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VOCs的回收之焦爐煤氣的凈化工藝系列（一）

 導讀

     揮發性有機物（VOCs）按其化學結構的不同，可以進一步分為八類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他。這些氣體直接或間接的對人體和自然造成嚴重的危害。

    煤礦業是產生VOCs的主要來源之一。其中的焦爐煤氣含有大量的VOCs，若處理不當導致其逸出到大氣中不僅對環境造成嚴重污染，也會造成資源浪費。

一典型的回收工藝流程  

    煉焦廠都將焦爐煤氣進行冷卻冷凝以回收焦油、氨、硫、苯族烴等化學產品，同時又凈化了煤氣。國內外的回收與加工流程分為正壓操作和負壓操作二種。

1正壓操作工藝

    鼓風機位于初冷器后，在風機之后的全系統均處于正壓操作。此流程國內應用廣泛。煤氣經壓縮之后溫升50℃，故對選用飽和器法生產硫銨（需55℃）和弗薩姆法回收氨系統特別適用。

2負壓操作工藝

    把鼓風機放在系統的最后，將焦爐煤氣從-7～-10kPa升壓到15～17kPa后送到用戶。負壓流程適合于水洗氨工藝。

    優點：無煤氣終冷系統，減少了低溫水用量，總能耗有所降低，鼓風機后煤氣升溫，成為過熱煤氣，遠距離輸送時冷凝液少了，減輕了管道腐蝕。

    缺點：負壓操作時，煤氣體積增加，煤氣管道和設備容積均相應增加（如洗苯塔直徑增加7～8％）；負壓使煤氣中各組分的分壓下降，減少了吸收推動力，如洗苯塔的苯回收率下降2.4％；負壓操作要求所有設備管道加強密封，以免空氣漏入。

二荒煤氣的凈化過程

1初冷

    焦爐煤氣從炭化室上升管逸出時溫度為650～800℃，它的冷卻分成兩步，先在集氣管與橋管中用70～75℃的循環氨水噴灑，使煤氣冷到80～85℃，煤氣中60％的焦油蒸氣被冷凝下來，然后再在煤氣初冷器中進一步冷到25～35℃或低于25℃。

2氣體輸送

    輸送裝置一般采用離心式鼓風機。鼓風機前最大負壓為-4～-5kPa，機后壓力為20～30kPa。鼓風機設置在初冷器后，具有吸入煤氣體積小和處于負壓操作的設備及煤氣管道少等優點。

3焦油霧的脫除

    初冷器后煤氣中含焦油2～5 g/m³，鼓風機后仍殘留0.3～0.5 g/m³，粒子也很小，約1～17μm。需進一步除去。目前廣泛采用電捕焦油器。它是利用電暈原理除焦油霧的。電壓30～80KV，耗電約1kwh/1000m3煤氣，脫除后焦油含量<50mg/m³。為安全起見，電捕焦油器設置在鼓風機的后方。

4萘的脫除

    在鼓風機后煤氣含萘量約為1.3～2.8g/m³。焦化廠多采用填料塔焦油洗萘的方法，洗萘后煤氣含萘量<0.5g/m³。有兩種油洗萘工藝，一種冷法油洗萘，另一種是熱法油洗萘，前者洗萘溫度低，除萘效果好。  

5氨的吸收

    沸點較低的輕吡啶鹽基（包括吡啶、甲基吡啶等）幾乎全部留在煤氣中。氨與吡啶都是堿性的，能溶于酸中，發生中和反應。

　 目前中國焦化廠主要通過生產硫銨回收煤氣中氨，硫銨可用作化肥。其中多數采用飽和器法，少數采用無飽和器法。美國開發了無水氨的弗薩姆（phosam）法，中國已引進此技術。

（1）飽和器法

噴淋式飽和器結構示意圖

         噴淋式飽和器工藝流程圖

    飽和器法吸收氨主要有鼓泡式飽和器法和噴淋式飽和器法。但是鼓泡式飽和器法有結晶顆粒小，容易堵塞的缺點，因此現在大部分企業都采用噴淋式飽和器法。該方法具有產品結晶度大，質量好，工藝流程短，操作簡單等優點。

（2）無飽和器法

    無飽和器法采用酸洗塔代替，最后生成的結晶顆粒大，產品質量好，但其生產設備復雜，成本較高。

（3）弗薩姆（phosam）法

    弗薩姆法是一種制取無水氨的工藝，它以磷酸二氫銨溶液吸收煤氣中的氨生成磷酸氫二銨溶液，然后加熱將氨解吸，得到純度極高的無水氨。

6粗吡啶的吸收

    硫銨飽和器中吡啶堿濃度小于20g/l，而在無飽和器法的母液中吡啶堿濃度為100～150g/l。從母液中提吡啶堿，是用氨氣中和母液中的游離酸，使酸式鹽變成中式鹽。方程式為：

C₅H₅NHHSO₄＋2NH₃ → (NH_４)_２SO₄＋C₅H₅N

    由于進行中和反應的中和器反應溫度為100～105℃，所以吡啶堿和蒸氣從中和器頂部排出，經冷凝得到粗吡啶餾分，其中吡啶堿含量為75％～80％，送往粗吡啶精制工段。

7苯的吸收

    焦爐煤氣中一般含苯族烴30～45g/m³，經脫氨后的煤氣需進行苯族烴的回收。粗苯主要含苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等組分，各主要組分均在180℃前餾出，要求180℃前餾出量為93～95％，180℃后餾出物稱為溶劑油。現如今主要有兩種方法去除氣體中的苯：

（1）洗油吸收法

    吸油吸收法根據操作壓力可分為加壓吸收法，常壓吸收法和負壓吸收法。加壓吸收法壓力要求800-1200kPa，此法可強化吸收過程，但增大了功耗，適合遠距離工藝；常壓吸收法要求的壓力稍大于大氣壓，是各國普遍采用的方法；負壓吸收法用于全負壓煤氣凈化系統。

（2）富油脫苯法

管式爐結構圖

管式爐加熱富油脫苯法

    吸收了煤氣中苯族烴的洗油成為富油。按照富油加熱方式可分為預熱器加熱富油的脫苯法和管式爐加熱富油的脫苯法。前者加熱溫度較低，不利于蒸餾且消耗的蒸汽量大；后者具有脫苯程度高，蒸汽耗量低，生產污水少等優點。因此現在管式爐加熱富油脫苯法是在應用最廣泛的方法。