焦化厂脱硫：空塔技术在焦炉气脱硫中的应用
1基本概况
内蒙古乌海西部煤化工是一个新型的焦化厂，公司有2x72孔4.3m捣固焦炉，配套的备煤、筛焦、煤气净化及公辅设施均按100万吨/年焦炭的规模建设的。现在有96万吨捣固焦、10万吨甲醇、160万吨重介洗煤的生产能力，是集炼焦、煤化工为一体的大型企业。脱硫系统采用后置脱硫，建在脱笨以后，以纯碱为吸收剂。脱硫系统的整套设计由我公司承揽，并在空塔喷淋设备、气液分布装置、硫回收设备、再生槽部件、脱硫催化剂等方面采用了我公司的技术和产品。装置自2010年12月开车以来，经过调整优化，达到了原设计目的，现把该技术的主要特点介绍如下。
2工艺参数
焦炉煤气流量： 45000Nm3/h
焦炉煤气进塔温度： ≤40℃
焦炉煤气进塔压力： ≤29KPa
焦炉煤气中H2S： ≤12.5 g/Nm3
净化气H2S： ≤20 mg/Nm3
3工艺流程
自前工段来的焦炉煤气(压力小于29KPa,温度小于40℃)串联进入三个脱硫塔底部，自下而上流动，与上部喷淋下的脱硫液逆流接触，煤气中大部分H2S被吸收后由塔顶引出，塔顶出来的净化气(H2S≤20mg/m3)送下工序。
三脱硫塔底部引出的富液分别进入富液槽，经富液泵加压至0.6 MPa经富液泵出口总管送到两再生槽喷射器。富液高速通过喷射器喷嘴时，喷射器吸气室形成负压自动吸入空气，富液与空气两相并流经喷射器喉管、扩散管由尾管排出并由再生槽底部并流向上流动。此时，富液中的悬浮硫颗粒被空气浮选形成泡沫飘浮在再生槽上部。清液与泡沫分离后经液位调节阀、贫液槽送贫液泵入口总管。贫液泵加压至0.6 MPa并联送到脱硫塔。（喷淋空塔单独配再生系统、 两填料脱硫塔共用一个再生槽一个贫液槽，为了保证系统热量平衡，在贫液泵出口设置换热器，冬天加热，夏天降温）。再生槽上部分离出的硫泡沫流入泡沫槽、经泡沫泵分别送到泡沫过滤机，经压滤后，硫饼直接装袋出售，而滤液直接回系统。过滤机的使用不仅大大降低了环境污染，而且也减少了副盐生成率和大量的蒸汽消耗。原始开车及补充软水在收集槽中完成。JDS脱硫催化剂补充按补充要求由贫液槽入口贫液管连续加入。
3 主要设备选择
3．1 脱硫塔
可用作脱硫用的塔型有喷射塔、湍动塔、旋流板塔、筛板塔、喷淋塔、填料塔。由于填料塔气体净化度高，操作弹性大，运行稳定等优点，近年来几乎无一例外的选择填料塔。本工程由于处理硫化氢的量很大，须采用三塔串联操作，而三塔串联时系统阻力大，动力消耗高。故本设计采用空塔喷淋+填料塔的组合方式来解决这个问题。
根据理论计算和实践经验，低压脱硫塔操作气速可达1m/s。考虑到脱硫溶液有强起泡性，加之焦炉气脱硫的特殊性，易产生硫堵和盐堵塔，经工程计算和我们长期售后服务经验，本工程采用三塔串联操作，第一级脱硫塔塔径取4.5米，采用高效雾化喷头,做为予脱硫塔,第二级、第三级脱硫塔采用填料塔,塔径取5.5米,取三层填料，每层填料高度取5.5米。填料塔填料总高度16.5m。段间设槽盘式液体分布器，最上段填料上方设初始液体分布器，为气液良好接触的传质设备。并用高效聚丙稀阶梯环代替瓷环。
3.2喷射再生槽
此次设计我们取消了在焦化行业应用已久的高塔再生，用比较先进和成熟的氧化再生槽来取而代之，避免了高塔再生所带来的许多操作上的不便，同时取消了空气压缩机。
（1）经工程计算，喷淋空塔配备的再生槽槽体直径定为8米，有效高度选5米，再生槽有效容积：V有效=0.785×82×5=251m3；溶液量：L=1000m3/h=16.6/min ；溶液停留时间t=251/16.6=15.1min。选择工业装置使用成熟的产品SPC- 30型喷射器（我公司生产），每支喷射器通过溶液量为50-55m3/支·h，需要的喷射器数(n=1000/50=20支，取24支，余四支备用)，因此该槽实际安装24支喷射器。
（2）经工程计算，填料塔配备的再生槽体直径定为12米，有效高度选5米，再生槽有效容积：
V有效=0.785×122×5.5=621.7m3；溶液量：L=2500m3/h=41.6/min ；溶液停留时间t=621.6/41.6=14.9min。选择工业装置使用成熟的产品SPC- 32型喷射器（我公司生产），每支喷射器通过溶液量为60-65m3/支·h，需要的喷射器数(n=2500/60=43支，取46支，余三支备用)，因此该槽实际安装46支喷射器。
4运行状况
2010年12月25日脱硫开车，12月25日～1月24日脱硫仅开空塔系统，因焦炉还未建完，生产处于半负荷，生产焦炉煤气量约20000m3/h，空塔再生槽开18支喷射器，溶液循环量约900m3/h（溶液无流量表），溶液温度35-400C，溶液总碱度控制不是十分稳定，波动较大，波动范围在0.05～0.52mol/L,焦炉煤气出口H2S也随溶液总碱度和入口H2S的波动而变化,具体运行情况例表如下。
空塔系统脱硫运行统计表
从运行统计表的趋势中可以看出，不论入口H2S怎么波动,只要溶液总碱度维持在0.2 mol/L以上，脱硫效率完全可以达到80%以上，溶液总碱度维持在0.10 mol/L以上，脱硫效率可以达到70%以上，溶液总碱度如果低于0.1 mol/L.，脱硫效率也明显降低，只能达到50%以上。西北煤化工同黑猫碳素厂定有供气合同，焦炉气中H2S含量≤200mg/m3。1月22日后开启了一个填料塔，仅两级串联，出口H2S就完全达到了供气指标要求，另一个填料塔闲置未开。
4 装置特点
4．1 先进的流程设计
填料塔在焦化厂脱硫使用几乎是清一色的，无论一级或二级、三级脱硫全部都采用填料塔。串联流程的系统阻力本来就大，再加上焦炉气硫高，气质杂，所以阻力问题就更加突出。一些焦化厂无奈之下，运行中往往因系统阻力高而把原来的串联流程改为并联运行。并联运行虽然阻力小但出口H2S却又往往难达工艺指标，顾此而失彼，成为焦炉气湿法脱硫的一大难题。
而我公司为西部煤化工脱硫系统所做的设计，在第一级采用了空塔喷淋来替代填料塔，就较好的解决了这个问题。即解决了脱硫系统阻力高的问题又能保证脱硫效率。当然，在一级脱硫中使用空塔喷淋，是有一定技术条件的。正是因为我公司在喷头的雾化效果、喷头的合理分布等方面进行了大量的实验和研究，才取得了空塔喷淋脱硫效率达到70%以上的优异效果。同时，第一级的空塔喷淋不仅能有效脱除H2S，而且能清洗掉一部分焦炉煤气中的杂质，延长二级、三级填料塔的堵塞速率。
在流程设计上，也充分考虑了今后检修的方便，使空塔和填料塔可并可串，在正常生产时就可以把其中的任何一台塔退出系统检修，更加有力的保证了系统的稳定性。
4．2 可靠的喷射再生
以前焦化厂脱硫设计绝大部份为高塔再生，这次我公司在西部煤化工的脱硫系统设计中，再次使用了我们最为熟悉和最有把握的喷射氧化再生槽再生，也再次取得了成功。喷射氧化再生不但一次性建设投资小，而且在运行中便于操作工检查硫泡沫溢流状况和调节，操作和检查都安全方便。事实证明，只要把整个再生系统做为一个系统工程，统筹考虑，并使用质量可靠的自吸喷射器，喷射氧化再生槽完全可以在焦化行业发挥更大的作用。
4．3 成熟的硫回收设备
硫回收设备是整个脱硫系统运行稳定不可缺失的一个重要环节。特别是对于焦炉气脱硫，由于气质较差，对脱硫的不利影响更大。该项目中，我们选择使用了我公司生产的DS硫泡沫专用过滤机，在生产中发挥了很大的作用。该硫泡沫过滤采用了最新前沿的纳米陶瓷技术，因使用纳米过滤，过滤后的脱硫液含硫极低，它比以前常见的板框压滤机、离心过滤机、负压转鼓过滤机要更人性化，几乎不用操作工控制，完全采用了自动化控制。使用硫泡沫过滤机的意义并不仅仅是节能、环保，更重要的是减少了副盐的生成，保证了脱硫的长期稳定运行。
4．4 优异的脱硫催化剂
JDS焦炉气专用脱硫催化剂是我公司的专利产品。它的最大特点是：抗干扰能力强，活性更高，氧化能力更强，用量少，效率高，副盐生成率低。完全适应各种工艺状况下的焦炉气脱硫。
5 结语
做为国内脱硫行业的知名企业，我公司始终注重技术开发和技术创新，不断把湿法脱硫向更深更广的领域拓展。此次，又率先把空塔技术应用到焦炉煤气的脱硫中去。该技术不仅保证了脱硫效率，而且还兼顾了脱硫的系统阻力。
我公司为乌海西部煤化工所做的脱硫成套技术设计，可以说是目前焦炉气脱硫先进技术的集大成者。把我们多年来在脱硫领域里的研发成果、多年来技术服务过程中的经验积累、多年来不断创新不断超越的优异产品应用到脱硫的成套设计中去，就能创造出令用户满意的优质工程。