CN101955806A - 全负压焦炉煤气净化组合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全负压焦炉煤气净化组合工艺，其特征在于，初冷工序、电捕工序、脱氨工序、洗苯工序、脱硫工序和鼓风工序顺序联接。该工艺相比较氨硫循环洗涤工艺中采用氨水作为煤气脱硫的吸收剂，提高了对煤气中H₂S的吸收推动力，净化后煤气的H₂S含量低于300mg/m³，优于氨硫循环洗涤工艺的H₂S含量低于500mg/m³的指标，相应减少后续煤气用户燃烧排放SO₂；同时，由于吸收推动力的提高，煤气脱硫工序的能耗也有所下降。

Description

全负压焦炉煤气净化组合工艺

技术领域

本发明属于煤焦化领域，特别涉及一种全负压焦炉煤气净化组合工艺。

背景技术

焦化行业中焦炉煤气的净化通过以下步骤实现：煤气冷却、煤气脱萘、煤气除焦油、煤气脱硫、煤气脱氨、煤气脱苯以及煤气增压输送。

各步骤对应的工序或应用工艺如下：

煤气冷却：初冷工序、中冷工序、终冷工序。在煤气冷却过程中，煤气通过与冷却介质直接接触后得以冷却的，为直接冷却工艺；煤气通过换热管壁与冷却介质间接换热后得以冷却的，为间接冷却工艺。

煤气脱萘：初冷工序的焦油-氨水洗萘、中冷工序的焦油洗油洗萘、终冷工序的水洗萘或焦油洗油洗萘、以及独立脱萘工序的轻柴油洗萘。

煤气除焦油：电捕工序，通过电捕焦油器捕集煤气中的焦油雾。

煤气脱硫：脱硫工序有多种工艺实际应用，工艺分为三类，即湿式氧化法脱硫工艺、湿式吸收——解吸法脱硫工艺以及干法脱硫工艺；其中，湿式吸收——解吸法脱硫工艺因使用的吸收剂不同，又分为氨法(吸收剂为氨水，即氨水脱硫工艺)和碱法(吸收剂为Na₂CO₃或K₂CO₃，即真空碳酸盐工艺)。

煤气脱氨：脱氨工序有多种工艺实际应用，工艺分为三类，即水洗氨工艺、硫酸吸收工艺和磷酸吸收工艺。

煤气脱苯：洗苯工序，通过焦油洗油吸收煤气中的苯族烃(苯、甲苯、二甲苯等)。

煤气增压输送：鼓风工序，通过煤气鼓风机将煤气增压输送。所以，在煤气鼓风机前煤气***的工作压力为负压；在煤气鼓风机后煤气***的工作压力为正压。

现有技术中，焦炉煤气净化的组合流程按工作压力分为：部分负压流程和全负压流程。

如图3所示，所述煤气净化的部分负压流程的工序配置为：初冷工序和电捕工序置于鼓风工序之前，为负压流程；中冷工序、终冷工序、脱硫工序、脱氨工序和洗苯工序置于鼓风工序之后，为正压流程。正压流程从化工单元操作原理来说，应该有利于洗涤吸收操作，但正压流程也存在很多弊端，仅终冷设置增加能耗就使***运行成本上升100多万元/年，而且，终冷过程影响煤气氨硫比，降低脱硫效率，终冷排污水进入循环氨水***造成设备管道腐蚀。

如图2所示，所述煤气净化的全负压流程的工序配置则为：初冷工序(煤气冷却和脱萘)→电捕工序(煤气除焦油)→脱硫及脱氨工序(水洗氨-氨水脱硫工艺，称为氨硫循环洗涤工艺。去除煤气中的氨和H₂S、HCN等)→洗苯工序(煤气脱苯)→鼓风工序(煤气增压输送)。这种全负压流程没有终冷工序。使这些设备均在负压状态下操作，这就可以从根本上解决正压流程中因鼓风机后煤气温度升温带来的一系列问题。可不必设置煤气终冷***和黄血盐生产装置。既节省了基建投资，简化了工艺流程，又可降低煤气***的阻力，减少低温水用量和降低***总能耗。由于鼓风机在流程的最后面，净煤气在机内压缩升温后，成为不饱和的过热煤气。这种过热煤气送回焦炉加热或远距离输送时，因没有或只有少量冷凝液析出，减轻了管道的腐蚀，机后煤气余压可大于10kPa，有利于煤气的远距离输送。但该工艺采用氨水作为煤气脱硫的吸收剂，不足，经过脱硫工序处理后只能达到H₂S≤500mg/m³的指标。

发明内容

为解决现有技术存在问题，本发明提供一种全负压焦炉煤气净化组合工艺，该工艺能提高对H₂S的吸收推动力，经过脱硫工序处理后能达到H₂S≤500mg/m³的指标。

为实现上述目的，本发明提供的全负压焦炉煤气净化组合工艺，其特征在于，初冷工序、电捕工序、脱氨工序、洗苯工序、脱硫工序和鼓风工序顺序联接。

本发明的进一步改进为，脱氨工序使用蒸氨废水、半富氨水和剩余氨水吸收煤气中的氨。

本发明的进一步改进为，脱氨工序、洗苯工序、脱硫工序的煤气净化设备工作压力为-15～-1KPa。

本发明的进一步改进为，所述各工序的煤气净化设备是一座或者是串联或并联的多座。

本发明将焦炉煤气净化工艺按以下顺序组合配置为焦炉煤气净化的新型全负压流程，初冷工序(煤气冷却和脱萘)→电捕工序(煤气除焦油)→脱氨工序(水洗氨工艺)→洗苯工序(煤气脱苯)→脱硫工序(湿式吸收——解吸法脱硫工艺中的碱法，即真空碳酸盐工艺)→鼓风工序(煤气增压输送)。

约80℃的粗焦炉煤气经初冷工序冷却到18～25℃；再经电捕工序除去其中的焦油；然后通过脱氨工序经蒸氨废水和剩余氨水吸收其中的氨，温度升高到20～27℃；再通过洗苯工序由焦油洗油吸收煤气中的苯族烃，温度升高到22～30℃；再经脱硫工序由Na₂CO₃或K₂CO₃吸收剂吸收煤气中的H₂S、HCN；最后经鼓风工序通过煤气鼓风机将净煤气增压输送至用户。

将焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺中的煤气净化设备即：水洗氨工艺中的吸(洗)氨塔；洗苯工序的洗苯塔和真空碳酸盐工艺的脱硫塔，在负压工作条件下的组合应用。

所述的脱氨工序、洗苯工序、脱硫工序的多种工艺中的煤气净化设备，其工作压力为-15～-1KPa。

为保证各工序煤气净化设备所需的操作温度，所述的初冷工序出口煤气温度即焦炉煤气经初冷工序冷却后的温度在18～25℃之间。

由于吸收放热及避免煤气中水汽冷凝进入焦油洗油中，出洗苯塔煤气温度高于入塔煤气温度2～5℃。

所述各工序的煤气净化设备可以是一座或者是串联或并联的多座。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明除氨硫循环洗涤工艺外，将一种焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺也在负压条件下组合应用。将焦炉煤气各净化工序设在鼓风工序前，也不需设置通过终冷工序移出煤气鼓风机所产生的煤气温升；减少了煤气终冷工序冷却所需的低温冷却水(7～18℃)的用量，也减少煤气冷却设备的重量；由于煤气在鼓风工序前依次通过各煤气净化设备时，温度依次升高，压力依次降低，在鼓风工序前的煤气净化设备不会发生萘的堵塞。整个煤气净化单元运行稳定，降低操作工人的劳动强度；

(2)本发明与全负压流程的氨硫循环洗涤工艺相比，由于采用K₂CO₃溶液作为煤气脱硫的吸收剂，相比较氨硫循环洗涤工艺中采用氨水作为煤气脱硫的吸收剂，提高了对煤气中H₂S的吸收推动力，净化后煤气的H₂S含量低于300mg/m³，优于氨硫循环洗涤工艺的H₂S含量低于500mg/m³的指标，相应减少后续煤气用户燃烧排放SO₂；同时，由于吸收推动力的提高，煤气脱硫工序的能耗也有所下降。

附图说明

图1：全负压焦炉煤气净化组合工艺流程示意图

1-初冷器；2-电捕焦油器；3-吸(洗)氨塔；4-洗苯塔；5-脱硫塔；6-煤气鼓风机。

图2：现有技术全负压焦炉煤气净化组合工艺流程示意图

1-初冷器；2-电捕焦油器；3-脱硫塔；4-洗氨塔；5-洗苯塔；6-煤气鼓风机。

图3：现有技术部分负压焦炉煤气净化组合工艺流程示意图

1-初冷器；2-电捕焦油器；3-煤气鼓风机；4-终冷塔(或终冷器)；5-吸(洗)氨塔；6-洗苯塔；7-脱硫塔。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明详细说明。

在图1中，对应所述的焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺，本发明的全负压组合流程中，各工序的煤气净化设备和各工序的煤气进出口温度见表1。

表1：图1中各编号的说明及设备参数

以配合200×10⁴吨焦碳/年的焦炉组的焦炉煤气净化装置、正常煤气处理量为10×10⁴m³/h、粗焦炉煤气温度为80℃为例具体说明本发明：

粗焦炉煤气参数：煤气温度80℃，1标米³煤气中含有712.5g水汽、8～12g萘、20～40g焦油、4～9g氨、4～8g硫化氢以及15～30g苯族烃。粗焦炉煤气首先进入初冷器1，初冷器1是横管式煤气冷却器，焦炉煤气由上而下流经换热管外与换热管内的冷却介质间接换热得以冷却，焦炉煤气冷却到18～25℃；煤气冷却过程中，冷凝的水汽吸收了部分氨、和溶解部分萘的焦油一同以焦油氨水冷凝液的形式从初冷器1排出；出初冷器1的煤气为水汽所饱和，18～25℃，1标米³煤气中含有16.76～26.0g水汽、萘＜800mg、～3g焦油、4～8g氨、4～8g硫化氢以及15～30g苯族烃。

焦炉煤气然后进入电捕焦油器2捕集煤气中的焦油雾，使得出电捕焦油器2的煤气中焦油雾含量＜50mg/m³。

出电捕焦油器2的煤气进入吸(洗)氨塔3，吸(洗)氨塔3是内部装填有填料或塔板的吸收塔，煤气在吸(洗)氨塔3内自下而上流动，与分段加入的、自上而下流动的吸收剂——蒸氨废水、半富氨水和剩余氨水逆流接触，吸收煤气中的氨，使出吸(洗)氨塔3的煤气含氨＜100mg/m³。氨的吸收热一部分通过吸收液带走，另一部分通过煤气带走，使得出吸(洗)氨塔3的煤气温度升高到20～27℃。

所述剩余氨水来源于：焦油氨水冷凝液以及其它的生产过程多余水经过焦油氨水分离，分离得到的焦油即为煤焦油产品；分离得到的水称为氨水，除循环使用的部分外，多余的称为剩余氨水。剩余氨水由吸(洗)氨塔中部加入；所述蒸氨废水来源于蒸氨工序，是将吸收了煤气中的氨后得到的吸收液——富氨水(富液)经蒸馏除去其中的氨，塔顶出氨汽，塔底出蒸氨废水，一部分蒸氨废水经冷却后送至吸(洗)氨塔顶部加入；多余部分蒸氨废水送污水生化处理工序处理后外排；从吸(洗)氨塔顶部加入的蒸氨废水吸收氨后，变为半富氨水，由塔内抽出冷却后，再由吸(洗)氨塔中部加入，吸(洗)氨塔底得到的富氨水(富液)再送至蒸氨工序，构成吸收——解吸的循环。

煤气随后进入洗苯塔4，在塔内通过焦油洗油吸收煤气中的苯族烃，由于吸收放热及避免煤气中水汽冷凝进入焦油洗油中，出塔煤气温度高于入塔煤气温度2～5℃；出洗苯塔5的煤气中含有苯族烃＜10g/m³。

煤气随后进入脱硫塔5，在塔内通过K₂CO₃或Na₂CO₃吸收剂吸收煤气中的H₂S、HCN，使出脱硫塔5的煤气含H₂S＜300mg/m³。

完成净化后的焦炉煤气最后通过煤气鼓风机将净煤气增压输送至用户。由于煤气鼓风机做功产生的煤气温升，可以减少煤气输送过程中冷凝液的产生。所述各工序的煤气净化设备可以是一座或者是串联或并联的多座。

对比例1

按照图3所示，采用现有技术焦炉煤气净化部分负压流程操作，其流程为部分负压流程，图中各编号说明见表2。

表2：对比例1图2中各编号的说明及设备参数

对比例2

按照图2所示，采用现有技术焦炉煤气净化全负压流程操作，其流程为全负压流程，图中各编号说明见表3.

表3：对比例2图3中各编号的说明及设备参数

本发明实施例1与对比例1相比，技术效果如下：

(1)工艺流程简化、降低投资：

鼓风工序设在焦炉煤气所有净化工序之后，不需设置煤气终冷工序移出煤气鼓风机所产生的煤气温升。

取消了终冷工序所需低温冷却水消耗，(公辅工序)相应可配置较小型号的蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷机组(少需制冷量150×10⁴Kcal/h)；制冷循环水泵及低温冷却水泵则可选用较小型号。

(2)运行效果：

煤气在初冷工序后依次通过各煤气净化设备时，温度依次升高，压力依次降低，在初冷工序后的煤气净化设备不会发生萘的堵塞；大幅降低操作工人的劳动强度。

鼓风工序设在焦炉煤气所有净化工序之后，煤气鼓风机所产生煤气温升可以减少煤气输送过程中冷凝液的产生，减缓煤气管道的腐蚀。

(3)工序能耗降低：

a)以煤气鼓风机做功产生的煤气温升10℃计，减少移出煤气温升所需的低温水消耗220m³/h；

相应节约输送终冷工序低温冷却水所需的电力消耗约30KW；以及夏季通过制冷机制取终冷工序低温冷却水所需的蒸汽消耗2.51t/h(0.6MPa)、新水消耗7.62m³/h、电力消耗约95KW；冬季则通过冷却塔制取低温冷却水，所需的新水消耗2.6m³/h；

每年节约电力消耗6.41×10⁵KWh；新水消耗5.21×10⁴m³；蒸汽消耗1.47×10⁴t；折合标准煤2240吨。

本发明实施例1与对比例2相比，技术效果如下：

(1)吸收推动力提高、净化后煤气的H₂S含量低：

本发明采用真空K₂CO₃煤气脱硫工艺，净化后煤气的H₂S含量低于300mg/m³；而对比例2采用氨硫循环洗涤的煤气脱硫脱氨工艺，净化后煤气的H₂S含量低于500mg/m³。

(2)吸收推动力提高、工序能耗降低：

相比氨硫循环洗涤工艺；增加电力消耗620KW；节约蒸汽消耗7t/h(0.6MPa)；节约低温冷却水消耗730m³/h；节约循环冷却水消耗500m³/h；

相应节约输送低温冷却水所需的电力消耗约99KW；以及夏季通过制冷机制取低温冷却水所需的蒸汽消耗8.3t/h(0.6MPa)、新水消耗25.3m³/h、电力消耗约215KW；冬季则通过冷却塔制取低温冷却水，所需的新水消耗8.6m³/h；

相应节约输送循环冷却水所需的电力消耗约68KW；所需的新水消耗8m³/h；

合计每年增加电力消耗2.71×10⁶KWh；减少新水消耗2.43×10⁵m³；减少蒸汽消耗1.10×10⁵t；折合标准煤13770吨。

(3)降低公辅工序装置投资：

节约的低温冷却水消耗，则少需制冷量511×10⁴Kcal/h，公辅工序相应可少配置一台(制冷量450×10⁴Kcal/h)的蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷机组；制冷循环水泵、低温冷却水泵以及循环冷却水泵则可选用较小型号。

Claims (4)

1.一种全负压焦炉煤气净化组合工艺，其特征在于，初冷工序、电捕工序、脱氨工序、洗苯工序、脱硫工序和鼓风工序顺序联接。

2.根据权利要求1所述的全负压焦炉煤气净化组合工艺，其特征在于：脱氨工序使用蒸氨废水、半富氨水和剩余氨水吸收煤气中的氨。

3.根据权利要求1所述全负压焦炉煤气净化组合工艺，其特征在于：脱氨工序、洗苯工序、脱硫工序的煤气净化设备工作压力为-15～-1KPa。

4.根据权利要求1所述全负压焦炉煤气净化组合工艺，其特征在于：所述各工序的煤气净化设备是一座或者是串联或并联的多座。

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