焦爐煤氣凈化
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-02
焦爐煤氣凈化的實例教程
一般常規的焦爐煤氣凈化系統由煤氣初冷（冷鼓）工序、煤氣預冷及脫硫工序、硫銨工序和煤氣終冷及粗苯（或稱洗、脫苯）工序等組成。在焦爐煤氣凈化工藝過程中，幾乎上述所有工序均具有脫除煤氣中有機硫化物的功能，只是工藝過程條件適合有機硫化物的脫除，其脫除率就越高。現就焦爐煤氣凈化工藝系統脫除煤氣中有機硫化物作如下簡述，供同仁參考。
1、焦爐荒煤氣中有機硫化物含量較高的羰基硫（COS）的脫除，可依照其溶于水的特性，如在20℃時一立方米水中可溶解氣態COS 1.4公斤，因此應當重視控制降低初冷（鼓冷）工序、煤氣預冷及氨法脫硫工序、煤氣終冷等工序的工藝操作溫度，如鼓冷工序初冷器后煤氣集合溫度應控制在20～22℃，以促進氣態COS溶解于水（冷凝液）中，從而脫除煤氣中大部分COS。
2、焦爐煤氣中有機硫化物含量最高的二硫化碳（CS2）以及噻吩（C4H4S）等，它們可在粗苯工序洗油洗苯工藝過程獲得脫除。當工藝操作控制貧油含苯質量分數 0.1～0.2%，洗苯吸收溫度為25～27℃，且采用負壓脫苯工藝，焦爐煤氣中的有機硫化合物可以獲得較理想的脫除效果。以下作出簡單推理分析：(1)根據由180℃前粗苯主要組分含量可知，粗苯中的有機硫化物質量分數為0.3～1.8%(按硫計)，主要有CS2、C4H4S、C5H6S等。粗苯中的有機硫化物含量波動極大，這從一側面說明了煉焦配合入爐煤、焦爐生產操作控制及煤氣凈化與化產品工藝條件對其影響之大。粗苯中含有機硫化物二硫化碳質量分數為0.3～1.5%（在粗苯精制加工中，可作為有機硫化物資源綜合利用產品加以提取，二硫化碳可作溶劑、殺蟲劑、生產磺酸鹽原料，銅選礦浮選劑等），噻吩質量分數為0.2～1.0%，甲基噻吩（C5H6S，包含2和3－甲基噻份）質量分數0.1～0.2% 。
展開 一般適用于量不大的煤氣脫硫或者精度要求較高的焦爐煤氣二次脫硫( 即為在一次脫硫的基礎上根據煤氣的使用需要來進行第二次精脫硫)。干法脫硫裝置占地面積大，生產周期較長，更換脫硫劑的勞動強度大，廢脫硫劑和廢氣等會對環境造成污染，所以一般不會優先考慮使用干法脫硫方式進行焦爐煤氣的脫硫凈化。
1.2 濕法脫硫
濕法脫硫一般是焦爐煤氣通過液態脫硫劑進行脫硫反應，從而實現焦爐煤氣的凈化。根據脫硫劑對硫化氫的吸收方式和脫硫劑的再生方式，又可以將濕法脫硫再分為濕式氧化法、濕式吸收法。其中，濕式吸收法又可以在細分為化學吸收法、物理吸收法、物理- 化學吸收法。目前，凈化焦爐煤氣最為常用的脫硫方法為濕式氧化法。濕式吸收的3 種方法一般不在焦爐煤氣脫硫脫氰中使用，主要用于煉油廠等煤氣脫硫，不能直接進行硫磺的回收。
根據焦爐煤氣凈化工藝流程中脫硫過程的先后順序又可以將濕法脫硫分為前脫硫和后脫硫兩類。前脫硫是指焦爐煤氣經過冷凝鼓風后先進入脫硫工段，脫硫完成之后再進行氨和粗苯的回收。使用前脫硫工藝可以有效降低焦爐煤氣中的硫化氫對設備和管道的腐蝕，同時前脫硫工藝一般以煤氣中的氨作為脫硫的堿源，不需要外加堿，減少脫硫工藝外部消耗。但是前脫硫較難使得脫硫后硫化氫的濃度下降到20mg/m3以下，若要進一步降低焦爐煤氣中的硫化氫濃度，只有對其進行二次脫硫。后脫硫工藝一般是完成了氨和粗苯的回收之后，再對焦爐煤氣進行脫硫。由于煤氣中的氨已經被回收，所以后脫硫需要外加堿源。后脫硫后，硫化氫濃度可以達到20mg/m3以下。但是后脫硫的工藝設備投資較大，外加堿源提高了脫硫成本，硫化氫在氨和粗苯回收工段時會對設備產生較嚴重的腐蝕。在實際生產應用時，需要根據企業自身需要進行選擇。
濕式氧化法脫硫技術一般是利用催化劑( 或氧氣載體) 使焦爐煤氣中的硫化氫在脫硫液中進行氧化還原反應。
展開 某公司焦爐煤氣凈化一開始采用HPF正壓脫硫工藝，但脫硫效率低，且正壓脫硫需將煤氣冷卻，送入脫硫塔進行脫硫、脫氰，經過脫硫后，煤氣進入硫銨單元，又需對煤氣進行預熱，煤氣經過冷卻、預熱存在較大的能源浪費，不利于節能降耗生產，對此該公司將正壓脫硫工藝改為負壓脫硫工藝，運行3年來，脫硫效率提高，節能效果顯著，具有良好的經濟效益和環保效益。
一正、負壓脫硫工藝對比
國內外對焦爐煤氣的脫硫工藝分為正壓脫硫和負壓脫硫二種。
1正壓脫硫工藝
從鼓風機來的約55～60℃的煤氣，先進入預冷塔，用循環水冷卻至30℃左右，然后進入脫硫塔。
預冷塔用冷卻水自成循環系統，從塔底排出的熱水經循環泵送往冷卻器，用循環冷卻水換熱后進入預冷塔頂部噴灑用于冷卻煤氣，預冷循環水定期進行排污，送往機械化澄清槽，同時往循環系統中加入剩余氨水予以補充。
從預冷塔來的煤氣進入脫硫塔底部與塔頂噴淋的脫硫液逆向接觸，脫除H2S、HCN后由塔頂溢出去往硫銨單元。
從脫硫塔底排出的脫硫液經液封槽進入反應槽，再由脫硫液循環泵送出，一部分經過冷卻器冷卻后與另一部分未冷卻液體混合后經預混噴嘴送入再生塔底部，同時在再生塔底部鼓入壓縮空氣，使脫硫液在塔內得以再生，再生后的脫硫液于塔上部經液位調節器流至脫硫塔循環噴灑使用，上浮于再生塔頂部擴大部分的硫泡沫利用液位差自流入硫泡沫槽，產生的硫泡沫用泵送至離心機離心分離，濾液返回反應槽，硫膏裝袋后外銷。
脫硫所用成品氨水由蒸氨每班送至脫硫反應槽加入脫硫液循環系統。
2負壓脫硫工藝
電捕來的約25℃煤氣進入填料脫硫塔底部，與塔頂噴灑下來的再生溶液逆向接觸，吸收煤氣中的H2S和HCN（同時吸收煤氣中的NH3，以補充脫硫液中的堿源）。脫硫后煤氣進入鼓風機單元。
展開 近年來開發新的綠色能源如天然氣、焦爐煤氣等富含還原劑( 碳、氫) 的物質，來進行高爐噴吹，既能通過替代部分冶金焦炭緩解煤炭資源緊張局面，又能實現節能減排，同時也為煤氣尋求一種更為高效的利用途徑[1-2]。焦爐煤氣屬于氫系還原劑，與碳系還原劑相比，在還原鐵礦石時產生的是H2O 而非CO2，所以更有利于減少CO2排放。因此，高爐噴吹焦爐煤氣技術的實施，不僅可通過節焦作用產生一定的經濟效益，也會起到CO2減排作用，能夠給企業帶來經濟和環保的雙重效益。
2 高爐噴吹焦爐煤氣工藝特點
2.1 焦爐煤氣的性質
焦爐煤氣( Coke Oven Gas，簡寫COG) 是在煉焦過程中，在隔絕空氣條件下，精煤經高溫干餾產生的氣體產物[3]。經過生產回收和凈化處理后成為煉焦最主要的副產品。生產1t 焦炭大約產生425m3煤氣量，除去回爐助燃外，會產生約200 m3的焦爐煤氣供用戶使用。凈化后焦爐煤氣的主要成分如表1 所示。凈焦爐煤氣的主要成分是H2和CH4，發熱值為16500～18500kJ/m3。因此，焦爐煤氣是一種氣體燃料，更是一種高氫含量的良好還原劑。
表1 焦爐煤氣凈化后的主要組成成分%
2.2 高爐噴吹焦爐煤氣工藝
將焦爐煤氣加壓至高于風口壓力，然后經管路系統輸送到達高爐各風口，在壓力的作用下，經噴qiang噴入高爐內，實現焦爐煤氣的高爐噴吹[4]。
在高爐風口回旋區前端，焦炭與氣體中氧反應主要生成二氧化碳，并放出大量的熱。在回旋區后端及邊界層，氧基本消耗殆盡，焦炭與二氧化碳發生碳的溶損反應并吸收部分熱量。同時還有碳的不完全燃燒反應、水煤氣反應、碳與氫氣的反應等等，其中以碳的完全燃燒和溶損反應為主[5]。回旋區的主要反應詳見表2。
展開 焦爐煤氣(簡稱COG ) 是煉焦過程中, 在產出焦炭和焦油產品的同時所得到的可燃氣體,是煉焦過程中最重要的副產品。
COG主要由氫氣和甲烷構成，分別占56%和27%，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氧氣和其他烴類；
其熱值約為4400大卡/方，天然氣熱值為8500大卡/方，焦爐煤氣熱值約為天然氣的一半。
我國每年焦爐氣年產量超千億立方米，如此之大的產量，如果能夠得到充分合理的利用，所帶來的經濟效益和環境效益都將是巨大的。因此，筆者探討了焦爐煤氣的各種利用途徑，并結合鋼鐵企業的實際情況, 分別對其進行了分析。
焦爐煤氣的主要利用途徑
1、加熱燃料
焦爐煤氣的傳統利用方式是作為不同加熱設備的氣體燃料。與固體燃料相比較, 有使用便捷、可以管道輸送和傳熱效率高等優點, 受到工業和民用的青睞。
工業燃氣: 焦爐煤氣作為氣體燃料, 可用于焦爐加熱、軋鋼加熱爐、高爐熱風爐、燒結點火等。但隨著企業內能量利用率的提高和替代燃料(如高爐煤氣) 的使用, 加熱所需要的焦爐煤氣量將不斷減少。
民用燃氣: 焦化廠生產的焦爐煤氣經過凈化后, 作為燃氣可供當地居民使用。但是, 近幾年來隨著西氣東輸工程的實施, 沿線大中城市作為民用燃料的焦爐煤氣將逐漸被天然氣替代(例如北京居民用燃氣已全部采用天然氣)。所以,這部分焦爐煤氣的需求量也在逐漸減少。
綜上所述, 雖然目前作為加熱燃料仍是焦爐煤氣的主要利用途徑之一, 但其焦爐煤氣的需求量正在逐漸下降。
2、用于發電
將焦爐煤氣用于發電，是近幾年來焦爐煤氣的主要利用途徑之一。
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焦爐煤氣凈化的最新內容
凈化后焦爐煤氣的主要成分如表1 所示。凈焦爐煤氣的主要成分是H2和CH4，發熱值為16500～18500kJ/m3。因此，焦爐煤氣是一種氣體燃料，更是一種高氫含量的良好還原劑。
7月19日，“河南省管企業上半年經濟運行暨國企改革情況”新聞發布會在鄭州召開。中國平煤神馬集團首山化工公司(以下簡稱首山化工)已發展成為以冶金焦為基礎、新能源新材料為發展方向的煤焦化工聯合企業，2021年銷售收入130億元，實現利潤10億元，2022年上半年實現利潤近6億元，延續了良好發展態勢。首山化工黨委書記、董事長蔡前進表示，通過對原有煉焦和制氫裝置進行智能化升級改造，核心裝備達到了世界一流水平
因此，必須重視焦爐煤氣凈化工藝，對加熱煤氣內的硫化物進行有效脫除，減少加熱煤氣內的含硫量，從而達到減少焦爐煙氣內SO2含量的目的。
最后，要加強對焦爐的日常維護管理工作，減少焦爐爐體的串漏問題。焦爐爐體串漏會使荒煤氣內的硫化物通過炭化室的爐墻縫隙串漏到燃燒室內，經過燃燒加熱后產生SO2，從而使焦爐煙氣內的SO2含量增加。
一、冶金煤氣的基礎知識
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煤氣的主要成分
1.目的
焦化生產系統煤氣含氧量是生產過程中重要的安全控制指標，煤氣中含氧量超標，可能形成爆炸性混合氣體，極易造成安全生產事故，依照焦爐煤氣有毒、易燃和易爆的特點，以及杜絕和減少生產系統煤氣含氧量超標事件的發生，給后續工藝和生產控制帶來的嚴重安全生產隱患，焦化煤氣生產過程含氧量超標控制措施及管理在生產實際過程中至關重要。
2.范圍
針對焦化生產系統煤氣含氧量過程管理
廣東韶鋼產業園擬建制氫項目
從氫能觀察獲悉，近日，廣東寶氫科技有限公司韶鋼產業園制氫（一期）工程建設項目公示，該項目總投資14145萬元，建設規模及內容為采用韶鋼焦爐煤氣通過凈化和變壓吸附技術制取高純氫氣，副產的解吸氣返回韶鋼作為燃料氣等。
應急處置卡
崗位
鼓風機崗位
危險因素
煤氣
可能導致的事故
泄漏、中毒、著火、爆炸
煤氣泄漏著火應急處置程序
1、發現者報告崗位組長，并向車間班長、車間主任、廠調度室報告
2、通蒸汽保壓，逐漸關閉煤氣來源閥門。
3、火勢較小時
該技術適用于常規機焦爐煤氣凈化單元（脫硫再生等設施除外）。利用管道將煤氣凈化單元相關貯槽及設備的放散口與負壓煤氣管道連接在一起，通過充入氮氣的方式調節系統壓力，整個系統處于與環境壓差-150~-50Pa的壓力范圍，相關放散口放散氣引入煤氣鼓風機前的煤氣管道內，避免放散氣外排。采用該技術需做好安全風險防范及防腐工作。
8.微負壓煉焦技術。該技術適用于熱回收焦爐。
1、工藝流程簡述及流程圖
電捕來的煤氣進入填料吸收塔底部，與塔頂噴灑下來的再生溶液逆流接觸，吸收煤氣中的H2S和HCN（同時吸收煤氣中的NH3，以補充脫硫液中的堿源）。脫硫后煤氣含硫化氫不大于500mg/m3，送入吸氣機室。
吸收了H2S、HCN的吸收液通過循環泵進入再生塔底的預混噴嘴，與壓縮空氣預先混合，形成微小氣泡后進入再生塔底，細小氣泡與吸收液在沿再生塔上升的過程中，在催化劑的作用下氧化再生
煤氣管道滲漏修復
煤氣管路由于輸送距離一般都較長，在管道建設過程中，中間部位會使用托架支撐，起到管道架空的目的。煤氣管道暴露在戶外，除了大氣的腐蝕存還有自然環境對其造成的結構應力存在，長時間工作后難免會出現局部滲漏的情況。企業在正常生產過程中，往往不能隨時停機，但煤氣滲漏又存在重大安全隱患，在不停機的情況下現場快速有效解決此類問題成為企業必須要掌握的一門技術。高分子復合材料具有超強的粘著力
