1、真空碳酸钾脱硫工艺的介绍张大力 毕振清 （马钢股份有限公司煤焦化公司） 摘 要：本文简要介绍了马钢新区焦炉煤气净化系统的工艺流程，详细介绍了真空碳酸钾脱硫单元和克劳斯生产元素硫单元的工艺流程、主要参数、主要设备及其工艺特点。关键词：真空碳酸钾脱硫 硫回收 工艺介绍1 概述马钢新区焦炉煤气净化系统是与 270 孔 7.63m 大容积焦炉（年产干全焦 220 万吨）相配套，煤气处理量为 13 万 m3/h，采用的脱硫、脱氰、脱氨工艺为喷淋饱和器生产硫铵、真空碳酸钾脱硫、克劳斯生产元素硫工艺（简称真空碳酸钾工艺） ，下面对此工艺进行介绍。2 工艺流程煤气净化工艺由冷凝鼓风、硫铵、终冷洗苯、脱硫、硫回
2、收、粗苯蒸馏等单元组成，其工艺流程见图 1，在此主要介绍脱硫单元和硫回收单元的工艺流程。图 1 煤气净化工艺流程图2.1 脱硫单元脱硫单元的工艺流程见图 2：来自洗苯塔后的煤气先经过分离器除去从洗苯塔夹带的油滴，然后进入脱硫塔，煤气硫铵尾气 酸气荒煤气 初冷器电捕焦油器鼓风机喷淋式饱和器终冷塔洗苯塔净煤气脱硫塔再生塔真空泵克劳斯装置温度约在 27，压力约为 9kPa。脱硫塔下部填充聚丙烯鲍尔环填料，吸收剂是再生塔底来的贫液（K 2CO3溶液） ，贫液在聚丙烯鲍尔环填料顶部喷洒，煤气自下而上与贫液逆流接触，煤气中的 H2S、HCN、CO 2等酸性气体被吸收，其主要反应为：2KOH + CO2 =
3、 K2CO3 + H2OK2CO3 + H2S = KHS + KHCO3K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3K2CO3 + 2HCN = 2KCN + CO2 + H2O 为了进一步降低焦炉煤气中 H2S 含量，在脱硫塔上部增加了一个 NaOH 溶液洗涤段。在该洗涤段，用于分解蒸氨塔剩余氨水中固定铵盐的 NaOH 溶液首先用于洗涤经 K2CO3溶液喷淋后的焦炉煤气中的 H2S，将 50%(wt.%)NaOH 溶液用软水稀释到 5%，5%的 NaOH 溶液在NaOH 溶液洗涤段使用后，送往蒸氨塔分解固定铵盐。脱硫后的净煤气去用户。脱硫塔底得到的富液通过泵先送入碱液循环槽，再经富
4、液/贫液换热器与再生塔底出来的热贫液换热后，由顶部进入再生塔再生，再生塔内装有聚丙烯鲍尔环填料，再生塔在真空低温下运行，富液在塔底再沸器内由热源间接加热，使酸性成分解吸，其反应如下：2KHCO3 = K2CO3 + CO2 + H2O 2KHS + CO2 + H2O = K2CO3 + 2H2S KCN + KHCO3 = K2CO3 + HCN富液解吸所需的热量由一台蒸汽再沸器和两台热水再沸器提供，每台再沸器提供所需热量的 50%。正常条件下，克劳斯装置所产的低压蒸汽全部用于蒸汽再沸器，其余的热量由热水提供，热水是在初冷器和脱硫单元之间循环使用。当一台热水再沸器不能正常使用，所需的热量由外
5、部蒸汽管网提供的低压蒸汽补足；一旦当一台蒸汽再沸器不能正常供应时，所需的热量由热水提供，每台热水再沸器提供所需热量的 50%。再生后的贫液经贫富液换热和冷却器冷却后，由顶部进入脱硫塔循环使用。再生塔顶出来的酸性气体进冷凝冷却器，经分离器除去冷凝液后，经真空泵将酸性气体送至硫回收工段。新碱(KOH)贮存于槽中，并通过计量泵向循环碱液槽中补充。软水用于循环碱液系统的补水，补入循环碱液槽内。为了调整循环碱液中盐的含量，部分溶液必须外排。废液可以排放到已有的煤气净化装置里。2.2 硫回收单元从再生塔顶来的酸汽(含有 H2S、HCN 和少量的 NH3及 CO2)送入一个带特殊燃烧器的克劳斯炉，见图 3：
6、在克劳斯炉燃烧室内加入主空气，使约 1/3 的 H2S 燃烧生成 SO2，SO 2再与 2/3 的 H2S反应生成元素硫，反应热可使过程气维持在 1100左右，当酸汽中 H2S 含量较低时，尚需补充少量煤气。在燃烧室和催化床中同时发生 HCN 和 NH3的分解反应。为达到尽可能高的H2S 转化率,通过在催化床后部加入辅空气来调整 H2S/SO2。克劳斯炉内发生以下反应:H2S + 3/2 O2 = SO2 + H2O2H2S + SO2 = 3/x SX + 2H2O2NH3 = N2 + 3H22HCN + 2H2O = N2 + 2CO + 3H2由克劳斯炉排出的高温过程气，经废热锅炉冷却
7、，安装在废热锅炉出口处的迷宫式分离器将冷凝出来的液态硫磺分离，回收的热量生产 120、0.15MPa 的低压蒸汽。由废热锅炉排出的过程气仍含有 H2S 与 SO2，使其进入克劳斯反应器，进一步使 H2S 与 SO2反应趋于完全，主反应如下:2H2S + SO2 = 3/x SX + 2H20为达到克劳斯反应器进口温度的要求，将部分克劳斯炉出来的热过程气掺入冷却后的过程气中，热过程气量通过废热锅炉的中央管来控制。克劳斯反应器出来的过程气经硫冷凝器冷却,再经分离器分离出液硫，经硫封槽汇入液硫贮槽贮存，定期用泵抽出送至硫结片机生产固体硫磺，装袋称量外销。废热锅炉带有一个外置汽包，外置汽包内装有换热管
8、束，将克劳斯反应器出来的热过程气冷却到约 140。冷却后的尾气（温度约为 140、压力约为 0.02MPa）送入初冷器前荒煤气管道里。废热锅炉所产蒸汽用于再生塔的蒸汽再沸器。废 热 锅 炉 所 需 软 水 由 外 部 送 来 ， 首 先 进 入 锅 炉 供 水 处 理 槽 ， 槽 内 通 入 直 接 蒸 汽 加 热 ，进 行 蒸 吹 除 氧 ， 为 使 锅 炉 供 水 符 合 标 准 ， 由 试 剂 泵 向 水 中 加 入 化 学 试 剂 。 经 处 理 后 的 软 水用 泵 抽 出 ， 进 入 废 热 锅 炉 。克劳斯炉装有火焰监视器，并设有安全关闭机构，当出现酸汽、空气流量太小，煤气、空气
9、压力过低或锅炉液位过低等不正常状态时，克劳斯炉将自动关闭，酸汽送往初冷器前煤气管道。3 主要参数3.1 煤气净化指标焦炉煤气净化前后的 H2S、HCN 含量见表 1：表 1 焦炉煤气净化前后的 H2S、HCN 含量煤气指标 H2S 含量（ mg/m3） HCN 含量（ mg/m3）粗焦炉煤气 7600 1500净焦炉煤气 200 3003.2 主要技术操作指标脱硫塔进口煤气温度 27 脱硫塔操作压力 9 kPa再生塔内温度 6772 再生塔操作压力 20 kPaK2CO3溶液循环量 150160 m 3/h3.3 化学试剂及公辅介质消耗指标脱硫单元和硫回收单元的化学试剂及公辅介质消耗指标见表
10、2：表 2 化学试剂及公辅介质消耗指标项目 消耗指标 项目 消耗指标50% KOH 溶液 770 kg/d 软水 7.5 m3/h50% NaOH 溶液 270 kg/h 热水 1000 m3/h循环冷却水 1300 m3/h 低压蒸汽 9 t/h低温冷却水 270 m3/h 电力 760 kW4 主要设备脱 硫 塔 2 座（D N5000， H=22600， 材质 Q235-A） 、再生塔 2 座（D N5400， H=27600， 材质 Q235-A） 、克劳斯装置 2 套、抽真空系统 2 套。5 工艺特点5.1 脱硫采用真空解吸法再生该工艺富液再生采用真空解吸法，操作温度为 6772，脱
11、硫和再生系统均在低温低压下运行，腐蚀弱，对设备材质要求不高，吸收塔、再生塔及大部分设备材质为碳钢，使整个装置投资减少。5.2 煤气净化效果好该脱硫工艺属于湿式吸收法，正常工况下，脱硫效率可达 95% 以上，脱氰效率可达 80%，且在脱硫塔上部增加了一个 NaOH 溶液洗涤段，进一步降低了煤气中 H2S 含量，可使净煤气中 H2S 含量降到 200 mg/m3以下，满足环境保护和一般冶金燃气的质量要求。5.3 硫磺转化率高、质量优硫回收采用酸汽部分燃烧法与催化转化的克劳斯工艺流程，H 2S 的转化率达 96%,所得产品固体硫磺的纯度高达 99.5%,是优质化工原料。5.4 余热利用本工艺设置废热
12、锅炉及贫富液换热器，最大限度地利用过程气及贫液的余热，节省了能源，提高了整个装置的热效率。再生塔的热源为废 热 锅 炉 所 产 的 蒸 汽 或 初 冷 器 所 产 的 热 水 ，不需外加蒸汽；贫液与富液进行热交换，既降低了贫液的温度，又提高了富液的温度，即节约了冷却水和蒸汽的消耗。5.5 环境保护好本工艺产生的克劳斯尾气返回吸煤气管道，不污染大气，而尾气中剩余 H2S 还可继续回收，可燃成分也得到利用。5.6 系统运行的可靠性和稳定性好该工艺脱氨与脱硫相互独立，工序之间的适应性较好，对公用介质（蒸汽和低温水）的要求相对较低，遇有停电、停汽、停水等特殊情况时，系统恢复生产的时间较短，系统运行的可靠性和稳定性好。
