焦爐煤氣變溫吸附脫硫時吸附劑再生及再生廢氣處理方法與流程

本發明涉及焦爐煤氣變溫吸附脫硫技術領域，尤其涉及一種焦爐煤氣變溫吸附脫硫時吸附劑再生及再生廢氣處理方法。

背景技術：

變溫吸附是一種簡單、有效的氣體分離和凈化的工藝，目前在許多工業領域已有廣泛的應用。

焦爐煤氣的變溫吸附脫硫工藝，是指在裝填有活性炭吸附劑床層的吸附塔內，通過物理吸附，選擇性地將焦爐煤氣中的有機硫和H₂S吸附在活性炭吸附劑的表面和內部孔隙結構中，因此，能有效脫除焦爐煤氣中的有機硫和H2S。當活性炭接近或者達到吸附飽和時，需要進行活性炭吸附劑的再生，保證活性炭能循環使用。再生操作時，采用少量的變溫吸附脫硫后的焦爐煤氣作為再生氣，換熱升溫后，逆向送入吸附塔，使吸附在活性炭表面和內部孔隙結構中的有機硫和H₂S受熱解吸進入再生氣內，隨再生氣帶出吸附塔。出吸附塔的再生氣，有機硫和H₂S的含量特別高，成為再生廢氣。

再生廢氣的無害化處理，是變溫吸附脫硫工藝的難題。中國專利CN101323799A對再生廢氣的處理采用冷卻降溫脫除焦油、苯和萘后送入火炬管網焚燒處理或者送入焦化廠現有的燃氣管網。但是，再生廢氣的此種處理方式有弊端：若送入火炬管網，有機硫和H₂S燃燒后主要轉化為SO₂，高空排放到大氣，會造成環境污染；焦化廠現有的燃氣管網用作焦爐加熱、城鎮燃氣和煉鋼使用，若送入焦化廠現有的燃氣管網，同樣會造成環境的二次污染，并且降低鋼材的質量。中國專利CN103446861A和CN203498338U對再生廢氣的處理都是采用加氫轉化工藝：先將再生廢氣加熱至300～400℃后，送入有機硫轉化塔，將再生廢氣中的有機硫加氫轉化為H₂S，降溫冷卻后，再送至濕法脫硫工藝脫除H₂S，使再生廢氣中的有機硫和H₂S得到回收和利用，無廢氣外排，環保效果好。但是，工藝流程長、投資大、操作費用高。

中國專利CN103072957A和CN101092577A都是涉及一種采用氨法濕式氧化脫硫工藝中產生的低品質硫磺和脫硫廢液為原料，制取硫酸的新工藝。《燃料與化工》2015年第46卷中，白瑋、王嵩林、張素利對焦化低品質硫磺及脫硫廢液焚燒制酸的常規工藝作了詳細介紹。以上不同的制酸工藝中，硫漿(低品質硫磺+脫硫廢液)的焚燒，都是采用焦爐煤氣作燃料連續燃燒放熱，維持焚燒爐內的焚燒溫度。硫漿焚燒后的主要產物為SO₂、N₂、CO₂、H₂O的氣態混合物，然后經過不同的工序制取硫酸。

技術實現要素：

本發明提供了一種焦爐煤氣變溫吸附脫硫時吸附劑再生及再生廢氣處理方法，采用焦爐煤氣或熱空氣作為吸附劑再生氣，再生廢氣直接全部送至焦化低品質硫磺及脫硫廢液焚燒制酸工藝中的焚燒爐作為燃料或助燃劑；燃燒后的產物SO₂是硫漿焚燒制酸工藝的原料，可增加硫酸產量；本發明充分利用現有工藝及設備，實現了吸附劑再生、再生廢氣無害化處理及硫資源的有效回收利用。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

焦爐煤氣變溫吸附脫硫時吸附劑再生及再生廢氣處理方法，包括如下步驟：

1)來自濕法脫硫單元之后的焦爐煤氣，通過裝填活性炭吸附劑床層的吸附塔，選擇性脫除焦爐煤氣中的有機硫和H₂S，然后送至下游用戶使用；活性炭吸附劑床層接近或達到吸附飽和的吸附塔，通過程控閥自動從系統中隔離出來進行再生操作；

2)吸附劑再生分為以下兩種形式：

第一種再生形式：采用吸附塔后的焦爐煤氣作為再生氣，送入再生氣加熱器，通過與水蒸汽間接換熱升溫至150～400℃，然后逆向送入需要再生的吸附塔內，使吸附在活性炭表面和內部孔隙結構中的有機硫和H₂S受熱解吸進入再生氣內；

第二種再生形式：首先將來自氮氣管網的氮氣逆向送入需要再生的吸附塔，置換吸附塔內的煤氣，然后切斷氮氣；采用焚燒制酸工藝中空氣加熱器后的熱空氣作為再生氣，溫度在150～400℃，逆向送入需要再生的吸附塔內，使吸附在活性炭表面和內部孔隙結構中的有機硫和H₂S受熱解吸進入再生氣內；熱態再生操作結束后，切斷熱空氣，采用氮氣冷吹置換出吸附塔內的熱空氣；

出吸附塔的再生氣是富含有機硫和H₂S的再生廢氣；

3)再生廢氣經氣體緩沖罐緩沖和制酸工藝中的煤氣風機升壓后，全部送焦化低品質硫磺及脫硫廢液焚燒制酸工藝中的焚燒爐；焦爐煤氣作為再生氣時產生的再生廢氣作為焚燒爐燃料使用，能夠為燃燒提供熱量，維持焚燒溫度；熱空氣作為再生氣時產生的再生廢氣作為硫漿和煤氣焚燒的助燃劑使用；由于再生廢氣中有機硫和H₂S的含量高，燃燒后的主要產物SO₂是焚燒制酸工藝的原料，可增加硫酸的產量。

采用第一種吸附劑再生形式時，首先用吸附塔前的焦爐煤氣作為再生氣，送至再生氣加熱器，與水蒸汽間接換熱，升溫至150～400℃，然后逆向送入需要再生的吸附塔內進行再生操作；由于吸附塔前的焦爐煤氣本身含有機硫和H₂S，當再生效率降低到10％以下時，換用吸附塔后的焦爐煤氣作為再生氣，將其送入再生氣加熱器換熱升溫至150～400℃后逆向送入需要再生的吸附塔內進行再生操作。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)充分利用現有工藝及設備，實現了吸附劑再生、再生廢氣無害化處理及硫資源的有效回收利用；

2)工藝流程短，投資少，運行費用低，操作簡單；

3)環保效果好。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的工藝流程圖。(吸附塔后的焦爐煤氣作為再生氣)

圖2是本發明實施例2的工藝流程圖。(吸附塔前和吸附塔后的焦爐煤氣先、后作為再生氣)

圖3是本發明實施例3的工藝流程圖。(熱空氣作為再生氣)

圖中：1.吸附塔 2.再生氣加熱器 3.氣體緩沖罐 4.焚燒爐 5.煤氣風機 6.空氣加熱器 7.空氣風機 8～15、旁路管道一～八

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：

如圖1-圖3所示，本發明所述焦爐煤氣變溫吸附脫硫時吸附劑再生及再生廢氣處理方法，包括如下步驟：

1)來自濕法脫硫單元之后的焦爐煤氣，通過裝填活性炭吸附劑床層的吸附塔1，選擇性脫除焦爐煤氣中的有機硫和H₂S，然后送至下游用戶使用；活性炭吸附劑床層接近或達到吸附飽和的吸附塔1，通過程控閥自動從系統中隔離出來進行再生操作；

2)吸附劑再生分為以下兩種形式：

如圖1所示，第一種再生形式：采用吸附塔1后的焦爐煤氣作為再生氣，送入再生氣加熱器2，通過與水蒸汽間接換熱升溫至150～400℃，然后逆向送入需要再生的吸附塔1內，使吸附在活性炭表面和內部孔隙結構中的有機硫和H₂S受熱解吸進入再生氣內；

如圖2所示，第二種再生形式：首先將來自氮氣管網的氮氣逆向送入需要再生的吸附塔1，置換吸附塔1內的煤氣，然后切斷氮氣；采用焚燒制酸工藝中空氣加熱器6后的熱空氣作為再生氣，溫度在150～400℃，逆向送入需要再生的吸附塔1內，使吸附在活性炭表面和內部孔隙結構中的有機硫和H₂S受熱解吸進入再生氣內；熱態再生操作結束后，切斷熱空氣，采用氮氣冷吹置換出吸附塔1內的熱空氣；

出吸附塔1的再生氣是富含有機硫和H₂S的再生廢氣；

3)再生廢氣經氣體緩沖罐3緩沖和制酸工藝中的煤氣風機5升壓后，全部送焦化低品質硫磺及脫硫廢液焚燒制酸工藝中的焚燒爐4；焦爐煤氣作為再生氣時產生的再生廢氣作為焚燒爐4燃料使用，能夠為燃燒提供熱量，維持焚燒溫度；熱空氣作為再生氣時產生的再生廢氣作為硫漿和煤氣焚燒的助燃劑使用；由于再生廢氣中有機硫和H₂S的含量高，燃燒后的主要產物SO₂是焚燒制酸工藝的原料，可增加硫酸的產量。

如圖3所示，采用第一種吸附劑再生形式時，首先用吸附塔1前的焦爐煤氣作為再生氣，送至再生氣加熱器2，與水蒸汽間接換熱，升溫至150～400℃，然后逆向送入需要再生的吸附塔1內進行再生操作；由于吸附塔1前的焦爐煤氣本身含有機硫和H₂S，當再生效率降低到10％以下時，換用吸附塔1后的焦爐煤氣作為再生氣，將其送入再生氣加熱器2換熱升溫至150～400℃后逆向送入需要再生的吸附塔1內進行再生操作。

以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。

【實施例1】

如圖1所示，本實施例用于實現焦爐煤氣變溫吸附脫硫時吸附劑再生及再生廢氣處理方法的裝置，包括焦爐煤氣變溫吸附工藝中的吸附塔1和焦化低品質硫磺及脫硫廢液焚燒制酸工藝中的焚燒爐4；所述吸附塔1裝填有活性炭吸附劑床層，吸附塔1塔底的焦爐燃氣入口連接塔前焦爐煤氣輸送管道，吸附塔1塔頂的焦爐煤氣出口通過塔后焦爐煤氣輸送管道連接焦爐煤氣總管；焚燒爐4設有硫漿入口、壓縮空氣入口、燃氣入口及熱風入口，與熱風入口相連的熱風管道上設有空氣風機7和空氣加熱器6，與燃氣入口相連的煤氣管道上設有煤氣風機5；還包括再生氣加熱器2和氣體緩沖罐3；所述再生氣加熱器2采用水蒸汽-氣換熱器，再生氣加熱器2的氣體出口通過旁路管道一8連接塔后焦爐煤氣輸送管道，氣體入口通過旁路管道二9連接焦爐煤氣總管；氣體緩沖罐3的進氣口通過旁路管道四11連接塔前焦爐煤氣輸送管道，出氣口通過旁路管道五12連接煤氣風機5前的煤氣管道，煤氣風機5前的煤氣管道同時連接外部煤氣管網；煤氣風機5后的煤氣管道連接焚燒爐4的燃氣入口。

來自濕法脫硫單元之后的焦爐煤氣，通過裝填活性炭吸附劑床層的吸附塔1，選擇性脫除焦爐煤氣中的有機硫和H₂S，然后送至下游用戶使用。為降低操作成本，活性炭吸附劑必須可以重復利用，因此，接近或達到吸附飽和的活性炭吸附劑必須再生。

活性炭吸附劑床層需要再生的吸附塔1，通過程控閥自動從系統中隔離出來，進行再生操作。采用少量吸附塔1后的焦爐煤氣作為再生氣，送至再生氣加熱器2，與水蒸汽間接換熱，升溫至150～400℃，然后逆向送入需要再生的吸附塔1，使吸附在活性炭表面和內部孔隙結構中的有機硫和H₂S受熱解吸進入再生氣內。出吸附塔1的再生氣，有機硫和H₂S的含量特別高，成為再生廢氣。

再生廢氣既不冷卻降溫也不吸熱升溫，直接經氣體緩沖罐3緩沖和制酸工藝中的煤氣風機5升壓后，全部送至焚燒爐4。由于再生廢氣中有機硫和H₂S的含量特別高，不僅可作為燃料燃燒提供熱量，維持焚燒溫度，而且燃燒后的主要產物SO₂是焚燒制酸工藝的原料，增加了硫酸的產量。

本實施例中，當變溫吸附脫硫工藝過程中沒有吸附塔1需要進行再生操作時，不產生再生廢氣，切換使用焦化廠燃氣管網的焦爐煤氣作為焚燒爐的燃料氣；當制酸工藝需要檢修而停止運行時，將再生廢氣先貯存在氣體緩沖罐3中。

【實施例2】

如圖2所示，焦爐煤氣變溫吸附脫硫時吸附劑再生及再生廢氣處理裝置，包括焦爐煤氣變溫吸附工藝中的吸附塔1和焦化低品質硫磺及脫硫廢液焚燒制酸工藝中的焚燒爐4；所述吸附塔1裝填有活性炭吸附劑床層，吸附塔1塔底的焦爐燃氣入口連接塔前焦爐煤氣輸送管道，吸附塔1塔頂的焦爐煤氣出口通過塔后焦爐煤氣輸送管道連接焦爐煤氣總管；焚燒爐4設有硫漿入口、壓縮空氣入口、燃氣入口及熱風入口，與熱風入口相連的熱風管道上設有空氣風機7和空氣加熱器6，與燃氣入口相連的煤氣管道上設有煤氣風機5；還包括再生氣加熱器2和氣體緩沖罐3；所述再生氣加熱器2采用水蒸汽-氣換熱器，再生氣加熱器2的氣體出口通過旁路管道一8連接塔后焦爐煤氣輸送管道，氣體入口通過旁路管道四11連接焦爐煤氣總管，并通過旁路管道六13連接塔前焦爐煤氣輸送管道；塔前焦爐煤氣輸送管道通過旁路管道七14連接煤氣風機5前的煤氣管道，煤氣風機5后的煤氣管道連接焚燒爐4的燃氣入口。

來自濕法脫硫單元之后的焦爐煤氣，通過裝填活性炭吸附劑床層的吸附塔1，選擇性脫除焦爐煤氣中的有機硫和H₂S，然后送至下游用戶使用。為降低操作成本，活性炭吸附劑必須可以重復利用，因此，接近或達到吸附飽和的活性炭吸附劑必須再生。

活性炭吸附劑床層需要再生的吸附塔1，通過程控閥自動從系統中隔離出來，進行再生操作。首先采用少量吸附塔1前的焦爐煤氣作為再生氣，送至再生氣加熱器2，與水蒸汽間接換熱，升溫至150～400℃，然后逆向送入需要再生的吸附塔1，使吸附在活性炭表面和內部孔隙結構中的有機硫和H₂S受熱解吸進入再生氣內。由于吸附塔1前的焦爐煤氣本身含有機硫和H₂S，所以隨著再生操作的進行，再生氣越來越難以從活性炭吸附劑中解析出有機硫和H₂S。此時，不再使用吸附塔1前的焦爐煤氣作為再生氣，而是采用少量的吸附塔1后的焦爐煤氣作為再生氣，送至再生氣加熱器2，與水蒸汽間接換熱，升溫至150～400℃，然后逆向送入需要再生的吸附塔1，使吸附在活性炭表面和內部孔隙結構中殘留的有機硫和H₂S受熱解吸進入再生氣內。出吸附塔1的再生氣，有機硫和H₂S的含量特別高，成為再生廢氣。

再生廢氣既不冷卻降溫也不吸熱升溫，直接經氣體緩沖罐3緩沖和制酸工藝中的煤氣風機升壓后，全部送至焚燒爐4。由于再生廢氣中有機硫和H₂S的含量特別高，不僅作為燃料燃燒提供熱量，維持焚燒溫度，而且燃燒后的主要產物SO₂是焚燒制酸工藝的原料，增加了硫酸的產量。

采用吸附塔1前和吸附塔1后的焦爐煤氣先、后作為再生氣，不僅不會影響再生效果，而且每年可以節約大量凈化后的焦爐煤氣，提高變溫吸附脫硫工藝的經濟效益。

【實施例3】

如圖3所示，焦爐煤氣變溫吸附脫硫時吸附劑再生及再生廢氣處理裝置，包括焦爐煤氣變溫吸附工藝中的吸附塔1和焦化低品質硫磺及脫硫廢液焚燒制酸工藝中的焚燒爐4；所述吸附塔1裝填有活性炭吸附劑床層，吸附塔1塔底的焦爐燃氣入口連接塔前焦爐煤氣輸送管道，吸附塔塔頂的焦爐煤氣出口通過塔后焦爐煤氣輸送管道連接焦爐煤氣總管；焚燒爐4設有硫漿入口、壓縮空氣入口、燃氣入口及熱風入口，與熱風入口相連的熱風管道上設有空氣風機7和空氣加熱器6，與燃氣入口相連的煤氣管道上設有煤氣風機5；還包括再生氣加熱器2和氣體緩沖罐3；所述再生氣加熱器2采用水蒸汽-氣換熱器，再生氣加熱器2的氣體出口通過旁路管道一8連接塔后焦爐煤氣輸送管道，氣體入口通過旁路管道三連10接空氣加熱器6后的熱風管道，旁路管道三10同時連接氮氣輸送管道；氣體緩沖罐3的進氣口通過旁路管道四11連接塔前焦爐煤氣輸送管道，出氣口通過旁路管道八15連接焚燒爐4的助燃氣入口；塔前焦爐煤氣輸送管道通過旁路管道七14連接煤氣風機5前的煤氣管道，煤氣風機5后的煤氣管道連接焚燒爐4的燃氣入口。

來自濕法脫硫單元之后的焦爐煤氣，通過裝填活性炭吸附劑床層的吸附塔1，選擇性脫除焦爐煤氣中的有機硫和H₂S，然后送至下游用戶使用。為降低操作成本，活性炭吸附劑必須可以重復利用，因此，接近或達到吸附飽和的活性炭吸附劑必須再生。

活性炭吸附劑床層需要再生的吸附塔1，通過程控閥自動從系統中隔離出來，進行再生操作。首先采用來自氮氣管網的少量氮氣，不需要換熱升溫(再生氣加熱器2內不通入蒸汽)，直接逆向送入需要再生的吸附塔1，置換吸附塔內的煤氣，置換出的煤氣送入焚燒爐4。吸附塔1內的煤氣置換干凈后，切斷氮氣。常規焚燒制酸工藝中，焚燒爐通過空氣風機7抽取空氣到空氣加熱器6中與水蒸汽換熱后作為助燃劑，本實施例將空氣加熱器6后的少量熱空氣作為再生氣，溫度在150～400℃，不需要換熱升溫(再生氣加熱器2內不通入蒸汽)，直接逆向送入需要再生的吸附塔1，使吸附在活性炭表面和內部孔隙結構中的有機硫和H₂S受熱解吸進入再生氣內。熱態再生操作結束后，切斷熱空氣，采用氮氣冷吹(再生氣加熱器2內不通入蒸汽)，并置換出吸附塔1內的熱空氣。出吸附塔1的再生氣，有機硫和H₂S的含量特別高，成為再生廢氣。

再生廢氣既不冷卻降溫也不吸熱升溫，直接經氣體緩沖罐3緩沖后，全部送至焚燒爐4。由于再生廢氣有機硫和H₂S的含量特別高，不僅可作為硫漿和煤氣燃燒的助燃劑，而且燃燒后的產物SO₂是焚燒制酸工藝的原料，增加了硫酸的產量。

本實施例中，變溫吸附脫硫工藝過程中沒有吸附塔1需要進行再生操作時，不產生再生廢氣，則焚燒制酸工藝中的熱空氣全部送至焚燒爐4；當制酸工藝需要檢修而停止運行時，則采用少量的氮氣作為再生氣，在再生氣加熱器2內與水蒸氣換熱升溫后進行再生操作，再生后的廢氣先貯存在氣體緩沖罐3中。

采用焚燒制酸工藝中空氣加熱器6后的少量熱空氣作為再生氣，不僅能提升再生效果，而且每年可以節約大量的干凈的焦爐煤氣和水蒸汽，提高變溫吸附脫硫工藝的經濟效益。

以上3個實施例中，塔前焦爐煤氣輸送管道、塔后焦爐煤氣輸送管道、煤氣風機前的煤氣管道、氮氣輸送管道、旁路管道一～八上分別設有閥門。涉及到管道的前、后概念是針對管道內介質流動方向而言的。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。