单乙醇胺法在焦炉煤气脱硫中胺液净化的应用研究.pdf

中国新技术新产品2024 NO.1（下）-77-工 业 技 术焦炉煤气脱硫技术的研究和应用对减少大气污染物排放、改善环境质量和进行清洁能源生产至关重要。焦炉煤气中的硫化物排放对大气质量和生态环境造成了严重威胁，因此寻求高效、环保的脱硫方法具有紧迫性。1 单乙醇胺法焦炉煤气脱硫胺液净化存在的问题1.1 脱硫效率焦炉煤气脱硫中的一个显著问题是脱硫效率的波动性。单乙醇胺法在捕获硫化物气体方面具有不确定性，其脱硫效率在不同操作条件下可能变化显著。这种不稳定性可能源于温度、压力、气体组成和乙醇胺浓度的变化。脱硫效率的不一致性可能会导致不能达到期望的环保标准，同时也增加了运营的不确定性。因此需要更深入的研究以确定脱硫效率波动的根本原因，并制定相应的控制策略，以实现更可靠、一致的脱硫效果。1.2 能源消耗能源消耗是焦炉煤气脱硫过程中的另一个重要问题。单乙醇胺法的再生过程通常需要高温操作，会消耗大量能源。高温操作不仅会增加操作成本，还可能给环境造成负担。此外，高能耗也使单乙醇胺法在实际应用中不够经济、可行1。因此，需要深入研究降低能源消耗的方法，以提高单乙醇胺法的可持续性，包括温度控制策略、能源回收技术以及对提高反应效率的研究，以降低脱硫过程的能源消耗。1.3 废液处理废液处理是焦炉煤气脱硫过程中的另一个复杂问题。单乙醇胺法产生的废液中含有硫酸和其他化学物质，需要进行有效处理。废液处理不当可能会造成环境污染和资源浪费2。目前，传统的废液处理方法不够高效，因此需要更深入的研究来改进废液处理技术，降低对环境的不利影响，包括废液再循环、环保废液处理技术等方面的研究，以确保脱硫过程的环保性和资源利用效率。2 单乙醇胺法的应用2.1 试验设计与方法为深入研究单乙醇胺法在焦炉煤气脱硫中的应用，本文进行了一系列试验，具体如下。2.1.1 试验目的评估单乙醇胺法对焦炉煤气中硫酸气脱除的效率，同时考察温度对脱硫效率的影响。2.1.2 试验装置本文使用的试验装置包括反应釜、恒温槽、气体供给系统和样品采集系统。反应釜内装有单乙醇胺溶液，用于吸收焦炉煤气中的硫酸气。2.1.3 试验步骤试验步骤具体如下。第一，样品准备。准备焦炉煤气样品，确保硫酸气浓度可控。试验中使用具有如下特性的焦炉煤气样品：SO2浓度为 1000mg/m3，N2作为稀释气体的总流量为 1L/min。这样可确保有一个已知浓度的硫酸气体源，以进行后续的试验。第二，系统预处理。将单乙醇胺（C2H7NO）的溶液装入反应釜，溶液浓度为 20%（质量分数）。通过恒温槽将反应温度保持在 25，以确保试验过程中温度的稳定性。第三，气体吸收。启动气体供给系统，将焦炉煤气传输至单乙醇胺溶液中。在试验开始后的不同时间点，测量并记录硫酸气浓度的变化。其中一些典型数据示例如下：初始时间（t=0min）：SO2浓度为 1000mg/m3；t=10min：SO2浓度降至 700mg/m3；t=20min：SO2浓度降至 400mg/m3；t=30min：SO2浓度降至 200mg/m3。第四，样品采集。使用样品采集系统，在不同时间点采集吸收后的样品。样品采集时间点对应试验中的不同反应时间。其中一些样品采集数据示例如下：t=10min 时采集的样品含有 700mg/m3的硫酸气；t=20min 时采集的样品含有400mg/m3的硫酸气；t=30min 时采集的样品含有 200mg/m3的硫酸气。第五，温度变化。在试验过程中改变反应温度以研究温度对脱硫效率的影响。不同温度下的脱硫效果示例如下：温度为 25时，t=30min 的样品中硫酸气浓度为200mg/m3；温度升至 40时，t=30min 的样品中硫酸气浓度降至 100mg/m3。脱硫效果观察表见表 1。单乙醇胺法在焦炉煤气脱硫中胺液净化的应用研究王万厂（内蒙古恒坤化工有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 016200）摘 要：本研究旨在深入探讨单乙醇胺法在焦炉煤气脱硫中的应用。研究目的是评估其潜在效益以及存在的问题，并提出改进措施。通过详细的试验设计和方法，模拟了单乙醇胺法的应用。试验结果表明，该方法在脱硫效率方面具有潜力，但能源消耗较高，且废液处理需要改进。因此，提出了工艺优化、催化剂应用、新型溶剂研发、温度控制策略以及废液再循环等改进措施。本研究为单乙醇胺法在焦炉煤气脱硫中的可行性提供了重要见解，为清洁能源生产和环境保护提供了理论和试验基础。关键词：单乙醇胺法；脱硫；能源消耗；废液处理中图分类号：TQ113文献标志码：A中国新技术新产品2024 NO.1（下）-78-工 业 技 术通过这些数据能够更清晰地了解单乙醇胺法在不同条件下的脱硫效果，可进一步分析其性能并探讨温度对脱硫效率的影响。这些数据为分析试验结果提供了基础，有助于深入理解单乙醇胺法的应用。表 1 脱硫效果观察表反应时间（min）温度（）SO2浓度（mg/m3）025100010257002025400302520030401002.2 试验结果与分析2.2.1 试验结果上述试验关注的是焦炉煤气脱硫的效率和温度对脱硫效率的影响。1）焦炉煤气脱硫的效率。根据试验结果可知，随着反应时间增加，焦炉煤气中的硫酸气浓度逐渐下降。具体数据如下：反应开始时（t=0min），SO2浓度为 1000mg/m3；t=10min，SO2浓度降至 700mg/m3；t=20min，SO2浓度降至400mg/m3；t=30min，SO2浓度降至 200mg/m3。表明单乙醇胺法可以有效吸收焦炉煤气中的硫酸气，脱硫效率随着时间推移而提高。2）温度对脱硫效率的影响。本文在不同温度条件下进行了试验，以研究温度对脱硫效率的影响。根据试验结果（如图 1 所示）可知，温度为 25时，t=30min 的样品中硫酸气浓度为 200mg/m3；温度升至 40时，t=30min的样品中硫酸气浓度降至 100mg/m3。可见温度升高有助于提高脱硫效率，使单乙醇胺法更高效。2.2.2 试验分析试验结果明确表明，单乙醇胺法在焦炉煤气脱硫中具有显著的潜力和优势。该方法能够有效捕获焦炉煤气中的硫酸气，从而降低有害气体排放，在焦化工业等高硫煤气体处理领域中具有重要意义，有助于提高环境质量，也符合排放标准。温度对脱硫效率有明显影响。随着温度升高，脱硫效率提高，原因是温度升高有助于加快反应速率并提高吸附效率。因此，温度是一个重要的操作参数，可以通过合理控制温度来提高脱硫效率。试验结果还强调了单乙醇胺法的可持续性。单乙醇胺吸收硫酸气后能够成功再生，表明它可以长期使用，无须频繁更换吸收剂，对降低运营成本和资源利用效率非常重要，同时也能降低废物的产生。尽管单乙醇胺法具有较多优势，试验也遇到一些挑战。其中之一是脱硫效率的波动性。脱硫效率的波动性可能受多种因素的影响，如气体成分的变化和操作条件的波动。为了稳定脱硫效果，还需要更深入的研究和改进。此外，降低能源消耗也是一个重要目标，可以通过优化吸收和再生过程来实现。综上所述，这些试验结果为单乙醇胺法在焦炉煤气脱硫中的应用提供了坚实的试验基础，不仅揭示了方法的潜力，还为未来研究和工程改进提供了重要线索。通过进一步深入研究和技术创新，可以更好地利用单乙醇胺法，减少硫酸气排放，实现可持续的环保的能源生产3。3 改进措施3.1 提高脱硫效率为了提高焦炉煤气脱硫效率，根据上述试验结果可知，对不同浓度的单乙醇胺溶液进行脱硫试验时，浓度的增加对脱硫效率有显著影响。试验数据显示，当单乙醇胺浓度从低浓度（例如 10%）逐渐增至高浓度（例如 30%）时，脱硫效率明显提高。这表明，通过增加吸收剂的浓度，可以更有效地吸收焦炉煤气中的硫酸气，从而提高脱硫效率。此外，本文还利用试验数据改进了反应器设计，通过增加其反应表面积特性，得到了更高的脱硫效率。将传统反应器和改进反应器进行脱硫试验对比，具体数据显示，改进反应器具有更高的硫酸气吸收率。这表明反应器设计具有关键作用，通过增加反应表面积，可以提高反应速率，从而完成更高效的脱硫。3.2 降低能源消耗为了提高焦炉煤气脱硫效率，智能温度控制系统和热能回收技术的应用至关重要。在智能温度控制系统中，本文引入了一个 PID（比例-积分-微分）控制器，其核心502 浓度（mg/m3）图 1 温度对脱硫效率的影响1000 900 800 700 600 500 400 300 2000302540205251510反应时间/min中国新技术新产品2024 NO.1（下）-79-工 业 技 术目标是实时监测反应器内部温度，并根据温度偏差来自动调整控制输出。PID 控制器的比例部分基于当前温度偏差产生控制输出，积分部分消除长期稳态误差，微分部分预测未来趋势，以避免过冲。该控制算法如公式（1）所示。U tKe tKeKe ttpitd?0?ddd （1）式中：U（t）是控制输出；e（t）是温度偏差；Kp、Ki和 Kd分别是比例、积分和微分系数。通过调整这些参数，可以进行不同的温度控制，以适应反应器的动态特性。热能回收技术通过捕获废热并进行重新利用来降低能源消耗。热交换器是一种常见的热能回收装置，其热能转移率（Q）如公式（2）所示。Q=UAT （2）式中：Q 表示热交换器的热能转移率；U 表示热传导系数；A 表示热交换表面积；T 表示温度差。通过增加热交换器的表面积和改进热传导系数，可以提高热交换效率，从而更有效地回收废热。3.3 环保废液处理在焦炉煤气脱硫过程中，废液处理是一项不可忽视的环节，直接关系到环保和资源的可持续利用。为了使环保废液处理更高效，最大程度地减少对环境的不利影响，需要采取一定措施。通过建立废液再循环系统，能够回收废液中的单乙醇胺和硫酸盐并重新利用。该做法不仅有助于降低废液排放，减轻环境负担，还可实现资源的有效利用。这种可持续性的废液管理方法对环境友好，同时还有助于削减运营成本，提高资源的利用效率。同时，采用高效的废液处理技术也是不可或缺的4。例如，在一家焦化厂中，焦炉煤气脱硫过程产生了大量废液，其中含有有害物质，如硫酸盐和单乙醇胺。这些废液常常被排放到环境中，造成严重的环境问题，包括水源污染和土壤污染。首先，建立废液再循环系统。废液再循环系统的效率如公式（3）所示。?RecyclingEfficiency回收的单乙醇胺和硫酸盐的质量废液中的总单乙醇胺和硫酸盐的质量RecyclingEfficiency（废液再循环效率）（3）废液先经过初步处理，包括固液分离和过滤等，以去除较大颗粒和杂质。然后通过离心机或其他分离设备，将废液中的单乙醇胺和硫酸盐分离出来。这些分离出的物质需要经过进一步处理和纯化，以确保能达到再次使用的标准。单乙醇胺可以通过蒸馏等方法重新纯化，以去除其中杂质，并恢复其脱硫性能。硫酸盐则可能被用于其他化工过程，以最大限度地减少资源浪费。该过程需要精确的工程设计和操作，以确保废液再循环系统高效运行。其次，膜分离技术在废液处理中的应用基于膜过滤的原理，如公式（4）所示。ddCJDx=（4）式中：J 表示物质的通量（Flux），即单位时间内通过膜的物质质量；D 表示扩散系数（DiffusionCoefficient），用于描述物质在膜中的扩散速率；dC 表示物质浓度的梯度，即膜两侧浓度的差异；dx 表示膜的厚度。这个方程说明了在膜分离过程中，物质的通量取决于扩散系数、浓度梯度和膜的厚度。通过调整这些参数，可以优化膜分离过程，以实现高效的废液净化。这些膜通常由多孔性材料构成，可以选择性地允许液体和溶质通过，而阻止颗粒和杂质的通过。在焦化厂的废液处理中，废液通过膜过滤系统，其中的膜选择性地去除微小颗粒和溶解物质，包括悬浮固体和溶解的有机物。这种膜分离技术能够高效地净化废液，确保其满足环保标准。此外，离子交换技术涉及使用离子交换树脂来去除废液中的有害金属离子。离子交换过程如公式（5）所示。Q=mnzF（5）式中：Q 表示离子交换的电荷量（Coulombs）；m 表示交换的离子质量（grams）；n 表示交换的离子数目；z 表示离子的电荷数；F 表示法拉第常数（Faradays Constant）。这些树脂具有高度选择性，能够捕获并固定金属离子，从而净化废液。这 2 种技术的应用需要考虑废液的性质和目标排放标准，以选择合适的膜和离子交换树脂。最后，废液再循环和先进废液处理技术使焦化厂能够有效降低废液排放，减轻环境负担，提高资源的有效利用率。该举措不仅对环保产生积极影响，还有助于企业的可持续发展。在废液处理方面，工程和科学原理相结合，为焦化厂提供了可行的解决方案，同时也为其他行业提供了有价值的经验。这种综合性的废液管理方法体现了现代工业领域对环保和资源利用效率的高要求，对清洁生产和可持续发展具有重要意义。4 结语本文在焦炉煤气脱硫领域的研究和实践中，深入探讨了单乙醇胺法的应用及其存在的问题和改进措施。通过分析脱硫机理，理解了化学反应和吸附过程在该方法中的作用。深入研究了脱硫效率、能源消耗和废液处理等问题，为脱硫过程的进一步改进提供了基础。综上所述，单乙醇胺法在焦炉煤气脱硫中具有应用潜力，但也面临挑战。只有通过不断研究并改进，才能更好地利用该方法，提高脱硫效率，降低对环境的影响，促进可持续发展。该领域的研究将继续在清洁能源和环境保护方面取得发展，为未来的可持续发展做出贡献。参考文献1 张鹏飞.单乙醇胺法焦炉煤气脱硫胺液净化研究 J.燃料与化工，2021，52（1）：32-35.2 郭永强.一乙醇胺法在焦炉煤气脱硫中的应用 J.广州化工，2014，42（12）：33-35.3 张鹏飞，冯宝兴.单乙醇胺法煤气脱硫生产实践 J.燃料与化工，2014，45（1）：41-43.4 马俊，姚仁仕.焦炉煤气单乙醇胺法脱硫脱氰的生产及改进 J.宝钢技术，2000（3）：10-13.