技術論壇

焦爐煤氣脫硫效率分析及工藝選擇

2019/01/30

焦爐煤氣脫硫效率分析及工藝選擇

時間:2019-01-07 10:32

來源:冶金焦化999資訊


煤氣中的硫來自原料煤中,存在形式主要是 H2S,亦有少量有機硫(主要是COS)。H2S 不僅會造成環境的污染,還會腐蝕設備,使催化劑中毒,對生產造成很多不良影響,所以必須要脫去煤氣中的硫。煤氣脫硫即采用一定的技術手段將 H2S、HCN 等有害物質從焦爐煤氣中脫除,采用的工藝方法一般分為濕法和干法。

1焦爐煤氣脫硫技術

焦爐煤氣常用的脫硫方法從脫硫劑的形態上來分包括干法脫硫技術和濕法脫硫技術。

1.1焦爐煤氣干法脫硫技術

干法脫硫工藝是利用固體吸收劑脫除煤氣中的硫化氫,同時脫除氰化物及焦油霧等雜質。干法脫硫又分為中溫脫硫、低溫脫硫和高溫脫硫。常用脫硫劑有鐵系和鋅系,氧化鐵脫硫劑是一種傳統的氣體凈化材料,適宜于對天然氣、油氣伴生氣、城市煤氣以及廢氣中硫化氫含量高的氣體。常溫氧化鐵脫硫原理是用水合氧化鐵(Fe2O3·H2O)脫除 H2S,其反應包括脫硫反應與再生反應。

干法脫硫工藝多采用固定床原理,工藝簡單,凈化率高,操作簡單可靠,脫硫精度高,但處理量小,適用于低含硫氣體的處理,一般多用于二次精脫硫。但由于氣固吸附反應速度較慢,工藝運行所需設備一般比較龐大,而且脫硫劑不易再生,運行費用增高,勞動強度大,不能回收成品硫,廢脫硫劑、廢氣、廢水嚴重污染環境。

1.2焦爐煤氣濕法脫硫技術

濕法工藝是利用液體脫硫劑脫除煤氣中的硫化氫和氰化氫。常用的方法有氨水法、vasc法、單乙醇胺法、砷堿法、改良 ADA法、TH 法、苦味酸法、對苯二酚法、HPF 法以及一些新興的工藝方法等。

1.2.1氨水法(AS 法)

氨水法脫硫是利用焦爐煤氣中的氨,在脫硫塔頂噴灑氨水溶液(利用洗氨溶液)吸收煤氣中 H2S,富含 H2S 和 NH3的液體經脫酸蒸氨后再循環洗氨脫硫。在脫硫塔內發生的氨水與硫化氫的反應是:H2S+2NH3·H2O→(NH4)2S+2H2O。AS 循環脫硫工藝為粗脫硫,操作費用低,脫硫效率在 90 %以上,脫硫后煤氣中的 H2S 在200~500 mg·m-3。

1.2.2VASC法

VASC法脫硫過程是洗苯塔后的煤氣進入脫硫塔,塔內填充聚丙烯填料,煤氣自下而上流經各填料段與碳酸鉀溶液逆流接觸,再經塔頂捕霧器出塔。煤氣中的大部分 H2S 和 HCN 和部分 CO2被堿液吸收,堿液一般主要是 Na2CO3或 K2CO3溶液。吸收了酸性氣體的脫硫富液與來自再生塔底的熱貧液換熱后,由頂部進入再生塔再生,吸收塔、再生塔及大部分設備材質為碳鋼,富液與再生塔底上升的水蒸汽接觸使酸性氣體解吸。

1.2.3改良 ADA 法(亦稱蒽醌二磺酸鈉法)

ADA法是以蒽醌二磺酸鈉(ADA)為催化劑,以稀碳酸鈉溶液為吸收劑的脫硫、脫氰方法。在 ADA 法溶液中添加適量的偏硅酸鈉(NaVO3)、酒石酸鉀鈉(NaKC4H4O6)和 FeCl3作為吸收液進行脫硫、脫氰,稱改良 ADA 法。這種方法的反應原理比較復雜,分為幾個階段進行,在脫硫塔內稀堿液吸收硫化氫生成硫氫化物,硫氫化物被偏釩酸鈉迅速氧化成硫。而偏釩酸鈉被還原成焦釩酸鈉,還原性的焦釩酸鈉與氧化態的 ADA 反應,生成還原態的ADA,而焦釩酸鈉則被 ADA 氧化,再生成偏釩酸鈉鹽,還原態ADA 被空氣中的氧氧化成氧化態的 ADA,恢復了 ADA 的氧化性能。

1.2.4單乙醇胺法(索爾菲班法)

此流程脫硫是使用弱堿性的單乙醇氨(簡稱 MEA)水溶液直接吸收煤氣中的H2S 和 HCN,屬于濕式吸收法。索爾菲班法脫硫產品為含 H2S和 HCN 的酸性氣體,它可以經克勞斯爐生產元素硫,也可以用接觸法生產硫酸。凈化后煤氣指標為 H2S≤0.2g·m-3,NH3≤0.1 g·m-3。

1.2.5HPF法

HPF法脫硫是國內自行開發的以煤氣中的氨為堿源,以 HPF為復合催化劑,最終 H2S 轉化為單體硫得以除去的脫硫工藝,HPF較其它催化劑相比具有較高的活性和較好的流動性。脫硫塔中煤氣與堿溶液充分接觸,其中的硫化氫、氰化氫與溶液發生化學反應。這個化學反應相當復雜,該反應的反應原理是:

吸收:H2S+NH4OH→NH4HS+H2O

NH4HS+NH4OH→(NH4)2S+H2O

NH4HS+NH4OH+SX-1→(NH4)2SX+H2O

HCN+NH4OH→NH4CN+H2O

再生氧化:(NH4)2SX+O2→SX+2NH3H2O

脫硫液在吸收了煤氣中 H2S 后,在復合催化劑 HPF 作用下氧化再生。

1.2.6TH法(萘醌二磺酸法)

該法以煤氣中的氨作堿源,以 1,4-萘醌二磺酸鈉為催化劑,氧化法脫硫脫氰工藝,在吸收塔中用含氨的循環脫硫液吸收煤氣中的 H2S 和 HCN,在再生塔中用空氣再生,廢液在高溫、高壓的濕式氧化塔中處理,將廢液中的(NH4)2S2O3及 NH4CNS 轉化為硫銨和硫酸。該法的突出優點是高效處理廢液,并將廢液中的(NH4)2S2O3和 NH4CNS 轉化成硫和硫酸,增加硫銨的產量,減少硫酸消耗。但此種方法設備的造價高,成為 TH 法脫硫脫氰工藝推廣的最大難點。

2影響脫硫反應效率的因素

2.1合適的溫度、噴灑量和一定的濃度

為使整個生產正常運行,反應進行更完全,提高脫硫的效率,必須對脫硫過程進行工藝指標的控制。不論哪種脫硫工藝,都需要控制好預冷塔后煤氣的溫度,溫度高低直接影響脫硫效率。煤氣溫度過高,使脫硫液溫度相應提高,液面上氣相中氨的分壓增大,進入預冷塔的氨氣及煤氣中自帶氨很難被脫硫液吸收,致使脫硫液氨含量偏低,脫硫效率下降,而且會使反應中副鹽的含量增加,但是溫度過低易造成預冷塔結萘堵塞,影響再生效果及系統正常運行,因此在生產中應將預冷塔后煤氣溫度和脫硫液溫度控制在一定合理的范圍。一般來說提高吸收液濃度會提高反應的吸收效率,溶液的噴灑量大能減少懸浮硫在填料、分布板等的沉積,是防止塔堵的一種有效措施,但噴灑量過大會使氣體夾帶液體,也增加動力消耗,所以要有合適的噴灑量,此外還要有合適 pH、氣液比,對于以煤氣中氨為堿源的煤氣脫硫工藝來說煤氣中氨含量的高低將直接影響脫硫的吸收效率,提高 NH3與 H2S 的比值將會提高反應的吸收效率。

2.2降低雜質的含量

除了增加反應物的濃度來提高反應速度和效率外,另外就是降低煤氣中的雜質含量。煤氣中的雜質會與反應液發生一定化學反應,從而影響溶液質量和脫硫的效果,如焦爐煤氣中的焦油在堿性溶液中會發生皂化反應,使溶液發泡變質影響 H2S 吸收及脫硫液再生。所以煤氣經電捕焦油器除去焦油后焦油霧含量要控制在 50 mg·m-3以下。

2.3增加反應的接觸面積和傳質效果

煤氣與反應液在脫硫塔內反應的完全程度還取決與反應物之間的接觸面積即填料比表面積和氣液分布情況。在一些鋼廠脫硫裝置中選用的輕瓷填料 XA-1,具有比表面積大,持液量大等特點,取得了良好的效果。氣液再分布器是脫硫塔傳質的重要部件,對于大型填料塔,在保證良好的液體初始分布外,要求填料高度一般不超過 6 m,每段之間必須設置氣液再分布器,其目的是為了保證較好的氣液分布和避免填料塔的壁流效應,同時保證較小的煤氣阻力。此外脫硫催化劑的選擇至關重要,好的催化劑既可保證脫硫效果,同時脫硫廢液產生量也小,脫硫液中催化劑濃度高低將直接影響催化反應速度,從而影響脫硫效率。

3脫硫工藝的選擇

隨著科學技術不斷的進步,新的工藝和方法也在不斷的涌現,無論技術怎么變革,始終要圍繞市場來布局生產,不斷加強環境保護意識,維護經濟的可持續發展。在滿足用戶凈化煤氣指標要求的前提下,在脫硫工藝的選擇上應遵循這樣幾方面原則。

3.1從經濟角度考慮脫硫工藝

在達到脫硫指標標準的同時盡量降低基建費用和運行成本,在選擇脫硫工藝時,應對有關脫硫工藝的投資及運行費用進行詳細的計算比較,優先選用投資低、運行費用低的脫硫工藝,這樣可以盡量減少脫硫設施的成本,使企業更具有競爭能力。

例如在利用煤氣中的氨作為脫硫劑來除去煤氣中的 H2S 和HCN 時,利用煤氣中的氨作為堿源是最為經濟的,它不需要購入碳酸鈉等堿源,并且在洗氨的同時可脫除煤氣中的 H2S 和 HCN,具有工藝合理性和運行經濟性。

3.2從環保角度要求三廢少,易于治理

隨著國民環保意識的增強,國家對環保要求的不斷提高,應盡量控制減少產生的污染物,產生的廢氣、廢水、廢渣也應便于治理,脫硫后煙氣硫含量應符合國家排放標準的規定和環境評價要求。

3.3脫硫效率高且能耗小

相比較而言AS循環洗滌法比濕式氧化法中的改良A.D.A法、TH 法、FRC 法等的脫除 H2S 和 HC 效率要低些,當焦爐煤氣用作城市煤氣、合成氣等時,則必須選擇脫硫效率更高的脫硫工藝。

4結論

選擇合理的脫硫工藝流程,不僅需要達到預期的脫硫效果,同時還需要工藝系統能夠長期穩定、高效運行。因此,在生產過程中需要對不斷整個脫硫工藝進行優化和完善,同時選擇和開發出更好的脫硫劑和催化劑,減少或降低副產物對脫硫系統的影響,進一步提高脫硫效率。

免責聲明:文章僅代表作者觀點,版權歸原作者所有。因轉載眾多,或無法確認真正原始作者,故僅標明轉載來源,部分文章推送時未能與原作者取得聯系,十分抱歉,如來源標注有誤,或涉及作品版權問題,請告知,我們及時予以更正/刪除。)

(
文章分享來源轉自:冶金焦化999資訊)