浅析化学工程与工艺技术在煤气脱硫技术中的应用

　    摘要：我国煤炭的传统开发和利用对我国的经济和环境产生了严重的影响，制约着我国的经济可持续发展。为了国民经济的很好发展，必须提高煤炭的有效利用率。充分将煤炭经过加工转化为煤气，但20世纪80年代以来我们国家在煤气方面的发展还处于初级阶段。煤气是工业原料之一，煤气原料气处理是其他产业的基础，发展也很全面。使用化学工程与工艺技术来对煤炭进行脱硫，在煤气净化精制中重要的步骤对后续产品的质量操作工艺与设备影响很大，对整个煤气净化具有举足轻重的作用。

　　关键词：化学工程与工艺 煤炭 脱硫技术
　　化学工程与工艺是应用化学等学科的基本理论、基本知识对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力； 利用化学工程与工艺脱硫脱氰是焦炉煤气净化的主要工艺过程，通常有干法脱硫和湿法脱硫两种工艺，但干法脱硫工艺的局限性较大，制约了其在焦炉煤气净化中的应用，而湿法脱除H2S 和HCN 的技术则早已被广泛采用，在焦炉煤气脱硫脱氰净化中，通过与废液处理技术相结合，采用湿法脱硫技术可组成各种不同的焦炉煤气脱硫脱氰工艺流程。中国富煤少油，是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家。煤炭作为中国的主要能源，分别占一次能源生产和消费的76%和69%，在未来的相当长的时间里，中国消费结构仍将是以煤为主。最近几年来石油价格的迅速攀升是多种因素导致的，如全球经济发展速度高，对石油需求旺盛，此外，还有国际财团炒作等带来的影响。目前，全球经济下滑，经济必将受到重创，石油的需求将有所下降，同时，节能降耗技术的不断发展和新能源的开发，也将促使全球对石油需求的减弱。但中国、印度等国家经济高速发展，对石油的需求将不断增加。煤炭资源相对丰富。在这种形势下，以煤炭为原料生产化工产品成为中国的一种重要尝试和选择。
　　一、煤炭的化学成分
　　煤的化学成分及其复杂，是由无机组分和有机组分构成的混合物。无机组分主要包括黏土矿物、石英、方解石、石膏、黄铁矿等矿物质和吸附在煤中的水；有机组分主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素构成的复杂的高分子有机化合物的混合物。碳是构成煤大分子骨架最重要的元素，也是煤燃烧过程中放出热能量最主要元素之一。 其它还含有氢、 氧、 氮、硫等元素。但硫在煤中以三种形式存在，即有机硫、硫铁矿硫（黄铁矿和白铁矿硫等形态存在的硫）和硫酸盐硫。前两种可以燃烧，通常称为可燃硫。研究表明，底煤化程度煤以低相对分子质量的脂肪族有机硫为主，而高煤化程度煤以高相对分子质量的环状有机硫为主。随煤化程度提高，具有三环结构的二苯并噻吩相对于四五环结构的化合物数量减少，而具有稳定甲基取代位的含硫化合物则不断增加。由于经济发展或生活的需求，必须采取化学手段对煤气中的硫元素进行脱去，这样才能将煤气利用到生活中去。
　　二、利用化学工程与工艺技术对煤气脱硫工艺的选择
　　（一）湿法氧化脱硫技术
　　（1）湿法氧化脱硫技术是一系列脱硫技术的统称，其特征是采用一种碱性液体与焦炉煤气的硫化氢、二氧化硫和氰化氢进行化学反应，生成新的不易气化的硫类化合物，再将吸收液与氧在催化剂作用下解析脱硫脱氰并将其作为副产品回收，以除去煤气中大部分硫化氢、二氧化硫及氰化氢。碱性液体可利用煤气中的氨作碱源，也可外加碱源。以煤气中的氨作为碱源，可在洗氨的同时脱除煤气中的硫化氢、二氧化硫和氰化氢，但也有可能因为气体中硫化物和氰化物含量较高，氨含量不足而影响脱硫脱氰效果。外加碱源可根据气体中硫化物和氰化物含量配给碱性液体，以提高净化效果，但相应增加了装置投资和操作费用，同时也有可能因为操作问题而影响装置运行稳定。常用的外加碱源有乙醇胺、碳酸钠及氢氧化钠。湿式吸收法脱硫脱氰工艺有真空碳酸盐法、AS 循环洗涤法、萨尔费班法、代亚毛克斯法等，而以氨为碱源的湿式吸收法应用最为广泛，其中最典型的工艺为氨- 硫化氢循环洗涤法（简称AS 循环洗涤法或卡尔斯梯尔法） ，不同的产品品种和处理技术可灵活地组成多种AS 法脱硫脱氰组合工艺流程，脱硫效率可达95 % ，脱氰效率90 %。该法用含氨23%～25 %的氨水来洗涤焦炉煤气，氨与焦炉煤气中的H2S和HCN 发生反应后成为富液，再用蒸汽解吸而得到NH3 、H2S、HCN 与水蒸气的混合体。为防止二次污染，还必须对上述酸性混合气体进行处理。目前，国内外采取的处理方法虽然很多，但H2 S 的最终产品只有元素硫、硫酸等几种形式，NH3 的最终产品也只有硫铵、无水氨等。焦炉煤气脱硫脱氰的湿式氧化法工艺技术从早期比较落后的砷碱法、改良ADA 法、对苯二酚法等，到现代技术先进的TH 法、FRC 法、HPF 法等。其中以氨为碱源的湿式氧化法技术发展较快，工艺流程也比较成熟，该法以氨为碱源吸收焦炉煤气中的H2S 和HCN ，吸收液与氧在催化剂的作用下解吸脱硫，脱硫脱氰效率都很高。该法最具代表性的脱硫工艺是塔卡哈克斯法，简称T 法或萘醌酸盐法，该法是通过在氨水中采用催化剂1 ，4 - 萘醌- 2 - 磺酸钠作吸收液，吸收焦炉煤气中的H2S和HCN ，然后与氧发生氧化反应解吸脱硫，同时催化剂也可再生并循环使用，从而脱除H2S 和HCN。该法的脱硫废液中含有大量的硫氰酸盐和硫代硫酸盐，配合T 法脱硫的废液处理工艺有希罗哈克斯法（简称H法） 生产硫铵、氧化燃烧法制取硫酸以及还原燃烧法生产硫磺等。
　　（2）湿法脱硫可分为化学吸收法、物理吸收法和氧化法三类煤气中硫含量的多少主要取决于原料煤中的硫含量，在炼焦过程中约30%一35%的硫以无机物和有机物的形式进入煤气。无机硫主要以H2S和SO2的形式存在，有机硫主要以硫醚、噻吩的形式存湿法工艺是利用液体脱硫剂脱除煤气中的硫化氢。安溶质和再生性质又分为氧化法、化学吸收法、物理吸收法和物理-化学吸收法。湿式氧化法的特点是采用脱硫催化剂（或载氧体）在液相下进行氧化还原反应，是被弱碱性溶液吸收硫化氢随即被氧化成单质硫析出来，同时吸收碱得到再生，是焦炉煤气脱硫氧化比较常用的方法，其实质就是使硫化氢被氧化成单质硫，化学吸收法，物理吸收法和物理-化学吸收法三种方法主要用于天然气和炼油厂得煤气脱硫，不能直接回收硫磺，较少在煤气脱硫中使用。