您當前的位置是:網站首頁 >> 研發創新 >> 專題論文
發生爐煤氣站濕法脫硫系統的污染治理

發布時間:2019-12-02
0

苑衛軍,楊征,王輝,韓明汝
(唐山科源環保技術裝備有限公司,河北唐山063000)

      摘要:簡要介紹了發生爐煤氣站濕法脫硫廢棄物(脫硫廢液、脫硫廢氣和硫膏)的産生及特性。并結合發生爐煤氣站的工藝特性,系統介紹了煤氣站脫硫廢液、脫硫廢氣和硫膏等污染物的處置措施。指出脫硫廢液和脫硫廢氣的協同處置過程中,将爐内焚燒和窯内火焰焚燒有機結合,并充分利用了煤氣發生爐内的還原性氣氛對污染物質進行有效處置。同時指出該硫膏處置技術既解決了煤氣站粉煤利用問題,又杜絕了硫膏處置過程中的二次污染問題,污染物治理效果徹底。
       關鍵詞:KM5Q煤氣發生爐,煤氣站,濕法脫硫,脫硫廢液,脫硫廢氣,硫膏

Pollution Control of Gasifier Station Wet Desulfurization System
Yuan Weijun, Yang Zheng, Wang Hui and Han Mingru
(Tangshan Keyuan Environmental Protection Technology & Equipment Co., Ltd., Tangshan Hebei063000, China)

 AbstractThis paper briefly introduces the generation and characteristics of wet desulfurization waste liquid (desulfurization waste liquid, desulfurization waste gas and sulfur residue) in the furnace gasification furnace.Combined with the process characteristics of the furnace gasifier station, the system introduced the disposal measures of pollutants such as desulfurization waste liquid, desulfurization waste gas and sulfur paste.It is pointed out that in the process of co-disposal of desulfurization waste liquid and desulfurization waste gas, the incineration in the gasifier furnace and the flame incineration in the kiln are organically combined, and the reducing atmosphere in the gasifier generator is fully utilized to effectively treat the pollutants.At the same time, it is pointed out that this sulfur paste disposal technology not only solves the problem of utilization of fine particles coal in the gasifier station, but also eliminates the secondary pollution problem in the process of sulfur paste disposal, and the effect of pollutant treatment is thorough.             
 Key wordsKM5Q gasifier generator, gasifier station, wet desulphurization, desulphurizing waste liquid, desulphurizing waste gas, sulfur paste, coking industry

    發生爐煤氣站作為氣體燃料供應單元,在陶瓷、化工、冶金、機械等行業應用較為廣泛。随着國家各項環保政策和法規的頒布實施,環保形勢日趨嚴峻,發生爐煤氣站正在面臨嚴格的規範化整頓,脫硫改造勢在必行,特别是煤氣濕法脫硫技術,已成為煤氣站脫硫改造建設的重點選擇。在建設煤氣濕法脫硫系統,改善煙氣SO2排放的同時,也必須重視脫硫系統本身帶來的廢棄物污染問題。如何選擇合理的濕法脫硫廢棄物污染治理技術,在重點關注其處理效果的同時,兼顧處理成本和建設投資,是發生爐煤氣站在脫硫改造建設過程中重點考慮的問題之一。本文結合發生爐煤氣站的工藝特點,介紹了在發生爐造氣生産過程中,對煤氣站濕法脫硫系統産生的廢液、廢氣等污染物進行在線協同處置的措施,并對副産硫膏的處置方法進行了簡要論述,旨在使煤氣站脫硫過程産生的污染物在兼顧處理成本和建設投資的前提下,得以較為徹底的無害化處置。
1煤氣濕法脫硫系統
      目前,在發生爐煤氣的濕法脫硫技術中,應用較為廣泛的是栲膠脫硫法和888脫硫法,這2種方法都是以純堿作為吸收劑,隻是用于脫硫的催化氧化劑不同,其他設備和工藝路線完全相同[1]。栲膠脫硫法以栲膠為載氧體,以NaVO3為氧化劑; 888脫硫法以888脫硫劑為催化氧化劑。典型的煤氣濕法脫硫工藝流程示意圖見圖1。

 01.jpg

圖1典型的煤氣濕法脫硫工藝流程示意圖


      氣體流程:淨化增壓後的煤氣在脫硫塔内與脫硫貧液逆流接觸并發生反應,脫除煤氣中的H2S後,進入捕滴器脫除大顆粒的脫硫液霧滴後,送往燃氣爐窯使用。
脫硫溶液流程:貧液塔内的貧液經脫硫泵送至脫硫塔頂部,在脫硫塔内與煤氣逆流接觸,完成吸收H2S的過程。貧液吸收H2S後成為富液進入富液塔,經再生泵送至至再生塔,利用再生空氣對富液進行再生和析硫,富液再生後成為貧液進入貧液塔,再經脫硫泵泵入脫硫塔進行脫硫。同時再生塔内上層浮硫層的硫泡沫溢流至泡沫池,彙總後流入硫泡沫過濾池,過濾出的清液排入加藥槽回收。
2發生爐煤氣站濕法脫硫廢棄物處理技術分析
2.1發生爐煤氣站工藝簡介
 

02.jpg

圖2 KM5Q煤氣發生爐結構示意圖


      KM5Q煤氣發生爐結構如圖2所示,發生爐氣化反應是以煤炭為氣化原料,以空氣及水蒸氣為氣化劑,入爐煤在煤氣發生爐内經過幹燥、幹餾過程後,進入造氣反應段(還原層+氧化層),在此發生(1)(2)(3)式反應生成以H2和CO為主的氣化煤氣M。煤氣M上行進入幹餾層和幹燥層,通過與緩慢下移的氣化用煤直接接觸,将其熱量直接傳給氣化用煤,進行上面提到的幹餾和幹燥過程,同時産生一部分以烷烴類高熱值氣體為主的幹餾煤氣M’;氣化煤氣M和幹餾煤氣M’共同組成發生爐煤氣,自煤氣發生爐出口導出,煤氣中還含有幹燥過程産生的氣态水以及幹餾過程産生的氣态焦油等物質。
C+O2=CO2;△H=-409 KJ/mol            (1)
CO2+C=2CO;△H=162KJ/mol (2)
C+H2O=CO+H2;△H=119 KJ/mol        (3)
      KM5Q煤氣發生爐出口煤氣溫度約為350-400℃,煤氣經過初級冷卻、除焦油、間接終冷、煤氣增壓、濕法脫硫等冷卻淨化處理工序後,煤氣以35-45℃的潔淨冷煤氣形式壓送至燃氣爐窯工段燃用。
2.2脫硫廢液的處理
2.2.1脫硫廢液及其處理技術
    在脫硫生産過程中,當脫硫循環液中的副鹽質量濃度超過250g/L時,煤氣中H2S的吸收效率會嚴重降低,為保持較高的脫硫效率,必須将脫硫循環液中的副鹽質量濃度控制在 250g/L以内,需要排出部分循環液并加入新的脫硫液,從而使脫硫過程得以高效進行,排出系統的這部分循環液體稱為脫硫廢液。某煤氣站濕法脫硫系統以碳酸鈉作堿源,其脫硫廢液成分如表1,可知脫硫廢液中除含有懸浮硫外,還含有多種鈉鹽。另外該煤氣站脫硫廢液中還含有少量輕油和苯、酚類物質。


内網通截圖20191202091644.jpg

      煤氣濕法脫硫系統在焦化行業的應用範圍比較廣泛,在脫硫廢液的處理方面,國内外的焦化行業采取的脫硫廢液的處理方法也比較多。李國強等[2]總結并将脫硫廢液處理技術總體分為鹽提取技術和鹽分解技術2大類,具體方法包括提鹽法、制酸法、高溫裂解法等。
      提鹽法[2-3],即對脫硫廢液進行預處理後,通過蒸發、濃縮、冷卻、結晶,對脫硫廢液中的副鹽進行提取。提鹽法按照工藝方法不同又分為蒸發結晶法、分步結晶法、制取硫氰鹽法、膜分離法和離子交換法等,以分步結晶法應用最廣。
  制酸法[2,4]以昆帕庫斯法為代表,将含硫脫硫廢液經過加熱濃縮,濃縮後的脫硫廢液和其他工段分離出的硫磺、硫泥通過壓力泵送到燃燒爐燃燒産生SO2,進一步将SO2催化轉化為 SO3并制成硫酸。
  通過高溫裂解,可将脫硫廢液中的鹽類物質分解、轉化。曹玉兵等[5]将脫硫廢液在高溫裂解爐中進行焚燒、分解,使可分解的鹽類物質分解轉化,分解後的氣體再進行吸收處理。王玉萍[6]将脫硫廢液配入煉焦煤,通過煉焦過程的高溫将廢液中的鹽類物質分解,從而達到處理脫硫廢液的目的。
2.2.2煤氣站脫硫廢液的處理技術
      發生爐煤氣站一般規模不大,而且氣化用煤一般含硫較低,煤氣初始含硫質量濃度一般小于2000mg/Nm3,濕法脫硫系統産生的脫硫廢液量相對較少,利用提鹽法處置脫硫廢液回收的鹽類種類多、回收量少,對企業而言,提鹽回收系統投資較大,但收益有限。同樣由于發生爐煤氣初始硫含量低,脫硫系統回收的硫量有限,發生爐煤氣站利用制酸法處置脫硫廢液,其硫酸生産難以形成銷售規模,而且硫酸生産銷售過程嚴格的管控程序也使企業望而卻步。總之,就其工藝複雜性和經濟性等方面而言,提鹽法和制酸法都不太适合作為發生爐煤氣站的工藝選項。煤氣發生爐内密閉、高溫、缺氧的環境可以為脫硫廢液的高溫裂解提供可靠的反應條件,結合發生爐煤氣站的工藝特性,借鑒高溫裂解法對脫硫廢液進行處理,相對比較切合實際。

未标題-3 拷貝.jpg

圖3發生爐煤氣站脫硫廢液與酚水共線處理工藝流程


      苑衛軍等[7]介紹了KM5Q兩段幹餾式發生爐冷煤氣站處理焦油廢水的技術工藝,在此基礎上進行技術延伸,可以将脫硫廢液與煤氣站酚水等進行共線處理。其處理工藝流程如圖3所示,将脫硫廢液和其他廢水通過爐頂噴淋降溫壓塵系統,定時定量的噴灑于剛入爐的煤料上,在高溫條件下,脫硫廢液中的水分被蒸發進入煤氣中,同時附着于煤料表面的低沸點物質揮發形成氣體,也進入煤氣中;脫硫廢液中的懸浮硫随煤料下移,液化、汽化後的硫與煤氣中的H2反應生成H2S[8],随煤氣重新進入濕法脫硫系統進行脫除;脫硫廢液中的鹽類等物質被吸附在煤料上,随煤料下行至發生爐氧化層,經過高溫焚燒後,混于灰渣中排出爐外。
      随着煤氣冷卻,在爐内蒸發過程中被混入煤氣中的水分大部分以酚水的形式析出。析出的酚水一部分回流至煤氣冷卻系統 ,另外一部分經預處理過後泵入發生爐的水夾套,蒸發汽化後形成的酚水蒸汽,酚水蒸汽作為氣化劑通入發生爐爐底。酚水蒸汽中的苯、酚類物質在發生爐的氧化層(溫度一般1000℃~
1200℃)被焚燒分解為H2O和CO2。水夾套中未被汽化的高沸點物質随水夾套定期排污至殘液收集池,然後回流至爐頂定量噴淋系統。
      經過濕法脫硫的煤氣 中除含有飽和水外,還含有部分苯、酚類及油類等氣态物質,這部分物質随煤氣進入加熱窯爐,在高溫火焰處焚燒分解為H2O和CO2等無毒物質排入大氣。
      KM5Q兩段幹餾式發生爐煤氣站産氣量為6000Nm3/h時,外來焦油廢水處理量為8 t/d~10t/d(即330 kg/h~420kg/h)[7]。依據煤氣站濕法脫硫系統實際運行數據,脫硫系統煤氣處理量為6000Nm3/h時,脫硫廢液的産生量一般為30 kg/h~50kg/h,通過以上數據可知,利用上述工藝方法可以将脫硫廢液完全處理。
2.3脫硫廢氣的處理
2.3.1脫硫廢氣及其處理技術
      進入濕法脫硫系統的煤氣一般35℃~45℃,煤氣中含有的一部分輕油、苯酚類物質及氨等,在脫硫過程中被吸收到脫硫液内。脫硫液再生過程中,混入脫硫液中的部分揮發性的芳香烴類和苯酚類、遊離氨以及微量H2S等,随再生廢氣帶出形成脫硫廢氣。硫泡沫槽等處也會有類似的脫硫廢氣産生。脫硫廢氣的主要成分以空氣為主,其中氧氣所占比例為19.2%[9]。
      張合賓等[9]介紹了蒸氨廢水洗滌-高空排放法和稀硫酸洗滌後高空排放等治理技術,指出這2種方法都無法去除廢氣中的H2S及苯酚類有機物,局限性較大,同時指出利用焚燒法可以有效解決脫硫廢氣污染問題。季廣祥[10]介紹了3種脫硫廢氣的處理方式。其一,将脫硫廢氣引入負壓煤氣管道,與煤氣一同燃燒,該方法需要控制廢氣含氧量,實施難度較大;其二,用水吸收脫硫廢氣中的NH3和H2S,從而降低廢氣中的NH3和H2S的污染程度,該方法受H2S等物質溶解度的影響,環境達标的難度極大;其三,以NH3作堿源的氧化法,在低溫條件下脫除廢氣中H2S,再用稀H2SO4噴淋吸收廢氣中NH3,以達到脫除廢氣中的NH3和 H2S的目的,該方法是相對比較有效的治理方法。
2.3.2煤氣站脫硫廢氣處理技術

未标題-4 拷貝.jpg

圖4煤氣站脫硫廢氣處理工藝流程


      結合煤氣站的工藝特點,采用焚燒分解法處理脫硫廢氣。煤氣站脫硫廢氣工藝流程示意圖見圖4。封閉部分脫硫廢氣散發點,使再生塔和泡沫槽等處的脫硫廢氣集中于一點散發,脫硫廢氣在此散發點被強制引入冷凝捕霧器,脫硫廢氣中的水蒸氣及部分氨等揮發類物質,被冷卻為冷凝液返回脫硫循環液;經過冷凝處理的脫硫廢氣經過除霧器捕除水霧後,與外界空氣通過集氣罩混合作為氣化劑,經空氣鼓風機送至煤氣發生爐爐底。在發生爐高溫氧化層,廢氣中的苯、酚及烯烴類物質被焚燒分解為H2O和CO2;廢氣中的H2S焚燒産生的SO2混入煤氣中,在煤氣淨化或脫硫過程中被脫除;廢氣中的NH3,或先被氧化成NO,再被還原區的半焦、CO以及析出的揮發分等還原成N2,或直接在高溫氧化區的半焦和灰渣中的鐵基及鈣基礦物質的催化作用下分解為N2和H2。
      例如,某煤氣站建設1台KM5Q3.6的兩段幹餾式煤氣發生爐,煤氣站産氣量為8000Nm3/h,氣化劑中空氣需要量約為5200m3/h,配套濕法脫硫系統的再生空氣量為1300 m3/h~1400m3/h,綜上可知,利用上述方法處理脫硫廢氣,不會出現廢氣盈餘的現象。
2.4硫膏的處理
2.4.1硫膏及其處理技術
      煤氣濕法脫硫系統從再生塔中浮出來的硫泡沫,自流至硫泡沫槽後采用2種工藝進行處理:其一,由硫泡沫泵送到壓濾機設備中進行壓濾,濾出硫膏,其含硫質量分數約80%;其二,采用熔硫釜對其進行熔硫處理制成粗硫磺,其含硫質量分數90%~95%。對于這部分硫膏或粗硫磺的處理,有些焦化企業利用它制取硫酸或亞硫酸铵[11-12]。
2.4.2煤氣站硫膏處理技術
      煤氣站的硫膏産量比較低,多數采取委托處理的方式進行處置,有煤氣站曾經委托硫酸或二硫化碳生産企業作為生産原料進行處理。近幾年,受環保政策和企業總體經營狀況(或停産或開工不足)的影響,許多煤氣站的副産硫膏堆積成災。
      借鑒徐昭平[12]技術的部分工藝,将幹燥後的硫膏在轉化裝置中燃燒生成SO2氣體和爐渣,利用張倩[13]介紹的石灰-石膏法煙氣脫硫技術,用石灰對SO2進行吸收轉化為石膏。利用SO2轉化過程産生的副産熱能對濕硫膏進行幹燥,同時以SO2吸收過程産生的石膏作為黏結劑,将SO2轉化過程産生的爐渣和煤氣站的篩下煤粉制成氣化型煤。利用該硫膏處理技術,在解決硫膏污染問題的同時,有效解決了煤氣站篩下粉煤無法入爐氣化的問題,比較适合煤氣站應用。
3總結
(1)脫硫廢液處置技術屬于協同處置工藝。處置過程貫穿發生爐造氣、煤氣冷卻淨化和窯爐燃燒工藝路線,将爐内汽提蒸發、爐内焚燒和窯内火焰焚燒技術結合在一起,脫硫廢液處置與酚水處置共線進行,污染物治理效果徹底。
(2)脫硫廢氣處置技術也屬于協同處置工藝。處置過程結合煤氣發生爐的造氣原理,将污染物引入爐内進行焚燒處置,并且充分利用了煤氣發生爐内的還原性氣氛對污染物質進行處置,污染物治理效果徹底。
(3)将硫膏燃燒生成SO2後,再利用石灰-石膏法脫除SO2,副産石膏作為粘結劑壓制氣化型煤,該處置過程既解決了煤氣站粉煤利用問題,又杜絕了硫膏處置過程中的二次污染問題。
參考文獻:
[1]苑衛軍,李見,王輝.建築衛生陶瓷行業煤氣站脫硫問題探讨[J]. 佛山陶瓷,2014,2:30-34,39.
YUAN W J,LI J, WANG H.Discussion on Desulfurization of Gas Station in Building Sanitary Ceramics Industry[J]. Foshan Ceramics,2014,2:30-34,39.
[2]李國強,李珍珍,石玉良,等.HPF焦化脫硫廢液資源化處置技術開發[J].工業水處理,2013:33(9):10-14.
LI G Q, LI Z Z, SHI Y L. Resourse treatmengt technology development of HPF cokingdesourfurization waste liquit [J].Industrial Water Treatment,2013,33(9):10-14.
[3]雷曉東,于曉,趙強,等. 焦化脫硫廢液提鹽回用研究及工業化進展[J].化工進展,2009,S2:416-425.
LEI XD, DING X, ZHAO Q. Research on the extraction and reuse of coking desulfurization waste liquid[J].Chemical Industry and Engineering Progress, 2009,S2:416-425.
[4]白玮,王崇林,張素利. 焦化低品質硫磺及脫硫廢液焚燒制酸工藝[J]. 燃料與化工,2015,46(6):56-60.
BAI W, WANG C L, ZHANG S L. Sulfuric acid making process with low quality sulfur and desulfurization waste water in coking industry[J].Fuel&Chemical Processes, 2015,46(6):56-60.
[5]曹玉兵,丁文波. 高溫裂解法處理氨法脫硫廢液的探讨[J]. 煤氣與熱力,1997,19(3):17-19.
CAO Y B, DING W B. Discussion on treatment of ammonia desulfurization waste liquid by high temperature cracking [J]. Gas& Heat, 1997,19(3):17-19.
[6]王玉萍.一種焦爐煤氣脫硫廢液處理方法[P].中國,101798533A,2010.
WANG Y P. Coke oven gas desulfurization waste liquid treatment method [P]. China, 101798533A, 2010.
[7]苑衛軍,劉春道,張豔.發生爐冷煤氣站處理焦油廢水的生産總結[J].燃料與化工,2016,2:42-44,47
YUAN W J, LIU C D, ZHANG Y.Analysis of tar waste water treatment in clean gas station for coal gasifier [J].Fuel & Chemical Processes, 2016, 2:42-44,47
[8]韓美,朱心才.硫化氫的制造方法及其裝置[J]. 低溫與特氣,1998,1:49-51.
HAN M, ZHU X C.Method and device for producing hydrogen sulfide [J]. Low Temperature and Specialty Gases, 1998, 1: 49-51.
[9]張合賓,史耀國,範安林,等. 脫硫再生尾氣的處理和利用[J].燃料與化工,2016,47(4):39-40.
ZHANG H B, SHI Y G, FAN A L. Treatment and utilization of desulfurization tail gas from the regenerating column [J]. Fuel & Chemical Processes, 2016,47(4): 39-40.
[10]季廣祥. 焦化廠脫硫再生塔尾氣污染控制[J].煤化工,2016,44(1):54-56.
JI G X.Pollutioncontrol of tail gas from desulfurization regeneration tower in coking plant[J].Coal Chemical Industry,2016,44(1):54-56.
[11]念吉紅. 合成氨硫膏在硫磺制酸中的應用[J].硫酸工業,2015,2:7-8.
NIAN J H. Application of Synthetic Ammonia Sulfur Ointment in Sulfuric Burning Sulphuric Acid System [J].Sulphuric Acid Industry, 2015, 2: 7-8.
[12]徐昭平. 一種硫泥、硫膏轉化裝置及轉化工藝[P].中國,201210306481.X,2014.
XU Z P. Sulfur mud, sulfur paste conversion device and conversion process [P]. China,201210306481.X,2014.
[13]張倩.氧化鎂法與石灰-石膏法煙氣脫硫技術的适用性分析[J].冶金能源,2017,36:114-115.
ZHANG Q. Aplicability Analyses of the Magnesium Desulfurization and Calcium Desulfurization [J].Energy For Metallugical Industry, 2017, 36: 114-115.
苑衛軍簡介:(1968-),男,河北霸州,高級工程師,工程碩士,1990年本科畢業于華北理工大學機制專業,現從事工作内容煤炭氣化行業,研究方向為煤氣化工藝及設備。E-mail:2329081462@qq.com
聯系方式:13703243469。
通訊地址:河北省唐山市高新區衛國北路1698号科技中心,063000。


 

 

辦 公 室:0315-3185606   傳 真:0315-3185706

銷售熱線:0315-3183698/6(國内)

銷售熱線:0315-3183189(國際)

售後服務:0315-3183368

技術咨詢:0315-3185003

唐山科源環保技術裝備有限公司 備案号:冀ICP備案号09007820号 技術支持:文豪科技 COPYRIGHT @ 2018 TS-KY.COM ALL RIGHTS RESERV
日韩无砖专区2021特黄免费视频