摘要：焦炉煤气二次精制工艺，采用“粗精脱三段串联塔式全干法净化”的TSA法，脱除焦炉煤气中H2S的同时一次性除去焦油、萘、苯杂质，得到合格的净化焦炉煤气。TSA吸附装置是由脱焦油、萘系统和脱苯系统组成的。

关键词：焦炉煤气；精净化；变温吸附TSA

中图分类号：TQ545文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）16-0013-03

焦炉煤气净化主要是脱除焦炉煤气中的有害成分，具体包括冷却和输送出炉煤气、脱除煤气中的H2S、HCN等酸性气体和NH3类碱性气体、脱除及回收煤气中的焦油类、苯类等物质以及萘等。焦炉煤气净化分为一次净化和二次净化。一次净化主要在焦化部分，净化工艺包括鼓冷、洗涤、解析以及后处理等主要工序内容。二次净化主要是根据用户对焦炉煤气成分的特殊要求而再次采取精净化措施。

1概述

重钢集团环保搬迁工程余热回收利用项目共设三套50 MW燃气－蒸汽联合循环发电机组。三菱燃气轮机运行启动点火和助燃采用净化后焦炉煤气。另预留一套三菱50 MW燃气－蒸汽联合循环发电机组建设场地。由于三菱机组燃机对焦炉煤气的质量要求很高，同时焦炉煤气中所含杂质包括H2S、苯、萘等多种复杂成份，不经过净化燃放会形成对大气和环境的污染，形成SO2等有害气体，同时苯、萘等化学物质对人体也十分有害，焦油等也严重污染工作环境，常规的煤气净化工艺无法达到要求。经过多方面比较，淘汰了落后的电捕焦油器式的焦炉煤气净化等工艺，选用先进的变温吸附TSA工艺。

2焦炉煤气精净化煤气成份要求

原料焦炉煤气杂质成份如表1所示，GE机组对焦炉煤气杂质成分要求如表2所示，三菱机组对焦炉煤气杂质成分要求如表3所示。

3TSA工艺流程

重钢环保搬迁CCPP工程22 000 Nm3/h焦炉煤气净化采用变温吸附TSA工艺，有效地脱除焦炉煤气中的萘、硫化氢、焦油、HCN、氨等物质。整个装置包括焦炉煤气脱硫、初脱萘、精脱苯系统，以及仪表空气、循环冷却水以及电力、工业氮气等单元构成。

①TSA工艺基本原理。采用TSA分离气体工艺技术从焦炉煤气中脱除萘、苯、焦油等杂质的过程，即焦炉煤气净化过程，是利用各种TSA新型吸附剂，对煤焦油有很强的吸附作用，萘及不饱和烃也能在吸附剂表面发生聚合反应，生成分子量大的聚合物。其次采用变温吸附，利用吸附剂在不同温度下对烃类化合物和其他较高沸点化合物的吸附性质的差异,对气体进行分离净化的一种方法。实现吸附—解析过程的循环。

②TSA工艺流程简述。根据净化煤气产品指标，本装置采用“粗精两段串联塔式全干法净化”工艺，在脱除焦炉煤气中H2S的同时除去焦油、萘、NH3和HCN等杂质，得到合格的净化煤气。焦炉煤气净化工艺由两个部分组成，第一部分采用干法粗脱（变温吸附TSA）技术脱除原料煤气中的焦油、油雾、萘、H2S杂质，第二部分采用精脱（变温吸附TSA）技术进一步脱除焦炉煤气中的H2S和残余的杂质，产出合格的产品气。TSA工艺流程如图1所示。

4TSA工艺方案

根据GE机组及三菱机组的净化煤气产品指标，本装置采用全干法净化工艺（TSA变温吸附技术）。焦炉煤气净化装置由粗脱系统、一级精脱系统、二级精脱系统三部分组成，分别达到GE机组和三菱机组的燃气要求。工艺上考虑粗脱系统、一级精脱系统按净化煤气22 000 Nm3/h处理能力考虑，从合格的净化煤气中分出13 372 Nm3/h去GE机组，其余的净化煤气再经二级精脱系统，进一步脱除苯、硫等，达到三菱机组的燃气要求后，7 800 Nm3/h净化气去三菱机组。

粗脱系统采用变温吸附粗脱技术脱除原料煤气中的H2S，同时脱除部分的焦油、油雾、萘等杂质，一级精脱系统采用变温吸附TSA技术脱除焦炉煤气中的萘、苯、焦油、氢氰酸和氨等杂质，二级精脱系统采用变温吸附TSA技术进一步脱除苯等杂质，经过三部分的处理分别得到GE机组及三菱机组所需的合格净化煤气。

工艺特点：能彻底解决吸附剂精脱的同时大量吸附硫，导致吸附剂性能下降，更换频繁，造成直接损失及间接损失的问题。

先粗脱后精脱的工艺保证措施：

①粗脱剂选择硫容高、选择性好的吸附剂。

②粗脱塔、精脱塔配有净化后的焦炉煤气脱硫、萘等管线，定期用加热后的净化焦炉煤气对吸附剂表面上吸附的杂质等进行脱附，延长了吸附剂的使用寿命。

由于再生煤气需返回煤气管网系统（主管压力10 kPa），考虑到净化系统有3～5 kPa左右的压降，而原料气的进气压力又非常低（8 kPa），所以要保证焦炉煤气的正常输送，必须先对原料气进行升压。本装置设三台增压风机，2开1备,采用美国AB变频调节。

4.1粗脱系统

粗脱系统主要目的是脱除硫、部分萘、焦油等。

粗脱系统由4台粗脱塔（2台为1组，2组串并联），1台粗脱换热器，1台电加热器组成。粗粗脱塔内装填有专用吸附粗脱的吸附剂，可交替进行吸附和再生过程，实现连续有效。当其中2台粗脱塔吸附饱和后，切换到另2台并联操作的粗脱塔；饱和的粗脱塔采用电加热器加热蒸汽至300～320℃进行再生；解析完成后，停止加热再生气，用常温的净化煤气吹扫吸附床层，粗脱塔冷却至常温，冷吹用的净化煤气送回煤气管网。

特点：粗脱塔的切换时间约为20 d，能保证粗脱塔的再生更彻底，粗脱吸附剂升温和降温速度合理，合理延长吸附剂的使用寿命。

粗脱剂包括：氧化铝耐火球、焦炭、活性炭等。

4.2一级精脱系统

一级精脱系统主要目的是进一步脱除H2S、萘、焦油、氢氰酸和氨、部分苯等。

一级精脱系统采用变温吸附脱萘等方案，共由3台精脱塔、一台加热器组成。其中一级精脱塔一台吸附，一台再生，一台处于备用状态。

来自粗脱工序的焦炉煤气，自塔底进入1台一级精脱塔，其中一台处于吸附脱油、精脱状态、一台处于再生状态，另一台处于备用状态。当一级精脱塔吸附萘、苯、焦油等饱和后即转入再生过程。一级精脱塔的再生过程包括：加热脱附杂质、冷却吸附剂两道工序。

特点：一级精脱塔的切换时间约为25 d，能保证一级精脱塔的再生更彻底，脱萘剂升温和降温速度合理，延长吸附剂的使用寿命。同时使得解吸气管道吹扫的更干净，降低了解吸气中的杂质对解吸气管道的堵塞、腐蚀能力。

经过粗脱、一级精脱系统出来的煤气即为满足GE机组要求的合格净化煤气，一部分去GE机组，另一部分进入二级精脱系统进一步净化以满足三菱机组的要求。

4.3二级精脱系统

二级精脱系统主要目的是进一步脱除苯及残余的其他杂质等。

二级精脱工艺采用变温吸附脱苯方案，共由2台二级精脱塔、一台加热器组成。其中二级精脱塔一台吸附，一台再生，通过装置的阀门切换实现在线切换精脱塔的操作。

来自一级精脱系统的净化煤气，自塔底进入1台二级精脱塔，其中一台处于吸附脱苯、精脱状态，一台处于再生状态。当二级精脱塔吸附苯等饱和后即转入再生过程。再生方法为利用净化后的煤气（流量控制）经过精脱换热器（C102）加热到130℃后对精脱塔进行直接升温冲洗再生，将精脱塔中的杂质脱附出来，再生气去界外煤气管网。

二级精脱剂包括：氧化铝耐火球、活性炭、溶剂回收炭等。

4.4TSA工艺流程流程特点

焦炉煤气净化过去通常采用轻油洗涤吸收萘、焦油等大分子量物质，采用湿法脱除硫化氢（氨水吸附法、栲胶法、PDS法等），但这些方法流程长、操作复杂、投资大，因此本方案选择工艺流程短、操作方便的干法工艺净化焦炉煤气。

①技术特点：采用TSA工艺可靠、有效地脱除粗煤气中的油雾、焦油、萘、硫、苯等物质，性能可靠。

②采用全自动操作，劳动强度低。

③特殊的脱除塔内部结构设计使进设备的焦炉煤气气流分布更加合理；在塔底排污口设有蒸汽吹扫管，确保净化过程中不致于因硫磺、萘等物质引起堵塞。

④复合床装填技术：装填后料层均匀，气流分布更好，可防止气体偏流。

⑤净化工艺采用高吸附容量的吸附剂，可降低装置的投资和运行费用。

5经济效益

一套TSA焦炉煤气精制装置订货价：约1 400万元。如采用常规电捕焦油器及相应供配电设施，总投入约1200万元。

运行费用比较：常规COG净化装置：用水量：（连续/间断）35 t/h，供电：380v/220V 50 Hz AC 160 kW。TSA COG精制装置：用水量：（连续/间断）30 t/h ，供电：380 V/220 V50Hz AC 75 kW。

经估算TSA COG精制装置运行费用每年节省约60万元(未包括减少检修次数，燃机多发电产生的效益，该部分约600万元)。

6社会和环境效益

重钢集团老区运行的50 MW燃气—蒸汽联合循环机组采用常规煤气净化工艺，主要设备为电捕焦油器。该工艺实际运行证明运行效果差，对环境造成一定污染。由于采用电捕焦油器对焦油清除不充分，对于苯、硫、萘等均无法脱除，经常造成燃机设备腐蚀、管道或烧嘴堵塞等情况， 由于频繁进行停机检修，严重影响了GE燃机的发电量和发电效率,从而影响了经济效益。

采用以吸附为主要原理的新型TSA焦炉煤气精制工艺，基本上不对环境造成污染，操作简便、安全，可保证在线检修，整个工艺可无人值守。关键是能够完全满足燃机对COG质量的要求，对燃机的发电提供了保障，年发电量可达10.6亿度，同时避免了含硫气体对燃机设备的腐蚀，减少燃机的维护成本，产生可观的社会和环境效益。

7结语

采用先进的TSA工艺可以通过变温吸附粗脱和精脱（根据工艺要求的不同，可设置一、二级精脱）等过程，清除焦炉煤气中存在的各种杂质（如S、焦油、苯、萘等）。根据用户的对焦炉煤气杂质含量的要求，确定相应的工艺流程。

重钢环保搬迁工程CCPP项目22 000 Nm3/h焦炉煤气精净化装置由于采用一套美国通用(GE公司)燃气轮机、二套日本三菱燃气轮机，由于两种燃机对焦炉煤气杂质含量的不同要求，决定了本工程采用了粗脱、一级精脱、二级精脱的工艺，对杂质含量要求较低的GE燃机采用一级精脱后的焦炉煤气，对杂质含量要求较高的三菱燃机采用二级精脱后的精净化焦炉煤气, 该项目在国内是首套采用一套煤气净化装置满足两种不同类型燃机发电的工艺流程。

主要创新点:采用了粗精脱三段全干法变温吸附工艺；选用先进的活性炭类吸附剂，解决了因固体含硫废弃物填埋，导致土壤酸化二次污染的吸附选型上的难题；该类吸附剂失效后，由专业厂家回收，进行高温燃烧，最终实现固体废弃物零排放；可靠性高，全过程可实现无人值守，在线切换和检修。

参考文献：

[1] 高建业,王瑞忠,王玉萍.焦炉煤气净化操作技术[M].北京: 冶金工业出版社,2009.