ZL一塔式煤气脱硫技术在鞍钢的应用实践
王明国 于忠涛
（鞍钢化二总厂）
摘要 鞍钢采用的“一塔式脱硫脱氰技术”，它是采用一塔式脱硫、连续式熔硫、焦油氨水冷凝液预冷、以“ZL”催化剂为载体、氨为碱源的一种新型焦炉煤气脱硫脱氰方法。它具有投资少、脱硫效率高（塔后H2S≤20mg/m3）、占地面积小、自动化程度高等特点，通过近六年的生产实践表明，各项指标稳定，运行效果可靠。
关键词 一塔式脱硫、连续熔硫、脱硫效率高、重要环节、运行问题、缺陷
1 前言
鞍钢化工总厂目前采用的脱硫脱氰方法是鞍钢设计研究院与鞍钢化工总厂合作。结合鞍钢实际研制的一种新型脱硫脱氰方法。它具有投资少、脱硫效率高（塔后H2S≤20mg/m3）、占地面积小、自动化程度高等特点。它是采用一塔式脱硫，连续式熔硫，焦油氨水凝液预冷，以“ZL”催化剂为载体，氨为碱源的一种新型焦炉煤气脱硫脱氰方法。它填补了鞍钢在煤气净化领域的空白；为轧钢系统生产优质板材提供高质量的还原性气体；为鞍钢能生产出高附加值的板材提供了强有力的保障。经鞍钢化工总厂多年的改进与生产实践，目前主要技术指标均达到或超过设计要求，是目前国内同行业较先进的脱硫脱氰方法。
2 工艺简介
2.1 预冷塔工艺流程
由鼓风机送来的煤气首先进入预冷塔，进行冷却、脱萘、脱焦油。预冷塔分两段、煤气在预冷塔下部预冷段与由上部喷洒下来的焦油氨水直接逆流接触，使煤气的温度被冷却到36°C左右，煤气中悬浮状态的萘和焦油被洗下；煤气进而上升至第二段冷却段，在此与循环氨水直接逆流接触，进行冷却煤气的温度由36°C被冷却到32°C（见图1）。
2.2 脱硫塔工艺流程
煤气从预冷塔出来后，同蒸氨塔来的氨汽一同进入一级脱硫再生塔底部与塔顶来的脱硫液逆流接触，将煤气中的H2S吸收在脱硫液中，吸收了H2S后的脱硫液通过塔底液到由溶液循环泵打至脱硫塔顶部，通过自吸式喷射器与空气接触，进行催化再生，再生的溶液经液位调节器自流到脱硫段顶部与煤气逆流接触，循环使用。从一级脱硫系统净化后的焦炉煤气进入二级、三级脱硫系统，完成三级脱硫（图2）。经三级脱硫后的煤气含H2S在20mg/m3以下。脱硫后的煤气进入硫铵工段。
2.3 熔硫工艺流程
从再生段溢流出的硫泡沫，经硫泡沫管道自流到塔底泡沫槽。然后由螺杆泵抽至熔硫釜，熔融后的硫磺由釜底放出。清液由釜上部进入清液沉降槽，使清液所夹带的硫渣进一步得到沉降分离，然后经换热回到塔内循环使用（图3）。
3 工艺特点
3.1 采用以氨为碱源、ZL为催化剂的焦炉煤气脱硫工艺，具有流程短、占地面积小、脱硫效率高、积基建投资低。
3.2 脱硫塔采用高效且比表面积大的新型轻瓷填料，有利于塔效的发挥。
3.3 采用连续熔硫工艺，熔硫效率高。
图1 预冷塔工艺流程图
图2 脱硫再生塔工艺流程图
4 实际运行中的问题
4.1 操作环境恶劣
工艺要求硫泡沫槽工作温度为80-90°C，此时硫泡沫流动性好，便于泵体输送，熔硫釜效率较高；同时熔硫釜内清液回流到泡沫槽内，满流至脱硫塔。此条件下硫泡沫中氨气大量溢出，回流清液中氨气、硫气同时溢出，造成现场工作环境极其恶劣，操作人员无法在控制室工作。另外，大量氨气、硫气对自控系统元件、配电室设备造成严重腐蚀。
4.2 熔融釜能力不足
熔融能力不足主要指熔硫系统、具体为熔硫釜工作效率低，原设计熔硫釜工作效率不能及时对再生段放出的硫泡沫进行熔硫处理，造成再生塔内硫泡沫不能及时排出，从而影响脱硫效果。回流清液中带硫渣量过大，造成管道、泡沫槽频繁堵塞。
4.3 硫化氢指标波动
要求洗苯塔后煤气含硫化氢20毫克以下，开工初期时常出现超标现象，硫化氢指标波动频繁。
5 改进措施
5.1 降低硫泡沫槽工作温度为50°C左右，并移至室外。将硫泡沫中氨气大量溢出，回流清液中氨气、硫气同时引入塔低槽放散管中，解决了工作环境恶劣的问题。
5.2 增大熔硫釜容积和泵的输送能力，在硫泡沫槽内安装了推进式搅拌器以提高硫泡沫浓度的均匀性，解决了熔硫釜工作效率低的问题。并在回流清液系统增加清液沉降槽，对清液回流管道安装蒸汽夹套，检测解决了清液回流管道、泡沫槽频繁堵塞的问题。
5.3 在3#塔出口煤气管道上安装两处排水管，并将各塔煤气取样口由与煤气管道直焊式改为探入式。在煤气系统取样端点处，增加煤气水封槽，在3#塔出口安装一台旋风式气液分离器。保证了对指标检测分析的稳定性，解决了指标检测频繁波动问题。
6 生产操作中的重要环节
6.1 预冷系统操作稳定
煤气温度及其焦油、萘的夹带量直接脱硫效果，预冷系统的作用就是指煤气温度降到合适的区间，并进一步除去煤气中夹带的焦油和萘。所以预冷系统操作是否稳定非常关键。
6.2 再生段硫泡沫的采集
硫泡沫的采集方式对熔硫系统的操作起着关键性的作用，再生段里的硫泡沫通过溢流堰流到硫泡沫槽，然后有泵油至熔硫系统。再生段中循环液的液位高低，决定硫泡沫的浓度大小；最适宜的再生段液位是即能使硫泡沫连续采出，又能使循环液不过多溢出。
6.3 硫泡沫的浓缩
采集到硫泡沫槽中的硫泡沫含有一定最的循环液，为了有效的利用熔硫釜，在用泵输送前对其进行浓缩非常关键，通过多槽内硫泡沫的浓缩，即提高了熔硫釜的效率，又使循环液得到有效的循环利用。浓缩装置的操作要根据硫泡沫来量的变化进行调节。
6.4 输送设备的选定
由于硫泡沫属膏状流体，流动性差。所以对输送硫泡沫的设备性能要求非常苛刻，通过我们多年的生产实践认为，单杆式螺杆泵做为硫泡沫的输送设备比较适合。
6.5 催化剂的添加方式
催化剂对脱硫的效果起着决定性的作用。催化剂的浓度高低直接影响脱硫效率，催化剂的添加方式非常关键，采用连续滴加方式有利于循环液中催化剂浓度的均匀性和持久性。
6.6 熔硫釜放硫操作
由于我们采用的是连续熔硫方式，熔融硫的放出和硫泡沫的进入是连续的，如果放硫操作不及时，将会使部分熔融硫回到系统中，影响脱硫效果。所以放硫操作必须及时，以确保熔硫釜运行稳定。
7 运行效果
由鞍钢设计研究院与鞍钢化工总厂联合研制的鞍钢“一塔式脱硫脱氰技术”，通过近六年的生产实践，各项指标均达到设计要求，脱硫后的煤气含H2S在20mg/m3以下。特别是我们在2005年11月又投入运行了一套处理能力为11万m3/h的脱硫脱氰装置，运行效果良好，脱硫后的煤气含H2S在10mg/m3以下，为轧钢系统生产优质板材提供高质量的还原性气体，为鞍钢能生产出高附加值的板材提供了强有力的保障。该工艺近年来脱硫效率见表1。
表1 近年来脱硫效率 mg/m3
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项目 时间 |
2003年 |
2004年 |
2005年 |
2006年 |
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|
脱硫前 |
脱硫后 |
脱硫前 |
脱硫后 |
脱硫前 |
脱硫后 |
脱硫前 |
脱硫后 |
|
|
一月 |
3459.85 |
15.97 |
5240.02 |
17.00 |
4721.23 |
16.83 |
3146.73 |
4.05 |
|
二月 |
3023.25 |
18.03 |
7946.36 |
18.89 |
4626.62 |
12.30 |
3525.22 |
3.93 |
|
三月 |
3503.51 |
19.69 |
8872.27 |
19.36 |
5127.60 |
16.60 |
3425.14 |
5.65 |
|
四月 |
5191.98 |
18.43 |
6012.25 |
18.50 |
4716.23 |
10.45 |
3322.08 |
7.53 |
|
五月 |
6298.10 |
17.91 |
7030.74 |
15.66 |
5365.93 |
12.26 |
4227.10 |
8.34 |
|
六月 |
3401.10 |
16.59 |
6254.26 |
18.85 |
4913.07 |
18.73 |
4251.84 |
5.02 |
|
七月 |
3083.26 |
19.53 |
5020.10 |
19.70 |
2481.00 |
19.01 |
||
|
八月 |
3688.30 |
18.88 |
5378.17 |
18.54 |
1895.53 |
15.61 |
||
|
九月 |
5115.26 |
15.80 |
6038.09 |
16.78 |
2957.84 |
17.12 |
||
|
十月 |
5093.55 |
16.32 |
5618.68 |
14.37 |
3240.31 |
10.26 |
||
|
十一月 |
5686.25 |
18.36 |
5786.33 |
17.64 |
2922.27 |
8.54 |
||
|
十二月 |
5944.22 |
17.74 |
4572.07 |
12.11 |
2146.42 |
2.92 |
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8 存在缺陷及解决措施
8.1 废液的排放问题
由于系统在运行中产生副盐，即硫氰酸铵和硫代硫酸铵，虽然通过控制循环液温度可以减少副盐的生成，但并不能避免副盐的生成，所以当副盐的浓度达到一定程度时必须外排换液。而排出的废液如何处理，还没有很好的处理方法，目前我们回配炼焦煤中处理。
8.2 硫渣的处理问题