單乙醇胺脫硫與酸性氣體制酸的組合工藝
作者：佚名發(fā)布時間：1970-01-01
要步軒 (太鋼不銹鋼股份有限公司焦化廠，太原030003)
劉永華（建設(shè)部沈陽煤氣熱力研究設(shè)計院，沈陽110026)
單乙醇胺（MEA）是乙醇胺系列溶劑中堿性較強(qiáng)的有機(jī)胺溶劑，對焦?fàn)t煤氣中硫化氫、氰化氫和二氧化碳具有較好的吸收能力，同時MEA溶劑可以吸收煤氣中COS和CS2等有機(jī)硫化物，因而對煤氣脫硫脫氰具有較高效率，特別是MEA法解析過程產(chǎn)生的酸性氣體為后續(xù)的制酸工藝提供了重要化學(xué)基礎(chǔ)。本文將其與丹麥TOPSOE公司開發(fā)的含水酸性氣體（WSA）直接制酸工藝相組合，研究了MEA-WSA脫硫制酸組合工藝的生產(chǎn)運(yùn)行情況。該組合工藝對今后焦?fàn)t煤氣脫硫制酸工藝的優(yōu)化具有重要意義，對目前焦化企業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有示范作用。
1 MEA-WSA脫硫制酸組合工藝原理
太鋼在國內(nèi)首次在焦化領(lǐng)域?qū)EA-WSA脫硫制酸技術(shù)成功組合成一個生產(chǎn)體系，并于2008年4月投產(chǎn)運(yùn)行，目前已形成與7.63m焦?fàn)t煤氣凈化系統(tǒng)的配套體系，MEA脫硫工藝最大處理焦?fàn)t煤氣量可達(dá)13萬m3/h, WSA制酸工藝處理的酸性氣體為3400m3/h，所形成的硫酸生產(chǎn)能力高達(dá)2.15t/h。
太鋼MEA脫硫工藝使用的脫硫液中單乙醇胺濃度為15％，脫硫工藝包括脫硫和蒸汽解析兩個過程。MEA脫硫可將煤氣中H2S含量降至50mg/m3以下，解析塔排出的酸性氣體中的硫化氫和氰化氫濃度較高。為有效提高吸收液的脫硫能力，需減少吸收液中的副產(chǎn)物和雜質(zhì)含量。為此，該工藝將一定量的脫硫液引入焦油分離器，并加入濃度為42％的氫氧化鈉溶液，通過加熱進(jìn)行MEA再生。該工藝產(chǎn)生的廢渣量小于130kg/h，排出的廢渣送煤場。 MEA脫硫工藝解析出的酸性氣體經(jīng)過天然氣助燃可生成SO2, 含有SO2的高溫廢氣經(jīng)廢熱鍋爐換熱并冷卻后送入轉(zhuǎn)化塔，在轉(zhuǎn)化塔內(nèi)經(jīng)三層催化床層的催化作用將SO2轉(zhuǎn)化為SO3。 WSA工藝的主要特點(diǎn)是將一定量的水蒸汽與SO3氣體在管式冷凝器中充分混合，由此形成濃硫酸酸霧。當(dāng)SO3氣體進(jìn)入WSA工藝?yán)淠鞯牟ＡЧ軆?nèi)時，鼓風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)鼓入玻璃管間隙實(shí)現(xiàn)對SO3氣體的冷卻，冷卻過程中SO3氣體與水蒸汽結(jié)合生成98％的濃硫酸。冷卻后的廢氣直接排入大氣。該工藝在轉(zhuǎn)化過程中釋放出的余熱，通過鍋爐系統(tǒng)的蒸汽換熱器進(jìn)行熱能交換，產(chǎn)出有進(jìn)一步利用價值的過熱蒸汽，經(jīng)降溫減壓后最終并入中壓蒸汽管網(wǎng)。MEA-WSA脫硫制酸組合工藝流程見圖1。
圖1 MEA-WSA法脫硫與制酸工藝流程
2 MEA-WSA脫硫制酸組合工藝的特點(diǎn)
MEA脫硫工藝在諸多脫硫工藝中具有良好的脫硫效率，可將煤氣中硫化氫脫除到50mg/m3以下，能夠很好地滿足后續(xù)系統(tǒng)對煤氣含硫量的要求。實(shí)踐表明，該工藝脫硫效率高達(dá)98％以上，同時產(chǎn)生的二次廢液量少，具有技術(shù)成熟、環(huán)保效果好等優(yōu)點(diǎn)，但該工藝煤氣中的COS、CS2、CO2等雜質(zhì)與吸收液中的MEA易生成不可再生的聚合物，導(dǎo)致MEA耗量較高，增加了運(yùn)行成本。WSA制酸裝置處理酸性氣體的燃燒室結(jié)構(gòu)簡單，易于操作和維護(hù)。在SO2氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)化塔前采用礬系催化劑將SO2轉(zhuǎn)化為SO3，經(jīng)過三層催化劑后SO2的總轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.3% 。 WSA制酸工藝裝置的特點(diǎn)之一在于制酸冷凝器內(nèi)布置有6.8m長的石英玻璃管道，玻璃管內(nèi)通入SO3氣體，玻璃管間通入冷風(fēng)機(jī)鼓入的冷卻空氣，被冷卻的SO3氣體在玻璃管內(nèi)可與通入的水蒸汽凝結(jié)成最小濃度為97％的濃硫酸。另外，在熱風(fēng)機(jī)的作用下，部分冷卻升溫后的空氣被送至燃燒室作為硫化氫氣體燃燒所需的空氣源，其余空氣與燃燒廢氣一起排入大氣。由于該工藝生產(chǎn)的濃硫酸質(zhì)量好，可以直接作為前一工序硫銨生產(chǎn)的原料，因而與傳統(tǒng)生產(chǎn)硫磺工藝相比，MEA-WSA脫硫制酸組合工藝具有環(huán)境效果好、經(jīng)濟(jì)效益顯著的特點(diǎn)。
3 MEA-WSA組合工藝的運(yùn)行實(shí)踐
3.1 運(yùn)行中存在的問題
MEA循環(huán)液的質(zhì)量對脫硫吸收能力具有重要影響。太鋼MEA-WSA脫硫制酸組合工藝在2008年4～7月運(yùn)行調(diào)試中遇到了一些技術(shù)難題。在投產(chǎn)運(yùn)行初期，當(dāng)處理煤氣量11萬m3/h、脫硫系統(tǒng)MEA循環(huán)液量為280m3/h時，發(fā)現(xiàn)焦油分離器后的排渣系統(tǒng)運(yùn)行一段時間后發(fā)生堵塞，不能正常排渣，導(dǎo)致MEA循環(huán)液中副產(chǎn)物和雜質(zhì)含量明顯升高，出口煤氣中的硫化氫含量增加到60～110mg/m3 , 脫硫效率無法滿足生產(chǎn)要求。研究發(fā)現(xiàn)，原焦油分離器設(shè)計的排渣系統(tǒng)為自壓式排渣，該排渣方式僅適用于流動性較好的殘?jiān)?，而在?shí)際運(yùn)行過程中該系統(tǒng)產(chǎn)生的殘?jiān)鲃有暂^差，并極易結(jié)晶，導(dǎo)致排渣系統(tǒng)堵塞。要更好地發(fā)揮焦油分離器的功能，就需對焦油分離器的排渣系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。為此，通過增加1套蒸汽吹掃裝置來提高排渣系統(tǒng)的溫度，以增加渣體的流動性。同時改變排渣操作，在原每班排渣的基礎(chǔ)上，增加對焦油分離器的定期清洗操作。采取上述兩項(xiàng)措施后，MEA循環(huán)液的吸收質(zhì)量明顯得到改善，脫硫塔出口煤氣硫化氫含量穩(wěn)定在50mg/m3以下，至今未再發(fā)生排渣系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象。
MEA循環(huán)液耗量是直接影響脫硫成本的重要因素。為降低MEA-WSA脫硫制酸組合工藝的運(yùn)行成本，對脫硫工藝運(yùn)行過程中的原料消耗進(jìn)行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在煤氣處理量低于設(shè)計指標(biāo)時，MEA脫硫液消耗量明顯高于設(shè)計指標(biāo)。同時發(fā)現(xiàn)MEA在高溫條件下易發(fā)生分解，從而導(dǎo)致MEA的消耗量明顯增加。為此，適時調(diào)整了解吸塔的操作溫度，對解吸塔蒸汽溫度進(jìn)行降溫控制，最終降低了MEA消耗量，并達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。
3.2 運(yùn)行效果
在運(yùn)行調(diào)試過程中，通過調(diào)整MEA脫硫液的濃度、循環(huán)量、解析塔上下段的MEA用量和蒸汽耗量等重要工藝參數(shù)，可以有效控制出口煤氣中硫化氫含量達(dá)到≤50mg/m3的設(shè)計指標(biāo)。MEA脫硫裝置主要操作參數(shù)及脫硫效率見表1。
表1 MEA脫硫裝置的主要操作參數(shù)及脫硫效率
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日期 |
煤氣量
萬m3/h |
進(jìn)口煤氣硫化氫
mg/m3 |
出口煤氣硫化氫
mg/m3 |
脫硫效率
％ |
|
設(shè)計值 |
13 |
4000～6000 |
≤50 |
99.1 |
|
200804 |
9.5 |
3250 |
42 |
98.7 |
|
200805 |
9.6 |
3340 |
90 |
97.3 |
|
200806 |
9.5 |
4020 |
52 |
98.7 |
|
200807 |
9.6 |
4230 |
44 |
98.9 |
|
200808 |
10.2 |
4320 |
32 |
99.3 |
|
200809 |
10.5 |
4450 |
26 |
99.4 |
|
200810 |
11.2 |
4280 |
32 |
99.3 |
|
200811 |
10.8 |
4130 |
28 |
99.3 |
表2 WSA工藝運(yùn)行期間月生產(chǎn)硫酸濃度和產(chǎn)量
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日期 |
硫酸產(chǎn)量，t |
硫酸濃度，％ |
日期 |
硫酸產(chǎn)量，t |
硫酸濃度，％ |
|
200804 |
632.46 |
99.32 |
200805 |
647.49 |
97.03 |
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200806 |
782.30 |
97.85 |
200807 |
833.97 |
98.03 |
|
200808 |
907.68 |
98.12 |
200809 |
964.02 |
98.04 |
|
200810 |
964.13 |
97.90 |
200811 |
919.39 |
97.85 |
由表1可知，在投產(chǎn)的前4個月調(diào)試期間，盡管脫硫工藝處理的煤氣量僅為9.5 萬m3/h,低于13.4 萬m3/h的設(shè)計值，但脫硫塔后煤氣中的硫化氫含量波動在42～90mg/m3，脫硫效率約為98%,沒有達(dá)到塔后煤氣中硫化氫含量小于5
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mg/m3和脫硫效率值不低于99.1％的設(shè)計保證值。在常規(guī)工藝參數(shù)不變的條件下，通過采取焦油分離器的排渣系統(tǒng)和定期清洗等手段后，塔后煤氣中硫化氫含量降至32mg/m3以下，脫硫效率達(dá)到了99.3％以上。該系統(tǒng)工藝裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，濃度約98％的硫酸產(chǎn)量每月穩(wěn)定在830噸以上，最大生產(chǎn)能力每月可達(dá)960噸。具體生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表2。
4 結(jié)語
1) MEA-WSA脫硫制酸組合工藝具有工藝流程簡單、廢液量少、生產(chǎn)成本低、硫酸產(chǎn)品質(zhì)量好等特點(diǎn)。該組合工藝的脫硫率可達(dá)99.3％以上，所產(chǎn)硫酸濃度約為98%，對目前焦化企業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有示范作用。
2) 在焦油分離器設(shè)計的自壓式排渣系統(tǒng)內(nèi)增加1套蒸汽吹掃裝置，可以提高渣體的流動性，杜絕排渣系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象。
3) 在煤氣處理量低于設(shè)計指標(biāo)時，通過降低解析塔的操作溫度可以減少M(fèi)EA脫硫液的消耗量，從而降低MEA脫硫工藝的成本。 | |
