长春东狮集团湿式氧化法脱硫新技术（二）

粉煤气化工艺普遍采用褐煤、长焰煤、不粘或弱粘结的高硫煤作原料，所生产的煤气中硫化氢含量较高，并且含有焦油等有机物，而粉煤气化采用的流化床或者气流床工艺，使得煤气中的灰尘含量较高。因此应该重视脱硫前煤气的净化处理，通过电捕焦、洗涤等手段来去除煤气中的焦油、灰尘等杂质。根据全厂工艺和总图布置的要求，脱硫前煤气的净化装置可设置在脱硫工序，也可设置在气化工序。

粉煤气化煤气的脱硫工艺设计要遵循高效、低耗的原则。要根据粗煤气的压力、硫化氢含量和脱硫装置出口脱硫精度的不同，选择适宜的设备和工艺路线。对于常压脱硫，一般采用对冲反应器或喷淋空塔+填料塔的两级或三级脱硫工艺；对于加压脱硫，一般采用对冲反应器+QYD内件塔的两级或三级脱硫工艺。

通化化工股份有限公司原料路线与动力结构调整改造工程

该公司采用了恩德炉气化工艺，粗煤气参数如下：

（1）水煤气成分（干基）及气量

气量100000Nm3/h（干基）

水煤气压力：0.05MPa

水煤气温度：40℃

水煤气脱硫指标要求：

出口H2S≤100mg/Nm3

（2）变换气成分（干基）

气量：130000Nm3/h（干基）

变换气压力：1.85MPa

变换气温度：40℃

变换气脱硫指标要求：进口H2S≤200mg/Nm3

出口H2S≤20mg/Nm3

长春东狮公司承接了该工程的水煤气脱硫和变换气脱硫项目的工艺包设计和专有设备、内件的设计、制造。

工艺及设计特点：

1 常压粉煤气化，二氧化碳较高：16-19%，硫化氢不是很高。

2 对于水煤气脱硫，鉴于该项目的硫化氢含量较低，采用了单塔一级脱硫工艺。为防止长期运行过程中填料层阻力上升或者堵塔，脱硫塔采用了雾化喷淋吸收+填料的复合结构形式。其中雾化喷淋段使用脱硫塔底的半富液做吸收剂，进一步提高硫容，减少总体循环液量降低电耗。设计脱硫效率30%。

3 对于变换气脱硫，鉴于该项目的变换气压力高，二氧化碳含量高（38%），为减少二氧化碳对脱硫吸收和脱硫液再生的影响，采用了长春东狮公司的新型QYD内件和塔底组合吸收技术。

4 与填料塔相比，QYD内件塔的空速高，气液接触时间短，脱硫液硫容高。因此可以选择较小的塔径和较低的脱硫液循环量，大大降低了建设投资和运行费用，同时也减少了变换气中二氧化碳对吸收和脱硫液质量的影响，有利于减少溶液中碳酸氢钠生成，优化了溶液组份。

（二）高硫、高压、高CO2的气体脱硫

目前，国内很多企业开始使用恩德炉、鲁奇炉、GSP炉、Shell炉、航天炉等加压气化工艺，实现原料路线的改造。加压气化装置生产的煤气普遍具有硫化氢含量高（2.0-15g/Nm3）、压力高（1.6-4.0MPa）和CO2含量高（30%-45%）的特点。与之配套的主流煤气净化工艺有两种：第一种是物理吸收法，如低温甲醇洗法、NHD法等；第二种是化学吸收法，即湿式氧化法。物理吸收法由于需要配套尾气处理系统，工艺复杂，投资高，但装置运行费用低，并可同时脱除二氧化碳等酸性气体，适用于较大规模的制气装置的酸性组分的一体化脱除；对于中小规模制气装置的煤气脱硫，湿式氧化法具有工艺简单，投资少的优势。

在高硫、高压和高CO2（三高）的工艺条件下，传统的填料塔由于受液泛速度的制约，空塔气速偏低，塔径偏大，导致了其造价高、循环量大；并且采用的填料在“三高”条件下操作，极易造成堵塔。

长春东狮公司开发了对冲反应器、高效雾化喷头和QYD内件等专有设备和内件，用来替代传统的填料吸收方式。这三种吸收技术在多套加压气化煤气或类似煤气脱硫装置中进行了应用，并取得了很好地效果。

浙江一公司变脱装置进行增容改造（已运行装置，受公司委托不予公开公司名称）

本项目主要是对原有变脱装置进行增容改造。改造后，变换气处理量由17000Nm3/h增加到22000Nm3/h，变换气中H2S含量2.5g/Nm3，最高5.5g/Nm3。

主要改造内容：新上一台Φ2800×38000复合型变脱塔和一台Φ3000闪蒸槽，替换原有的变脱塔和闪蒸槽；新上一台流量180-200m3/h，扬程180m的脱硫泵替换原来的100m3/h脱硫泵；对脱硫液流程进行必要的优化改造。

主要设计参数：

变换气流量22000Nm3/h

变换气压力 1.1MPa

变换气H2S含量 ≤2.5g/Nm3

脱硫系统出口H2S含量≤10mg/Nm3

经过一年半的运行，该装置的各项指标都达到或者超过了设计参数。实际运行指标如下：

变换气流量22000Nm3/h

变换气压力 1.1MPa

变换气H2S含量 2.5-5.5g/Nm3

脱硫系统出口H2S含量5-10mg/Nm3

特点：

1、高硫、高压、高CO2（三高）脱硫出口要求较低硫化氢（一低）以后我们称之为‘三高一低’工况，采用对冲式管道反应技术+新型QYD传质技术遵循了硫化氢吸收过程飞速吸收的特点，结合了专用技术可提高硫容降低循环量的优点，从而减少在高二氧化碳分压下碳酸氢钠生成的机会。

2、硫化氢较高并且变化较大的工况，在碱度一定的情况下，能够采用多种调整手段随时调整，增加工况的弹性，保证出口硫化氢一直稳定在几个毫克，有机硫高效脱除，分析总硫在不超10mg/Nm3

3、采用塔式闪蒸及高效的闪蒸內件效果明显，PH和碳酸钠一直在高位运行，采用差压能量回收，节电效果明显。

4、使用半富液采用高效组合吸收技术提高硫容2-2.5倍，进一步降低循环量，降低设备投资。

5、为2MPa中小气量粉煤气化项目，湿式氧化法脱硫的成功应用奠定了基础

（三）窑炉煤气脱硫；

这里所说的窑炉煤气，是指以长焰煤、弱粘煤或不粘煤为原料，采用两段炉或类似制气工艺生产的燃料煤气。这类煤气多用于玻璃、陶瓷、钢管、氧化铝等行业的工业窑炉的燃料气。

由于采用的两段炉存在低温干馏段，因此窑炉煤气中焦油、挥发酚等有机物含量较高，脱硫前煤气的净化效果在很大程度上决定了脱硫系统能否较长周期稳定运行。一般来说，窑炉煤气中硫化氢含量在4g/Nm3左右时，采用对冲反应器+填料塔的两级脱硫，就可以将其脱除到20mg/Nm3以下，而脱硫前煤气的洗涤装置的设计往往成为整个脱硫系统正常运行的主要制约因素。

山东金宝诚管业有限公司30000Nm3/h燃气脱硫

该项目设计指标如下：气体组成：

进口气体流量（干基）：30000Nm3/h；

进口硫含量（H2S）：≤1000mg/Nm3

出口硫含量（H2S）： ≤15mg/Nm3

该脱硫系统采用了对冲反应器+填料塔的组合吸收装置，并在脱硫系统进口设置了一台φ3600的洗气塔对进入脱硫系统的煤气进行洗涤，以减少煤气中的焦油等有机杂质对脱硫系统的不利影响。洗气塔中使用了长春东狮公司设计制造的高效雾化喷头作为循环水喷淋元件，保证了窑炉煤气的洗涤净化效果。

特点：

1、两段炉存在低温干馏段，所以窑炉煤气中焦油、挥发酚等有机物含量较高，这就对气体的预处理提出了很高的要求。也是决定湿法脱硫能否长周期连续稳定运行的基础，对降温，除焦，洗气，水处理等一系列问题我们形成了一整套切实可行的设计理念。

2、气质的特殊性，使脱硫系统本身的设计参数也要调整。

3、采用组合技术，可提高硫容降低循环量，降低设备投资。

4、采用窑炉专用脱硫催化剂，解决脱硫液中积累性干扰问题。

5、脱硫系统出口要有高效分离、洗气装置，提高气体质量，防止盐类物质堵烧嘴。

6、为了燃气燃烧后排放的二氧化硫达到地方标准，不但要高效脱出硫化氢，还要高效的脱出以COS为主的有机硫，为煤气作为燃气或原料气脱除机硫的同时高效脱除有机硫奠定了实践基础

（四）沼气脱硫

沼气的主要成分甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为30%～44%等，沼气从厌氧发酵装置产出时，特别是在中温或高温发酵时，携带有大量的H2S（含量约为5-55g /Nm3），低硫可以采用干法脱硫，高硫或大气量可一般采用湿法脱硫。

1、沼气特点:

（1）气量较小，多为几百标方/小时，较大规模的也仅有几千标方/小时；

（2）沼气中H2S含量较高，一般在5-15g

/Nm3，但也有20g/Nm3以上的装置；

（3）沼气中CO2含量较高，一般在30%-

50%；

（4）沼气中不含焦油等对脱硫吸收和再生影响较大的杂质。

2、在进行沼气湿式氧化法脱硫系统设计时，应注意以下问题：

（1）沼气脱硫装置的规模较小，要注意脱硫塔的高径比不能过大，特别是直径小于1m的脱硫塔，高径比过大容易引起气液偏流；

（2）因为沼气中硫化氢含量较高，为避免因增加脱硫级数而造成系统阻力过大，可采取降低空速，增大塔径的措施来减少脱硫级数。设计中应考虑空速和沼气中较高CO2含量对脱硫操作的不利影响，减少气液接触时间；

（3）当采用多级脱硫设计时，除了最后一级采用填料塔以外，其他脱硫设备应该采用对冲反应器或喷淋空塔等非填料吸收装置，以避免在高硫化氢、高CO2含量条件下对操作和塔阻力的影响。

六、氧化再生

目前湿法脱硫主流的再生形式是喷射再生和强制再生，喷射再生是东狮公司工程设计中采用最多的再生方式。

喷射再生的主要设备是再生喷射器，东狮公司根据脱硫再生工艺条件研发了PSC型系列脱硫再生槽专用喷射器，附喷射器的性能与规格表：

PSC型系列脱硫再生槽专用喷射器的设计理念和技术是：

1、喷射反应技术（并非喷射真空概念）

2、防反喷控制技术（防止脱硫液返喷及控制吸气量）

3、高效传质技术（氧的适量传质）

4、高度同心技术（激光同心法）

5、充分气提理念（保证在设计的再生槽的停留时间内通过喷射器的选择和合理布局保证脱硫液的充分气提）

我们对喷射器的设计是因地制宜设计的，充分考虑再生槽的直径有效高度，结合硫容，溶液循环量及吹风强度，停留时间对喷射器进行设计的：基本包括以下4个方面的计算：

1、溶液入口直径，喷咀直径及长度，喷咀入口收缩角及收缩管长度；

2、空气入口直径，吸气室直径长度及吸气室收缩角及收缩管长度，扩散角；

3、结合喉管反应的数据确定喉管反应段直径及长度；

4、扩散管长度及尾管尺寸。

喷射器选型和使用效果，直接影响到催化剂的再生效果和副盐的增长速率，关系到净化材料的消耗和硫磺回收率，甚至影响到整个脱硫工艺的稳定。

通过东狮这十多年在湿法脱硫喷射器的因地制宜设计的使用效果告诉我们：湿法脱硫使用的喷射器并非文丘里原理的简单使用，也非抽真空喷射器所能达到的效果，必须根据不同工况因地制宜的设计使用。

（一）带有贫液泵，富液泵的再生工艺

这是湿法脱硫的标准流程：吸收塔，再生槽，富液反应槽，贫液缓冲槽，泡沫槽，适宜循环量且匹配相应扬程的贫液泵，富液泵

其特点：

1、工艺成熟，稳定，操作弹性大

2、贫富液泵可根据工艺灵活设置，电耗对等

3、有充分的塔底及富液槽的反应过程

（二）只带富液泵的再生工艺

一塔式湿式氧化法脱硫：“一塔式”实际就是塔下段为脱硫塔，上段为再生槽，循环泵将富液输送到塔顶的喷射器自吸空气后进入再生槽，再生液通过液封溢流到脱硫塔内的分布器。可采用多级串联运行方式。

这是湿法脱硫的延伸流程：吸收塔，塔顶再生槽，循环泵（富液泵），泡沫槽。

只带富液泵的再生工艺特点：

1. 只需一组克服脱硫塔高度的扬程和满足再生压力的泵，动力消耗稍低于标准流程。泵的备用成本低。

2. 占地面积小，投资成本稍低。

3. 无富液槽的析硫时间短，工艺控制难度大。

4. 再生槽的管理、操作、检修难度大。

（三）只带贫液泵的再生工艺

脱硫塔在上面，再生槽在脱硫塔下方的一塔式工艺，脱硫塔底部的富液通过位差自流到再生槽顶部的双射流再生器，利用再生器空气室的负压及鼓风机的作用将空气引入再生器内与富液充分接触，使催化剂得到再生，溶液中的硫颗粒在空气作用下聚合长大形成硫泡沫层并浮选至硫泡沫槽，再生后的贫液通过液位调节器进入贫液槽循环使用。

只带贫液泵的再生工艺特点：

1只需一组克服脱硫塔高度的扬程的贫液泵，和一台1/5泵的电耗的空压机。动力消耗低于标准流程。泵的备用成本低。

2占地面积小，投资成本低。

3无富液槽的析硫时间短，工艺控制难度大。

4再生槽的管理检修难度大，气提量偏小，泡沫较好。

5适合硫化氢含量低的脱硫工况

结论：

1、优质催化剂是保证再生效率的关键，也是再生设计的重要参数。

2、喷射器是再生的核心设备，一定要因地制宜的设计，不能简单的选择使用。

3、再生系统的设计原则是：

（1）溶液进再生槽之前要有足够的氧化时间，降低溶液中的硫氢根含量，以减少副盐的生成速率；

（2）选择的喷射器既要保证脱硫液的流通量，又要保证催化剂的再生效率；

（3）再生槽的设计必须满足硫泡沫的聚合和浮选。

4、推进低压再生的设计创新，倡导一塔式再生节电理念，将脱硫设计推向更低能耗、更低物耗的新阶段。