源。而后煤气进入旋风除尘器 ,除去煤气中的粗粉尘 ,再 由底部进入陶瓷除尘塔 ,经过塔内陶瓷球的过滤吸附,除去高温煤气中直径在 50 m 左 右的细粉尘颗粒。当陶瓷球达到饱和状态 ,启动陶瓷球连

18、续再生装置 ,清掉陶瓷球表面的 灰尘 ,再生循环使用。从陶瓷塔顶出来的干净煤气进入焦油冷却分离器 ,煤气温度控制在 400 左右 ,由于焦炉煤气在400 以下会产生焦油凝集 ,必须及时分离冷凝的焦 油 ,防止其冷凝在换热管管壁上 ,堵塞煤气通道。因此冷却分离器整体倾斜放置以利于焦油的流动。并且 ,分离器底部分段设置引流槽 ,对不同温度段冷凝出来的焦油分段引出。第三章 焦炉煤气净化工艺研究进展据统计,全国共有焦化企业 200 余家,分布于冶金、 化工、 城建、 煤炭等部门,其中年生产能力超过 1000kt 的企业约占 10 %。全国炼焦年生产能力超过亿吨,焦炭产量已跃居世界第一位,焦化产品有百余

19、种。 在炼焦过程中,原料煤中约 30 %35 %的硫转化成 H2S 等硫化物,与 NH3 和 HCN 等一起 形成煤气中的杂质, 其中 H2S 的质量浓度一般为 58 g/ m3, HCN 的质量浓度为 12. 5 g/ m3 。H2S 和 HCN 具有很强的腐蚀性、 毒性,空气中 H2S 的体积分数为 0. 1 %时就能使人致命。焦炉煤气用作燃料时, H2S 及其燃烧产物 SO2 均有毒,会严重污染环境,所以煤 气作为燃料使用之前必须进行脱硫脱氰,使煤气得到净化。本文主要介绍国内外焦炉煤气 净化工艺的研究进展。1、 国内外焦炉煤气净化工艺的发展1.1 国内焦炉煤气净化工艺的发展 国内焦炉煤气

20、净化工艺的发展焦炉煤气净化是焦化厂中重要的工艺过程。20世纪50年代初,我国各焦化厂大部分是沿用由前苏联引入焦炉炉型相配套的初冷洗氨终冷洗苯的煤气净化(或称煤气回收)工艺。20世纪50年代末起,我国焦化工作者冲破旧的工艺模式,创造性地开自发和设计了与我国自行设计的58型焦炉和其他炉型相适应的焦炉煤气净化工艺,如氨水工艺、硫铵工艺、A. D. A (蒽醌二磺酸钠)脱硫工艺、改良 A. D. A 脱硫工艺、氨焚烧工艺、单塔脱苯工艺、氨法脱硫工艺等。各厂的实践表明,这些煤气净化工艺存在 着净化效果差、设备腐蚀严重、氨苯回收率低、产品质量差、环境污染较严重等缺点, 与世界先进水平相比有较大的差距。1.

21、2 国外焦炉煤气净化工艺的发展 国外对焦炉煤气净化工艺进行了较为广泛深入的研究,所应用的不下几十种,但归纳起来不外乎下面3种类型:干式氧化工艺、湿式氧化工艺和湿式吸收工艺。干式氧化工艺常见的是氧化铁箱法。氧化铁脱硫最早在德国应用,它是19世纪40年代随着城市煤气工业的诞生而产生的。干式脱硫工艺简单、净化程度高,但由于工艺及功能的局限性较大,因而制约了其在焦化生产中的应用,一般仅用于那些有剩余煤气须在高压下净化得到符合城市煤气质量的工厂。湿式氧化工艺经历了长期的发展过程,从早期比较落后的砷碱17法、对苯二酚法等,到现在日本研究的TH (塔卡哈克斯)法、FRC法等,其中对氨水湿式氧化脱硫法国外已经

22、进行了大量的研究工作,早在 1972 年,德国就 “氨水湿式氧化脱硫和 废液加入炼焦煤” 的工艺申请了专利;前苏联东方煤化学研究所研究了氨氧化催化法制取 硫氰酸铵为主要产品等。湿式吸收工艺有真空碳酸盐法、 AS循环洗涤法等。2、 对焦炉煤气净化工艺的建议 2.1 焦炉煤气净化工艺的选择焦化厂焦炉煤气净化工艺的选择问题应作为一个重要课题来加以研究,需要结合焦化厂自身的实际情况,根据对净化后焦炉煤气中H2S和HCN含量的要求,选择合适的净化工艺。 例如:在冶金工厂,焦炉煤气的绝大部分用作一般轧钢加热炉的燃料,此时要求其中H2S的质量浓度小于或等于200500 mg/ m3、HCN的质量浓度小于或等

23、于150mg/ m3,因此, 选用 AS循环洗涤法就能满足要求;当焦炉煤气用作城市煤气、合成气等时,则必须选择 脱硫效率更高的工艺,如湿式氧化法中的改良A.D. A 法、TH 法、FRC 法等,新开发的 PDS 法也是非常具有竞争力的方法,它的运转成本只有A. D. A 法的30 %左右,且具有优于 A. D. A 法的脱硫脱氰能力。 2.2 研究开发焦炉煤气净化的新工艺当前广泛采用的湿式氧化工艺和湿式吸收工艺中的各种煤气净化法,产生焦化废水 的量大、成分复杂,且水量和水质不稳定,这就增加了废水处理的难度。对焦化废水的处理,广泛采用普通的生化处理工艺,它虽能将废水中的酚、氰等有效地除去,但对废

24、水中大量的 NH32N 几乎没有降解作用。为解决此问题,除了更新改造传统的焦化废水处理工艺外, 还应该致力于研究开发新型的能大幅度减少废水排放量的净化工艺。笔者所在课题组正致力于将最近欧洲研究成功的有着广泛应用前景的一种新型的烟气净化工艺 烟气冷凝净化工艺应用于焦炉煤气净化系统,主要思路是通过用分阶段冷却和除尘(干法熄焦)来替代传统焦化系统中直接用氨水喷淋焦炉煤气的湿法熄焦,这样,不仅可以回收利用 大量的焦炭显热,而且可以大大减少废水排放量,同时可以通过深度冷凝来分离纯化焦炉煤气中的 H2S、 HCN 等杂质。四、总结焦炉煤气净化是将从焦炉炭化室中产生的粗煤气进行各种工艺处理，出去杂质得到净煤

25、气，同时回收各种化学产品的技术。随着煤在我国的大量是使用，人们对所需产品的质量也越来越高。而装煤炉在焦炉中干馏时产生的混有焦油雾和水气以及各种杂质混合气就形成了一种粗煤气，在现今情况下粗煤气已经不能满足人们的需求。气化装置生产的粗煤气中除含 CO、H2、CO2 外，还有少量 H2S、COS、CH4、N2、HCN2 微量的氯，氨等成分。硫化物、氯、重金属镍等对甲醇合成催化剂是毒物，必须除去。炼焦工业发展至今，煤气净化技术也一步一步的得到了发展，并打下了良好基础。在21世纪的今天，环境保护成了我们无论做任何行业都必须考虑的一个重要问题，自然环境保护也占据了炼焦工业的首位。为此寻求一种既高效又污染小

26、的煤气净化工艺成为炼焦工作者的研究目标。在完成当今任务的同时让我们组织力量，齐心协力，不断地完善和提高煤气净化技术，就能逐步形成具有国际水平的我国自己的专有技术。让我们为早日实现这一宏伟目标而努力，相信我国焦炉煤气净化技术在不久的将来一定会取得长足进步。 参考文献【1】中国冶金百科全书总编辑委员会炼焦化工卷编辑委员会， 中国冶金百科全书炼焦化工M 北京: 冶金工业出版社1992 : 41【2】张巨水 ，焦化厂焦炉煤气脱硫脱氰工艺的选择J 煤化工 , 1999 (4) : 21【3】张炳玉 ，金蝶翔 ，焦炉煤气净化工艺评述J 包钢科技 , 2001 (2) : 15【4】库咸熙 ， 炼焦化学产品

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