CN113265275A - 一种焦炉煤气净化装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焦炉煤气净化装置和方法。所述的焦炉煤气净化装置，包括依次连接的焦油脱除单元、脱萘单元、加压单元、水解单元、第一冷却单元以及脱硫单元，原料气依次经过焦油脱除单元、脱萘单元、加压单元、水解单元、第一冷却单元、脱硫单元的处理得到净化后产品气，脱萘单元包括可交替工作的第一脱萘塔、第二脱萘塔，第一脱萘塔、第二脱萘塔中的吸附剂饱和后可还原再生。根据本发明提供的技术方案，通过对脱萘单元中饱和的吸附剂还原再生，显著提高了焦炉煤气的净化效率，延长了吸附剂使用寿命，降低了生产成本。

Description

一种焦炉煤气净化装置和方法
技术领域
本发明属于焦炉煤气净化技术领域，具体涉及一种焦炉煤气净化装置，还涉及一种焦炉煤气净化方法。
背景技术
在冶金行业中，存在很多采用焦炉煤气进行加热的用户，将焦炉煤气引入冷轧加热炉、燃气蒸汽联合循环发电机组(CCPP)等用热装置中作为热源进行利用。由于焦炉煤气中含有焦油、萘、无机硫(H2S)、有机硫(CS2、COS等)等杂质，这些用热装置出于自身对热源的使用要求和/或环保要求，不能直接将焦炉煤气引入，常需要设置焦炉煤气净化装置对焦炉煤气进行净化。
现有的焦炉煤气净化装置通常设置有用于去除焦油杂质的焦油脱除单元、用于去除萘杂质的脱萘单元、用于提升煤气压力的加压单元以及用于去除无机硫杂质的脱硫单元，虽然现有的焦炉煤气净化装置能够基本满足对焦炉煤气的净化要求，但是净化效果不理想，焦炉煤气中的有机硫很难去除，使用煤气的用户所产生废气中的硫含量超标，而且净化效率较低，难以满足用户需求，仍然有需要改进的必要。
发明内容
为了提高焦炉煤气的净化效率，本发明提出了一种焦炉煤气净化装置，以及一种焦炉煤气净化方法，通过对脱萘单元中饱和的吸附剂还原再生，显著提高了焦炉煤气的净化效率，延长了吸附剂使用寿命。
根据本发明的焦炉煤气净化装置，包括依次连接的焦油脱除单元、脱萘单元、加压单元、水解单元、第一冷却单元以及脱硫单元，原料气依次经过焦油脱除单元、脱萘单元、加压单元、水解单元、第一冷却单元、脱硫单元的处理得到净化后产品气，脱萘单元包括可交替工作的第一脱萘塔、第二脱萘塔，第一脱萘塔、第二脱萘塔中的吸附剂饱和后可还原再生。
可选地，通过定时或定压差确定第一脱萘塔、第二脱萘塔的工作状态，工作状态包括吸附模式和再生模式，当处于吸附模式中的某一运行塔吸附饱和时自动进入再生模式，原处于再生模式中的再生塔自动进入吸附模式。
可选地，脱硫单元的下游与脱萘单元之间设置有再生气回流路径，再生气回流路径上设置有第一加热器，从产品气中流出预定量的再生气经过第一加热器加热后进入脱萘单元对吸附剂进行还原再生，第一加热器将再生气加热至140-160℃。
可选地，还包括连接在脱萘单元下游支路上的再生废气处理单元，再生废气处理单元包括依次连接的第二冷却单元和除杂单元，废气中的杂质经过第二冷却单元的冷却形成固体颗粒，除杂单元对固体颗粒除杂。
可选地，第二冷却单元包括立式冷却器，经过第二冷却单元降温后废气的温度为60℃以下，除杂单元包括旋风除尘器。
可选地，加压单元与水解单元之间还设置有第二加热器，在水解单元内的水解催化剂使用中期和后期，从加压单元中输出的煤气经过第二加热器加热后输送至水解单元进行水解处理。
可选地，水解催化剂使用初期，水解温度为60～90℃，水解催化剂使用中期和后期，水解温度为115～125℃。
可选地，加压单元与第二加热器之间还设置有换热器，水解单元的下游与换热器之间设置有煤气回流路径，从水解单元中输出的煤气经过换热器与从加压单元中输出的煤气换热后输送至第一冷却单元进行冷却。
可选地，经过第一冷却单元降温后的煤气的温度为60℃以下。
根据本发明的焦炉煤气净化方法，包括以下步骤：
步骤1，将原料气脱除焦油形成第一中间气体；
步骤2，将第一中间气体脱除萘和部分无机硫形成第二中间气体，该步骤中使用的吸附剂饱和后可还原再生；
步骤3，将第二中间气体加压形成第三中间气体；
步骤4，将第三中间气体水解形成第四中间气体，水解反应中将第三中间气体中的有机硫转化为无机硫；
步骤5，将第四中间气体冷却形成第五中间气体；
步骤6，将第五中间气体脱除无机硫形成产品气。
可选地，从产品气中流出预定量的再生气，将再生气加热至140～160℃，输送至步骤2中对饱和后的吸附剂进行还原再生。
可选地，步骤3和步骤4之间设置步骤7，步骤7中，将第三中间气体加热至115～125℃。
由上述技术方案可知，本发明提供的焦炉煤气净化装置和方法，具有以下优点：
与现有技术相比，本发明由于设置有可交替工作的第一脱萘塔、第二脱萘塔，第一脱萘塔、第二脱萘塔中的吸附剂饱和后可还原再生，使得脱萘单元能够确保在焦炉煤气净化过程中连续进行脱萘处理，避免因脱萘单元中的吸附剂饱和而停止处理焦炉煤气，显著提高了焦炉煤气的净化效率，延长了吸附剂使用寿命，降低了生产成本。
附图说明
图1为根据本发明实施例的焦炉煤气净化装置的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的脱萘单元的结构示意图；
图3为根据本发明实施例的焦炉煤气净化方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的焦炉煤气净化装置作进一步详细的描述。
实施例1
图1、图2示出了根据本发明实施例1的焦炉煤气净化装置的结构，包括依次连接的焦油脱除单元1、脱萘单元2、加压单元3、水解单元6、第一冷却单元7以及脱硫单元8，原料气依次经过焦油脱除单元1、脱萘单元2、加压单元3、水解单元6、第一冷却单元7、脱硫单元8的处理得到净化后产品气，脱萘单元2包括可交替工作的第一脱萘塔21、第二脱萘塔22，第一脱萘塔21、第二脱萘塔22中的吸附剂饱和后可还原再生。吸附剂主要成分为活性炭。
本实施例中提到的“原料气”是指焦炉煤气，其中含有焦油、萘、无机硫、有机硫等成分。如图2所示，本实施例中所提到的“交替工作”可理解为第一脱萘塔21、第二脱萘塔22均与焦油脱除单元1连接，在第一脱萘塔21、第二脱萘塔22两者中的一者与焦油脱除单元1连通进行吸附时，另一者与焦油脱除单元1不连通；在其中一者吸附饱和后与焦油脱除单元1断开连通，该脱萘塔进行再生，另一者与焦油脱除单元1连通进行吸附，第一脱萘塔21、第二脱萘塔22可采用变温吸附工艺(TSA)。本实施例中的焦炉煤气净化装置的各部件之间可通过管道连接，在管道上可设置有阀门，通过控制阀门的启闭可选择各部件之间连通与否。
本发明实施例的焦炉煤气净化装置在使用时，原料气即焦炉煤气首先进入焦油脱除单元1中将原料气中的焦油成分去除，然后进入脱萘单元2中将原料气中的萘和部分无机硫去除：在脱萘单元2中，第一脱萘塔21和第二脱萘塔22交替工作，例如原料气进入第一脱萘塔21，此时只有第一脱萘塔21进行吸附，当第一脱萘塔21吸附饱和后，原料气不再进入第一脱萘塔21，而是进入第二脱萘塔22，此时饱和的第一脱萘塔21进行再生，在第二脱萘塔22吸附饱和后，原料气可再次进入再生后的第一脱萘塔21，此时饱和的第二脱萘塔22进行再生，如此循环。去除萘和部分无机硫的原料气从脱萘单元2进入加压单元3中，经过加压单元3加压后进入水解单元6中，在水解单元6中，原料气中的有机硫(CS2、COS等)转换成无机硫(COS+H2O＝H2S+CO2；CS2+2H2O＝2H2S+CO2)，包含有无机硫的原料气进而进入第一冷却单元7冷却，以便于后期进行脱硫处理，最后冷却后的原料气进入脱硫单元8中将无机硫去除，由此，去除了焦油、萘、硫等杂质的原料气成为净化后的产品气。
本发明实施例的焦炉煤气净化装置由于设置有可交替工作的第一脱萘塔21、第二脱萘塔22，第一脱萘塔21、第二脱萘塔22中的吸附剂饱和后可还原再生，使得脱萘单元2能够确保在焦炉煤气净化过程中连续进行脱萘处理，避免因脱萘单元2中的吸附剂饱和而停止处理焦炉煤气，显著提高了焦炉煤气的净化效率，延长了吸附剂使用寿命，降低了生产成本。
根据本发明实施例的焦炉煤气净化装置，可通过定时或定压差确定第一脱萘塔21、第二脱萘塔22的工作状态，工作状态可包括吸附模式和再生模式，当处于吸附模式中的某一运行塔吸附饱和时可自动进入再生模式，原处于再生模式中的再生塔可自动进入吸附模式。通过该设置可通过时间或压差得到第一脱萘塔21、第二脱萘塔22是否处于饱和的信息，进而自动得到或者调整第一脱萘塔21、第二脱萘塔22的工作状态，使用更加方便。
本实施例中，定时可通过在第一脱萘塔21、第二脱萘塔22上设置传感器和与传感器连接的如PLC等控制部件，当第一脱萘塔21或第二脱萘塔22上的传感器感应到有气体进入时控制部件开始计时，在计时时间达到预定值时即可判断该脱萘塔已饱和；定压差可通过在每个脱萘塔的进口管道和出口管道均设置压力传感器，并在每个脱萘塔上设置与压力传感器连接的如PLC等控制部件，在某一脱萘塔的压差达到预定值时即可判断该脱萘塔已饱和。这里所说的“预定值”是指使用者根据经验和脱萘塔的参数确定的能够判断脱萘塔饱和的数值。
优选地，焦油脱除单元1可包括电捕焦油器，水解单元6可包括水解塔。
如图1所示，根据本发明实施例的焦炉煤气净化装置，脱硫单元8的下游与脱萘单元2之间可设置有再生气回流路径，再生气回流路径上可设置有第一加热器11，从产品气中流出预定量的再生气可经过第一加热器11加热后进入脱萘单元2进行再生，第一加热器11可将再生气加热至140-160℃。通过该设置，使得经过净化后的产品气可作为再生气回流至脱萘单元2中对脱萘单元2中饱和的脱萘塔进行再生，对产品气进行循环利用，减少外部再生气的使用，从而减少对外部再生气的依赖，使用更加方便和灵活。
如图1所示，本发明实施例的焦炉煤气净化装置还可包括连接在脱萘单元2下游支路上的再生废气处理单元，再生废气处理单元包括依次连接的第二冷却单元9和除杂单元10，废气中的杂质可经过第二冷却单元9的冷却形成固体颗粒，除杂单元10可对固体颗粒除杂。通过该设置，可对脱萘单元2中饱和的脱萘塔再生时产生的废气进行处理，可继续供给用户使用，同时将再生废气处理单元作为本实施例的焦炉煤气净化装置的一部分，使焦炉煤气净化装置除了净化煤气之外还集成有处理再生废气的功能。
优选地，第二冷却单元9可包括立式冷却器，经过第二冷却单元9降温后废气的温度为60℃以下，除杂单元10可包括旋风除尘器。通过该设置，可将再生废气中的大部分杂质脱除，减少杂质对后续煤气使用设备的影响。立式冷却器的设置，便于冷却器的清扫及检修，方便和及时的清扫可延缓萘、硫等杂质对设备的阻塞，延长了焦炉煤气净化装置的运行时间，降低了检修频率，因此降低了维检人员的工作强度；旋风除尘器可除去废气中大部分的固体杂质，减缓其对后续管道的磨损。
还优选地，立式冷却器和旋风除尘器可设置有备用设备，当主设备出现故障或者需要维护时，启动备用设备，不用停止生产。
如图1所示，根据本发明实施例的焦炉煤气净化装置，脱萘单元2与水解单元6之间还可设置有加压单元3，从脱萘单元2中输出的煤气经过加压单元3加压后输送至水解单元6进行水解处理，从水解单元6中输出的煤气输送至第一冷却单元7进行冷却。由于进入焦油脱除单元1的原料气在输送过程中以及在脱萘单元2中的压力会逐渐降低，通过该设置，可补偿原料气在输送过程以及在净化过程中降低的压力以满足后续水解的压力要求。
如图1所示，加压单元3与水解单元6之间还可设置有第二加热器5，在水解单元6内的水解催化剂使用中期和后期，从加压单元3中输出的煤气经过第二加热器5加热后输送至水解单元6进行水解处理。
本实施例中提到的“初期”是指在水解单元6运行时水解催化剂使用的初期，对水解温度的要求不高，经过加压单元3升压后的煤气可直接进入水解单元6进行反应；本实施例中提到的“中期和后期”是指在水解单元6运行时水解催化剂使用的中后期，水解温度提高，经过加压单元3升压后的煤气温度不够，可经过第二加热器5提升温度，满足水解中后期所需的温度要求。
本实施例的焦炉煤气净化装置通过区分水解单元6内水解催化剂使用的初期、中期和后期，并根据不同时期的温度特点使从脱萘单元2中流出的煤气具有不同的流动路径，在满足水解的温度条件下，更加节能。这里的“不同的流动路径”可通过管道上的阀门进行调整，即在初期时，加压单元3与水解单元6之间的阀门打开，经过加压单元3升压后的煤气可直接进入水解单元6进行水解；在中后期，加压单元3与第二加热器5以及第二加热器5与水解单元6之间的阀门均打开，使得经过加压单元3升压后的煤气经过第二加热器5加热后再进入水解单元6进行水解。
优选地，水解催化剂使用初期，水解温度为60～90℃，水解催化剂使用中期和后期，水解温度为115～125℃，例如120℃。
如图1所示，加压单元3与第二加热器5之间还可设置有换热器4，水解单元6的下游与换热器4之间可设置有煤气回流路径，从水解单元6中输出的煤气经过换热器4与从加压单元3中输出的煤气换热后输送至第一冷却单元7进行冷却。由于水解后的煤气具有较高温度，通过该设置，可循环利用水解后的煤气，使水解后的煤气通过煤气回流路径回流至换热器4，将煤气的热量传递至升压后的煤气，对升压后的煤气进行预加热。利用焦炉煤气净化装置在运行时产生的产品气为升压后的煤气提供热能，降低对外部热源的依赖，还能够降低第二加热器5以及第一冷却单元7的工作强度，最大程度地循环利用焦炉煤气净化装置在净化过程中产生的气体，从而达到节能、降耗以及降低生产成本的目的。
优选地，经过第一冷却单元7降温后的煤气的温度可为60℃以下。由于水解后的煤气具有较高的温度，通过该设置可使得经过水解后的煤气达到脱硫单元8所需的温度。
实施例2
图3示出了根据本发明实施例2的焦炉煤气净化方法的工艺流程，包括以下步骤：
步骤1，将原料气脱除焦油形成第一中间气体；
步骤2，将第一中间气体脱除萘和部分无机硫形成第二中间气体，该步骤中使用的吸附剂饱和后可还原再生；
步骤3，将第二中间气体加压形成第三中间气体；
步骤4，将第三中间气体水解形成第四中间气体，水解反应中将第三中间气体中的有机硫转化为无机硫；
步骤5，将第四中间气体冷却形成第五中间气体；
步骤6，将第五中间气体脱除无机硫形成产品气。
优选地，从产品气中流出预定量的再生气，将再生气加热至140～160℃，输送至步骤2中对饱和后的吸附剂进行还原再生。
优选地，再生气经过对吸附剂还原再生之后形成的气体，经过冷却和除尘后可继续供给用户使用。
优选地，步骤3和步骤4之间设置步骤7，步骤7中，将第三中间气体加热至115～125℃，例如120℃。
本发明实施例2的焦炉煤气净化方法，可以通过实施例1的焦炉煤气净化装置实施，并达到这样的效果：显著提高了焦炉煤气的净化效率，延长了吸附剂使用寿命，降低了生产成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种焦炉煤气净化装置，其特征在于，包括依次连接的焦油脱除单元、脱萘单元、加压单元、水解单元、第一冷却单元以及脱硫单元，原料气依次经过所述焦油脱除单元、脱萘单元、加压单元、水解单元、第一冷却单元、脱硫单元的处理得到净化后产品气，所述脱萘单元包括可交替工作的第一脱萘塔、第二脱萘塔，所述第一脱萘塔、第二脱萘塔中的吸附剂饱和后可还原再生。
2.根据权利要求1所述的焦炉煤气净化装置，其特征在于，通过定时或定压差确定所述第一脱萘塔、第二脱萘塔的工作状态，所述工作状态包括吸附模式和再生模式，当处于吸附模式中的某一运行塔吸附饱和时自动进入再生模式，原处于再生模式中的再生塔自动进入吸附模式。
3.根据权利要求2所述的焦炉煤气净化装置，其特征在于，所述脱硫单元的下游与所述脱萘单元之间设置有再生气回流路径，所述再生气回流路径上设置有第一加热器，从所述产品气中流出预定量的再生气经过所述第一加热器加热后进入所述脱萘单元对所述吸附剂进行还原再生，所述第一加热器将所述再生气加热至140-160℃。
4.根据权利要求1所述的焦炉煤气净化装置，其特征在于，还包括连接在所述脱萘单元下游支路上的再生废气处理单元，所述再生废气处理单元包括依次连接的第二冷却单元和除杂单元，所述废气中的杂质经过所述第二冷却单元的冷却形成固体颗粒，所述除杂单元对所述固体颗粒除杂。
5.根据权利要求4所述的焦炉煤气净化装置，其特征在于，所述第二冷却单元包括立式冷却器，经过所述第二冷却单元降温后所述废气的温度为60℃以下，所述除杂单元包括旋风除尘器。
6.根据权利要求1所述的焦炉煤气净化装置，其特征在于，所述加压单元与所述水解单元之间还设置有第二加热器，在所述水解单元内的水解催化剂使用中期和后期，从所述加压单元中输出的煤气经过所述第二加热器加热后输送至所述水解单元进行水解处理；
所述水解催化剂使用初期，水解温度为60～90℃，所述水解催化剂使用中期和后期，水解温度为115～125℃。
7.根据权利要求6所述的焦炉煤气净化装置，其特征在于，所述加压单元与所述第二加热器之间还设置有换热器，所述水解单元的下游与所述换热器之间设置有煤气回流路径，从所述水解单元中输出的煤气经过所述换热器与从所述加压单元中输出的煤气换热后输送至所述第一冷却单元进行冷却，经过所述第一冷却单元降温后的煤气的温度为60℃以下。
8.一种焦炉煤气净化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将原料气脱除焦油形成第一中间气体；
步骤2，将所述第一中间气体脱除萘和部分无机硫形成第二中间气体，该步骤中使用的吸附剂饱和后可还原再生；
步骤3，将所述第二中间气体加压形成第三中间气体；
步骤4，将所述第三中间气体水解形成第四中间气体，水解反应中将第三中间气体中的有机硫转化为无机硫；
步骤5，将所述第四中间气体冷却形成第五中间气体；
步骤6，将所述第五中间气体脱除无机硫形成产品气。
9.根据权利要求8所述的焦炉煤气净化方法，其特征在于，从所述产品气中流出预定量的再生气，将所述再生气加热至140～160℃，输送至所述步骤2中对饱和后的吸附剂进行还原再生。
10.根据权利要求8所述的焦炉煤气净化方法，其特征在于，所述步骤3和步骤4之间设置步骤7，所述步骤7中，将所述第三中间气体加热至115～125℃。
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