煤焦油加氫技術(shù)

9.1煤氣凈化裝置煤氣凈化裝置與年處理150萬噸的煤干餾配套，煤氣處理能力為28909Nm3/h。煤氣凈化裝置組成為：冷凝鼓風(fēng)系統(tǒng)（初冷器單元、電捕單元、煤氣鼓風(fēng)機室單元、焦油氨水分離單元）、PDS脫硫單元、磷銨洗氨單元、蒸氨單元、剩余氨水脫酚單元和提鹽單元。煤氣系統(tǒng)的主要流程：荒煤氣→洗滌塔→橫管初冷器→電捕焦油器→鼓風(fēng)機→脫硫塔→洗氨塔→用戶

概述9.1煤氣凈化裝置（1）工藝流程來自外熱式回轉(zhuǎn)爐裝置的溫度約為80℃的荒煤氣，與焦油和氨水沿吸煤氣管道至氣液分離器，經(jīng)氣液分離后荒煤氣首先進入洗滌塔。洗滌煤氣中夾帶的煤粉及焦粉后進入橫管初冷器，橫管初冷器分三段冷卻：余熱水段用約為65℃的余熱水換熱，循環(huán)水段用32℃循環(huán)水冷卻，低溫水段用16℃低溫水將煤氣冷卻至20~21℃。由橫管初冷器下部排出的煤氣，進入電捕焦油器，除掉煤氣中夾帶的焦油后，再由煤氣鼓風(fēng)機加壓送至PDS脫硫單元。在洗滌塔與橫管初冷器之間預(yù)留一塊場地用于除塵設(shè)施。

概述9.1煤氣凈化裝置（2)工藝特點①初冷器采用高效橫管冷卻器，分三段將煤氣從80℃冷卻至20～21℃；初冷器帶有斷塔盤，節(jié)省了低溫水，降低了操作費用，頂部設(shè)有余熱回收段，可有效回收荒煤氣中的余熱。②選用高效的電捕焦油器，脫除焦油的效率大于99%。③焦油氨水分離采用立式分離槽，容積大，分離時間長。④采用超級離心機，進一步脫除焦油中的焦油渣和水分。⑤主要技術(shù)操作指標見表9-1

概述9.1煤氣凈化裝置2.PDS脫硫單元（1）工藝流程由鼓風(fēng)機送來的煤氣首先進入間冷器，用低溫水間接冷卻至23℃后依次進入兩臺脫硫塔。脫硫塔頂部噴淋下來的脫硫液與煤氣逆流接觸以吸收煤氣中的硫化氫（同時吸收煤氣中的氨，以補充脫硫液中的堿源）。脫硫后煤氣送至磷銨洗氨單元。吸收了H2S、HCN的脫硫液匯聚到塔底，然后用脫硫液循環(huán)泵送入再生塔，同時自再生塔底部通入壓縮空氣，使脫硫液在塔內(nèi)得以氧化再生。再生后的溶液從塔頂經(jīng)液位調(diào)節(jié)器自流回脫硫塔循環(huán)使用。

概述9.1煤氣凈化裝置（2）工藝特點①采用以氨為堿源，PDS為催化劑的焦爐煤氣脫硫脫氰工藝，具有較高的脫硫脫氰效率，且流程短，催化劑用量少，操作費用低，一次性投資省。②設(shè)置排氣洗凈塔，可將再生尾氣洗凈后高空排放。主要技術(shù)操作指標見表9-2。

概述9.1煤氣凈化裝置3.磷銨洗氨單元（1）工藝流程從脫硫單元來的煤氣進入吸收塔下段，煤氣中的氨在吸收塔內(nèi)與磷銨溶液逆流接觸被吸收，合格的煤氣送至外熱式回轉(zhuǎn)爐裝置加熱和其他用戶。設(shè)置循環(huán)泵保證吸收塔內(nèi)一定的噴淋密度。塔底連續(xù)抽出一定量的富液先經(jīng)除焦油器脫除焦油，再與熱貧液換熱后，進入接觸器；富液在接觸器內(nèi)閃蒸，脫出其中的酸性組分，酸汽返回到吸收塔前煤氣管道。

概述9.1煤氣凈化裝置（2）工藝特點①磷銨溶液對氨的吸收有較高的選擇性，吸收能力強，因此解吸溶液量少。②由于吸收過程為化學(xué)反應(yīng)過程，因此，反應(yīng)溫度對吸收效率影響較小。③主要技術(shù)操作指標:氨吸收塔出口煤氣溫度40~50℃;氨吸收塔阻力≤1500Pa;解吸塔頂溫度~150℃;解吸塔頂壓力400kPa;磷銨貧液含酸量~30%wt。

概述9.1煤氣凈化裝置4.蒸氨單元(1)工藝流程由剩余氨水脫酚單元送來的剩余氨水經(jīng)與塔底出來的蒸氨廢水換熱后，進入蒸氨塔。蒸氨塔底的部分蒸氨廢水經(jīng)蒸汽再沸器與蒸汽換熱后回蒸氨塔底，為蒸氨提供熱源。蒸氨塔頂部的氨汽經(jīng)氨分縮器、氨冷凝冷卻器后冷凝為濃氨水，送入脫硫單元，塔底蒸氨廢水送酚氰污水處理裝置。

概述(2)工藝特點①加堿分解固定氨可大大降低廢水中全氨含量，為后續(xù)廢水處理創(chuàng)造了良好的條件。②采用間接蒸汽作為蒸氨塔的熱源，減少了蒸氨廢水外排量，有利于環(huán)保。③蒸氨塔采用不銹鋼浮閥塔，耐腐蝕易檢修。④主要技術(shù)操作指標：蒸氨塔底的壓力為0.04～0.05MPa。9.1煤氣凈化裝置5.提鹽單元（1）工藝流程脫硫脫氰廢液經(jīng)活性炭脫色后在催化劑的作用下將廢液中的硫代硫酸銨氧化成硫酸銨和硫黃，之后過濾除去硫黃。再經(jīng)活性炭二次脫色后進入濃縮釜濃縮，達到一定濃度后濾除濃縮產(chǎn)生的硫酸銨，濾液進入高效除鹽系統(tǒng)，去除體系內(nèi)的微量無機鹽雜質(zhì)。除鹽后物料進入濃縮釜濃縮后放入冷卻釜冷卻結(jié)晶，離心得到產(chǎn)品硫氰酸銨。（2）工藝特點本工藝方案成熟，自動化程度較高。工人操作條件較好，操作現(xiàn)場環(huán)境較好，操作較簡便。提鹽處理后廢液所產(chǎn)生的副鹽及廢水不外排，不會產(chǎn)生二次污染。

概述9.1煤氣凈化裝置6.剩余氨水脫酚單元（1）工藝流程由焦油氨水分離單元來的氨水經(jīng)噴射旋流除油過濾器、氨水冷卻器冷卻后，送入萃取塔的焦油萃取段，在此用萃取劑（粗苯）總量的10%進行預(yù)處理，進一步脫除氨水中的焦油。從焦油萃取段出來的氨水，經(jīng)界面設(shè)定盒自流到萃取段，再與總量90%的粗苯逆流接觸，氨水中的酚被粗苯萃取。塔底排出的氨水進入氨水處理槽經(jīng)油水分離后去蒸氨單元。含酚粗苯（富油）由萃取塔自流入脫硫塔上段的油水分離器，分離出水后的粗苯流入塔中段與酚鹽接觸，使酚鹽中的鈉離子與含酚苯中的硫化氫中和生成硫化鈉作為廢液，間歇排入蒸氨原料氨水中。

概述9.1煤氣凈化裝置脫硫后的富油進入富油槽，用泵送入四個串聯(lián)的分離槽，通過管道混合器，與酚鹽、氫氧化鈉相接觸，與含酚粗苯中的酚形成酚鹽水溶液，并與粗苯分離。從第一個分離器排出的酚鹽即為成品，用泵送入酚鹽槽，再定期送往焦油加工設(shè)施進一步加工。從最后一個分離槽排出的粗苯送入貧油槽，再用貧油泵送回萃取塔循環(huán)使用。為了保持循環(huán)油的質(zhì)量，連續(xù)從總循環(huán)量中抽出2%~3%的粗苯，和預(yù)處理用的總量為10%的粗苯，以及萃取塔排出的乳化物等一起送至溶劑回收塔進行再生處理。在回收塔中用蒸汽進行連續(xù)蒸餾，被蒸出的粗苯進入冷凝冷卻器冷卻后，再自流入粗苯分離槽，分離出水后的粗苯自流到貧油槽循環(huán)使用。

概述9.1煤氣凈化裝置（2)工藝特點①氨水采用氨水貯槽沉降、射流氣浮凈化機、超級離心機、氨水過濾器過濾、萃取塔上段用少量粗苯萃取多段預(yù)處理的方法，脫除焦油效率高。②設(shè)置了脫硫塔，可脫除酚鈉鹽中的H2S和HCN，改善酚鹽分解的操作條件，防止設(shè)備腐蝕。③設(shè)置了放散氣體冷卻器可避免粗苯揮發(fā)污染環(huán)境。④主要技術(shù)操作指標：萃取塔溫度為55℃。

概述9.2煤氣制氫裝置本裝置利用煤熱解提質(zhì)裝置副產(chǎn)的干餾煤氣及酒鋼焦化廠輸送到本項目的焦爐煤氣生產(chǎn)氫氣，用于50萬噸/年煤焦油加氫改質(zhì)。本裝置生產(chǎn)原料為干餾煤氣。壓力：進入本裝置界區(qū)為7kPa。溫度：進入本裝置界區(qū)為40℃。9.2.1原料條件9.2煤氣制氫裝置（1）氫氣產(chǎn)量：44500Nm3/h。（2）氫氣質(zhì)量，見表9-3。（3）氫氣送出壓力：按本裝置經(jīng)濟操作壓力條件下送出氫氣的壓力，約1.47MPa（G）。該壓力可根據(jù)業(yè)主要求進行調(diào)整，但相應(yīng)地物料平衡及公用工程消耗量也需調(diào)整。（4）氫氣送出溫度：40℃。9.2.2產(chǎn)品要求9.2煤氣制氫裝置為了盡量利用煤氣中制氫有效成分多生產(chǎn)煤焦油加氫所需要的氫氣，制訂工藝技術(shù)時應(yīng)考慮烴類蒸汽轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，由此組織的工藝流程如圖9-1所示。9.2.3工藝流程組織9.2煤氣制氫裝置1.煤氣預(yù)處理送來的煤氣中含有大量焦油、萘等對后續(xù)壓縮工序容易造成危害的物質(zhì)，必須除去。預(yù)處理采用吸附法預(yù)處理技術(shù)，可以將煤氣中的萘脫至≤30mg/Nm3、焦油脫至≤3mg/Nm3，可以保證煤氣壓縮機的長周期運行要求。預(yù)處理采用焦炭吸附、不再生、定期更換的焦炭顆粒作為鍋爐燃料。9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置2.原料煤氣壓縮被壓縮后煤氣的壓力根據(jù)后續(xù)工序需要的壓力并充分節(jié)省壓縮功耗而定。本設(shè)計壓縮后煤氣的壓力定在2.3MPa。雖然煤氣已采取預(yù)處理措施脫除了煤氣中絕大部分焦油和萘，但煤氣中殘存的焦油、萘及CmHn組分中所含有的不飽和直鏈烴在壓縮過程中因溫度和壓力的上升可能會結(jié)焦，故不宜采用離心式壓縮機。螺桿式壓縮機適用于氣體不太潔凈的場合，且單機打氣量也比較大，單機占地面積小，連續(xù)運轉(zhuǎn)周期可達1年以上，不需要備機，只要所需的壓縮比不是很大即可采用。9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置本裝置原料煤氣壓縮機進口壓力只有1～3kPa，如果采用螺桿式壓縮機，出口壓力目前只能達到1.5MPa左右，不能滿足本裝置出口壓力2.3MPa的要求，所以在此一般不考慮采用螺桿式壓縮機。往復(fù)式壓縮機是一種傳統(tǒng)的機型，雖然因為部分活動部件需要定期維修而需設(shè)置備機，但因其可以滿足高壓縮比要求且可以承受不太潔凈的氣體，所以應(yīng)用場合非常廣泛。本原料煤氣壓縮機擬采用往復(fù)式壓縮機，1開1備。壓縮機采用電機驅(qū)動，用電等級為10kV/50Hz/3Ph。9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置3.原料煤氣的TSA凈化壓縮后的煤氣中除尚含有少量焦油和萘外，還含有大量的潤滑油、苯、甲苯和二甲苯等大分子物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在將嚴重影響后續(xù)轉(zhuǎn)化催化劑的性能，必須有效除去。TSA吸附劑的再生采用加熱后的提氫解吸氣，再生后的提氫解吸氣用作本裝置轉(zhuǎn)化爐燃料。9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置4.原料煤氣的粗脫硫常溫活性炭脫硫劑非常適合于焦爐氣、干餾煤氣等這樣的含氧氣體中H2S的脫除，可以大大提高其硫容，且價格便宜，易于采購。因此本方案擬采用常溫活性炭對原料煤氣進行粗脫硫處理，可將煤氣中的H2S脫除到1.0mg/Nm3以下。定期更換的活性炭脫硫劑可以混入燃煤鍋爐的燃料煤中進行燃燒處理（因相比鍋爐燃料煤而言活性炭脫硫劑量很少，雖然其含硫量很高，但對鍋爐煙氣含硫量的影響仍然非常?。┗蚧炫涞矫禾刻豳|(zhì)原料煤中得以回收（活性炭中的硫?qū)⒃俅螝饣D(zhuǎn)變?yōu)镠2S，大部分在煤氣濕法脫硫過程中得到脫除）。9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置5.原料煤氣的精脫硫轉(zhuǎn)化催化劑要求煤氣中總硫≤0.5ppm。本方案設(shè)計暫按煤氣中有機硫含量COS～300mg/Nm3考慮。根據(jù)一般情況，有機硫中COS～37%、CS2～50%、RSH～2%、C4H4S～11%。為了充分脫除有機硫，需要先將有機硫轉(zhuǎn)化為易于脫除的H2S。根據(jù)煤氣的組成性質(zhì)，有機硫的轉(zhuǎn)化擬采用加氫轉(zhuǎn)化法，即先將原料煤氣在轉(zhuǎn)化爐的對流段預(yù)熱到250℃左右，在鐵鉬加氫催化劑作用下使煤氣中的有機硫與氫氣組分發(fā)生反應(yīng)生成H2S，反應(yīng)式如下：再用中溫ZnO脫硫劑吸收生成的H2S即可將煤氣中的總硫脫除到0.5ppm以下。9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置6.煤氣轉(zhuǎn)化為了滿足氫氣產(chǎn)量要求，本裝置有必要采用烴類轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將煤氣中的烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO和H2。烴類轉(zhuǎn)化按極端分類可有一段蒸汽轉(zhuǎn)化和純氧轉(zhuǎn)化，處理中間的還有一段蒸汽轉(zhuǎn)化+二段純氧轉(zhuǎn)化。本裝置的目的是生產(chǎn)氫氣，一段蒸汽轉(zhuǎn)化是用水蒸氣與煤氣中的烴類物質(zhì)在高溫和催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成CO和H2的過程，轉(zhuǎn)化所需熱量靠轉(zhuǎn)化管外用提氫解吸氣加上少量干餾煤氣燃燒提供：9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置原料煤氣中的烴類物質(zhì)得以比較充分地轉(zhuǎn)化為CO和H2。純氧轉(zhuǎn)化所需熱量則是靠加到轉(zhuǎn)化爐中的氧氣與煤氣中的氫氣燃燒提供，在高溫和催化劑作用下水蒸氣與煤氣中的烴類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成CO和H2。原料煤氣中的大量H2與氧氣反應(yīng)生成了H2O，雖然可以省掉部分燃料用煤氣，但不足以彌補H2與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)而造成的H2損失。9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置7.轉(zhuǎn)化氣中溫變換一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐出口溫度約870～900℃，轉(zhuǎn)化氣中CO的含量約為21%（干基）。CO也是生產(chǎn)H2的有效成分，轉(zhuǎn)化氣經(jīng)轉(zhuǎn)化廢鍋回收熱量降溫到約320℃后，一次性通過變換爐，在變換催化劑作用下經(jīng)與轉(zhuǎn)化氣中富含的水蒸氣反應(yīng)后即可將CO變換為H2。變換氣再經(jīng)變換廢鍋、鍋爐給水加熱器、脫鹽水加熱器回收熱量后，最后經(jīng)水冷器冷卻到40℃以下，分離冷凝水后即送往PSA脫碳系統(tǒng)。9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置8.PSA脫碳及提氫冷卻分離水分后的變換氣中CO2的含量約為26%、H2的含量約為66%。為了提高PSA提氫系統(tǒng)的氫氣收率，變換氣提氫擬采用兩段PSA工藝。第一段PSA脫除絕大部分CO2，第二段負責(zé)提取所需的氫氣，采用真空再生流程，可使氫氣收率達90%以上。第一段PSA脫除的CO2解吸氣中CO2的含量約為96%，先考慮直接放空，有條件時可回收CO2制備食品級CO2產(chǎn)品。第二段PSA提氫后的解吸氣低位熱值約為2742kcal/Nm3，壓力約為0.02MPa，先用于TSA吸附劑的再生，燃后根據(jù)轉(zhuǎn)化爐供熱需要配以少量干餾煤氣，經(jīng)適當加壓后作為轉(zhuǎn)化爐燃料。9.2.4工藝技術(shù)說明9.2煤氣制氫裝置1.煤氣預(yù)處理單元來自界外煤氣干式氣柜的干餾煤氣，壓力約為7kPa，溫度約為25～30℃，進入由兩臺吸附器組成的可串可并預(yù)處理系統(tǒng)，在此除去煤氣中的大部分萘、焦油及粉塵。經(jīng)吸附處理后的煤氣中萘含量已降至30mg/Nm3以下，焦油降至3mg/Nm3以下。9.2.5工藝流程2.原料煤氣壓縮單元為滿足本裝置生產(chǎn)需要，本設(shè)計選用往復(fù)式原料煤氣壓縮機兩臺，1開1備。來自預(yù)處理系統(tǒng)的原料煤氣（壓力約2kPa、溫度40℃），經(jīng)過一級進口緩沖器進入各壓縮機組一級入口緩沖器并進入壓縮機，經(jīng)四級壓縮后，壓力升至2.3MPa（G），經(jīng)冷卻分離水分和脫油器吸附煤氣中可能夾帶的油霧后送TSA處理系統(tǒng)。9.2煤氣制氫裝置3.原料煤氣TSA凈化單元來自原料煤氣壓縮系統(tǒng)的原料煤氣，壓力約為2.3MPa（G），溫度約為40℃，進入由兩臺吸附器并聯(lián)組成、1開1備的變溫吸附（TSA）精凈化系統(tǒng)，一方面可將煤氣中殘余的焦油、萘、潤滑油、苯類得以進一步脫除，滿足后續(xù)轉(zhuǎn)化催化劑的要求。另一方面還能脫除大部分有機硫化物，減輕精脫硫負擔。9.2.5工藝流程4.原料煤氣脫硫單元來自TSA精凈化系統(tǒng)的原料煤氣進入由兩個干法脫硫罐（可串可并）進行干法粗脫硫，脫硫罐內(nèi)裝填常溫活性炭脫硫劑。經(jīng)干法粗脫硫后，原料煤氣中的H2S≤1mg/Nm3。干法粗脫硫只能脫除H2S而不能脫除有機硫。經(jīng)干法粗脫硫后，原料煤氣經(jīng)轉(zhuǎn)化爐對流段原料煤氣加熱盤管加熱后送原料煤氣精脫硫系統(tǒng)。9.2煤氣制氫裝置5.轉(zhuǎn)化及變換單元轉(zhuǎn)化爐分為輻射段和對流段兩部分。精脫硫后的原料煤氣與蒸汽按一定比例混合，經(jīng)轉(zhuǎn)化爐對流段混合氣加熱盤管加熱到600℃左右進入輻射段轉(zhuǎn)化管，在轉(zhuǎn)化催化劑作用下進行烴類的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，燃料氣在轉(zhuǎn)化管外燃燒，自上而下與轉(zhuǎn)化管內(nèi)工藝氣并流向轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供輻射熱。轉(zhuǎn)化管出口轉(zhuǎn)化氣溫度約為870～900℃，原料煤氣中的烴類物質(zhì)已充分轉(zhuǎn)化為H2、CO和CO2。轉(zhuǎn)化爐的對流段是余熱回收段，內(nèi)設(shè)多組余熱回收盤管，根據(jù)加熱要求和傳熱特性按一定順序合理排列，按煙道氣流動方向依次為混合氣加熱器、原料煤氣加熱器、煙氣廢鍋和空氣預(yù)熱器。煙道氣經(jīng)多組盤管換熱后溫度降至155℃左右，經(jīng)引風(fēng)機送煙囪放空。9.2.5工藝流程9.2煤氣制氫裝置6.PSA脫碳單元在PSA脫碳系統(tǒng)中，每臺吸附器在不同時間依次經(jīng)歷吸附(A)、多級壓力均衡降(EiD)、逆放(D)、抽空(V)、多級壓力均衡升(EiR)、最終升壓(FR)等過程，從而達到吸附脫除變換氣中CO2的目的。逆放和抽真空解吸的以CO2為主的解吸氣直接高點放空，有條件時可回收其中的CO2生產(chǎn)食品級CO2。9.2.5工藝流程7.PSA提氫單元變換氣經(jīng)PSA脫碳系統(tǒng)脫除掉絕大部分CO2后，H2組分得以濃縮，隨即進入由8臺吸附塔及一系列程控閥組成的PSA提氫系統(tǒng)，采用8-2-3/V流程。PSA提氫系統(tǒng)分離得到的產(chǎn)品氫氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓后送焦油加氫裝置，提氫解吸氣先作為TSA凈化系統(tǒng)再生氣后再用作轉(zhuǎn)化爐燃料。9.3廢水處理焦化廢水處理站處理水量為162.12m3/h，其中原水49.88m3/h，進入預(yù)留處理；循環(huán)水排污水及濃鹽水106m3/h，進入深