CN101574622A - 高效低压降的干法脱硫脱臭工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对于压降要求较高的干法固定床气体反应及吸附的组合工艺，特别适于冶金行业煤气脱硫及石化行业废气脱臭的组合工艺。针对现有干法工艺中串联流程压降高，并联流程脱硫剂利用率低的缺点，通过将反应塔设置为多床层结构和径向床层结构，以及管道和阀门的切换，实现反应塔之间的串联及并联的组合操作，最大程度地降低压降，提高脱硫剂的利用率。

Description

高效低压降的干法脱硫脱臭工艺

技术领域

本发明属于环保及化工领域，涉及对于压降要求较高的干法固定床气体反应及吸附的组合工艺，特别适于冶金行业煤气脱硫及石化行业废气脱臭的组合工艺。

本发明还适于天然气、炼厂气、液化石油气、民用煤气的干法脱硫，以及精细化工、金属制品加工、陶瓷工业、玻璃工业、电子产品等行业的含硫气体的净化。

背景技术

煤在干馏或气化的过程中产生煤气，温度达1000℃左右。在这样的条件下，煤中的有机硫受热裂解转化为硫化氢，与少量残留的有机硫进入煤气中。在煤气进一步燃烧过程中，硫化氢会变成二氧化硫，进入大气中，导致酸雨的形成；另外，硫化氢还对输气管道及设备产生严重腐蚀。因此，在煤气进入管网前应该进行脱硫。

石化企业酸性水罐、冷焦水罐、碱渣罐、碱再生尾气、污油罐、污水处理场的排入的废气中含有硫化氢、有机硫(如硫醇、硫醚等)、氨及轻烃，由于具有令人恶心的臭气，通常称为恶臭气体。恶臭物质散发出来的臭气波及范围广，对环境产生严重的影响，危害人们的身体健康。随着人们环保意识的加强，我国颁布了《恶臭污染物排放标准》(GB14554-1993)，规定了硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、氨等9个控制项目及相应的采样和监测分析方法。目前石化行业排放的尾气均需进行脱臭处理。

目前，气体脱硫脱臭主要有湿法及干法工艺。

湿法脱硫采用由碱液、氧化剂、催化剂组成的混合溶剂作为吸收剂，目前应用最多的是有机醇胺及氢氧化钠溶剂。溶剂在吸收塔中循环吸收，适合处理大流量及高含硫气体的脱硫，溶剂可再生循环使用，总体运行成本较低。但湿法也存在着如下缺点：①废脱硫溶剂难处理，存在二次污染；②动设备较多，装置投资高，设备维护工作量大；③工艺复杂，操作费用高；④精度较低，脱后气体硫含量通常大于100mg/m³，只适用于粗脱硫。

干法脱硫指采用固体脱硫剂的固定床工艺，具有以下特点：①精度高，气体中硫可脱至0.1mg/m³以下，适合于精脱硫；②工艺及设备简单，投资小，操作维护方便；③运行成本低，无需专人操作及维护，基本不消耗动力；④生产过程清洁环保；⑤没有废液排放，废脱硫剂易处理。但干法也存在以下缺点：①对原料要求高，需控制含水及烃等杂质含量，否则会堵塞脱硫剂孔道，造成脱硫效率下降；②压降较大，常需增压措施；③脱硫反应放热比湿法高，通常需采取降温措施；④如果废脱硫剂无法处理将造成二次污染及污染物转移。

目前在脱硫脱臭领域中，干法工艺已得到大范围应用，约占40％以上，主要采用活性炭、氧化铁及氧化锌脱硫剂，工艺主要有并联和串联两种流程。串联工艺的优点是可以提高每一组或者每一台反应塔的硫容，脱硫效率高，使其可保证出口气体硫含量降至1mg/m³以下；而且脱硫剂消耗量可比并联操作降低25％-35％。中国发明专利CN 1068356A(高温煤气二步脱硫法)公开了采用二级串联的脱硫工艺，脱硫效率达99％，出口煤气硫化氢小于1ppm，但缺点是系统压降较大，能量损失高，经济上不合理，不适于低压降、大空速的工况条件。

采用并联操作，系统阻力降低，通常压降小于1kPa，但反应塔的穿透硫容较低，相比串联操作硫容降低1/4-1/3，造成脱硫运行成本上升，同时设备数量多，投资较大。中国发明专利CN 1217728C(采用多塔并联结构的干法烟气脱硫系统)中公开了2塔或2塔以上并联的脱硫工艺，该工艺的一个优点是可有效降低烟气阻力，但脱硫效率较低。

发明内容

本发明针对现有干法脱硫脱臭工艺中串联流程压降高，并联流程脱硫剂利用率低的缺点，设计了一系列新颖的反应塔结构和流程，在脱硫脱臭过程中，通过管道和阀门的切换，实现反应塔之间的并联、串联的组合操作，最大程度地降低压降，提高脱硫剂的利用率。

1、下部及中部进气，上部出气的串并组合流程

为使脱硫剂能够达到饱和硫容，将反应塔分成2层或多床层结构，每塔有2路或2路以上的气体进口，分别设置在反应塔的下部和中部，气体出口设置在反应塔上部。采用3塔或3塔以上组合流程，其中1塔备用，每台反应塔的中部进口与进气总管以及前一台反应塔的出口相连，通常在开工初期备用塔为最末端的反应塔，实现串并结合的组合脱硫工艺。

在实际操作时，可根据出口气体含硫量选择并联或串流操作。开工初期，留1塔作为备用塔，其他反应塔并联操作，下部进气，上部出气；装置运行后期，通过阀门控制反应塔的进气量随反应塔的顺序逐渐递增，即靠近备用塔的反应塔流量最大，使其首先饱和。当靠近备用塔的反应塔穿透时，进行切换操作，投用备用塔，并改为串联操作，此时采用从下部或中间进气，中部或上部出气，并将出气口与备用塔的下部或中间进气口串连，然后从备用塔的中部或顶部出气，使接近穿透的脱硫剂与新鲜脱硫剂串联，最大限度地提高了每一反应塔的工作硫容，延长了脱硫剂的使用寿命。

该工艺的优点是能够在不增加系统压降的情况下，使每塔脱硫剂均能达到饱和，提高了脱硫剂的利用率，比全并联流程节省20-30％脱硫剂，降低了运行成本；而且仅需1台备用塔，就能满足切换要求，并实现不停车换剂。在串联条件下，系统的床层压降维持不变，节约了能量消耗。通过阀门切换，可以实现脱硫剂始终在串联的条件下运行。

2、中部进气，上部及下部出气的串并组合流程

反应塔采用2层或2层以上床层结构(通常为双数)，2路或2路以上气体出口，分别设置在反应塔的上部和下部，气体进口设置在反应塔中部。对于单台塔，相当于2台同样直径的塔并联使用，压降可大幅度降低。采用3塔或3塔以上组合流程，其中1塔备用，每台反应塔的中部进口与总进气管以及前一台反应塔的上下部出口相连，通常在开工初期备用塔为最末端的反应塔，实现串并结合的组合脱硫工艺。

相邻的反应塔按递增顺序串联，当第1塔饱和后，投用备用塔与前一塔串联，同时更换第1塔脱硫剂，并作为备用塔，以此类推，也可以通过控制出口阀门进行反应塔之间的并联操作。该组合工艺可保证每台反应塔的最高硫容利用率。

3、上部及下部进气，中部出气的串并组合流程

反应塔采用2层或2层以上床层结构(通常为双数)，2路或2路以上气体进口，分别设置在反应塔的上部及下部，气体出口设置在反应塔中部。对于单台塔，相当于2台同样直径的塔并联使用，压降可大幅度降低。采用3塔或3塔以上组合流程，其中1塔备用，每台反应塔的中部出口与总出气管以及后一台反应塔的上下部进口相连，通常在开工初期备用塔为最末端的反应塔，实现串并结合的组合脱硫工艺。

相邻的反应塔按递增顺序串联，当第1塔饱和后，投用备用塔与前一塔串联，同时更换第1塔脱硫剂，并作为备用塔，以此类推，也可以通过控制出口阀门进行反应塔之间的并联操作。该组合工艺可保证每台反应塔的最高硫容利用率。

4、径向反应塔串联组合流程

反应塔采用径向床层结构，压降可大幅度降低，采用3塔或3塔以上组合流程，1塔备用，每台反应塔的出口与总出气管及后一台反应塔的入口相连。通常在开工初期备用塔为最末端的反应塔。相邻的反应塔按递增顺序串联，当第1塔饱和后，投用备用塔与前一塔串联，同时更换第1塔脱硫剂，并作为备用塔，以此类推，也可以通过控制出口阀门进行反应塔之间的并联操作。该组合工艺可保证每台脱硫脱臭塔的压降最低，而且具有最高的硫容利用率。

附图说明

图1、下部及中部进气，上部出气的5塔串并组合流程示意图

图2、中部进气，上部及下部出气的3塔串并组合流程示意图

图3、上部及下部进气，中部出气的3塔串并组合流程示意图

图4、3塔串并结合的径向反应塔组合工艺流程示意图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。以下实施例不构成对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，组合工艺采用4开1备5塔流程。

开工初期，塔1、塔2、塔3、塔4塔并联，塔5备用，下部进气，上部出气。

随着装置的运行，下层脱硫剂首先饱和，合理控制4个塔的进气量，使塔4先穿透，此时塔4上部脱硫剂还有20～30％的硫容尚未利用。将塔4改为塔中部进气，出口气体引入备用的塔5中部进气，即塔4上层接近穿透的脱硫剂与塔5上层新鲜脱硫剂串联。待塔4脱硫剂全部饱和后，更换脱硫剂作为备用塔，同时将塔5改为下部进气并与塔1、塔2、塔3并联操作流程。

当塔3出口接近饱和后投用塔4，并将塔3上层与塔4上层新鲜脱硫剂串联，当塔3脱硫剂完全饱和后，更换脱硫剂，并将塔4改为下部进气并与塔1、塔2、塔5并联。

依此类推，按上述方法分别更换塔2及塔1脱硫剂，至此可将塔4、塔3、塔2、塔1的脱硫剂全部更换完毕，完成第一个操作周期。

此流程在装置运行后期采用接近饱和的脱硫剂与新鲜剂的串联操作，不仅实现了不停车换剂，而且保证了床层压降不增加、出口硫化氢含量不超标。最大限度地提高了每一脱硫反应塔的硫容，延长了脱硫剂的使用寿命，比全并联流程节省20～30％脱硫剂，降低了运行成本。采用两个半塔串联方案，保证了系统压力降维持最低，并使系统压力均衡。

实施例2：

如图2所示，组合工艺采用2开1备的3塔流程。

反应塔采用2床层结构，气体从中间进入由上下两个出口排出，相当于2台同样直径的塔并联使用。

开工初期，塔1、塔2串联，塔3作为备用塔；当气体出口硫含量接近穿透时，关闭塔1进气阀门，投用塔3，此时流程调整为塔2与塔3串联，同时更换塔1脱硫剂，并作为备用塔。当塔2脱硫剂穿透后更换脱硫剂，投用塔1，流程为塔3与塔1串联，依此类推，直至更换塔3脱硫剂，完成一个操作周期。

实施例3：

如图4所示，组合工艺采用2开1备的3塔流程。

反应塔采用2床层结构，气体从上下两个进口进入，由中间出口排出，相当于2台同样直径的塔并联使用。

开工初期，塔1、塔2串联，塔3作为备用塔；当气体出口硫含量接近穿透时，关闭塔1进气阀门，投用塔3，此时流程调整为塔2与塔3串联，同时更换塔1脱硫剂，并作为备用塔。当塔2脱硫剂穿透后更换脱硫剂，投用塔1，流程为塔3与塔1串联，依此类推，直至更换塔3脱硫剂，完成一个操作周期。

实施例4：

如图4所示，组合工艺采用2开1备的3塔流程。

反应塔采用径向反应塔，气体下进上出。开工初期，含硫气体依次进入二塔串联塔1及塔2，塔3作为备用塔；当气体出口硫含量接近穿透时，关闭塔1进气阀门，投用塔3，此时流程调整为塔2与塔3串联，同时更换塔1脱硫剂，并作为备用塔。当塔2脱硫剂穿透后更换脱硫剂，投用塔1，流程为塔3与塔1串联，依此类推，直至更换塔3脱硫剂，完成一个操作周期。

Claims (5)

1、低压降的高效干法脱硫脱臭组合工艺，包括将反应塔设置为多床层结构和径向床层结构，通过管道和阀门的切换，实现串联及并联的组合操作，最大程度地降低压降，提高脱硫剂的利用率。

2、根据权利要求1所述的低压降组合工艺，其特征在于：反应塔采用2层或2层以上床层结构，2路或2路以上气体进口，分别设置在反应塔的下部和中部，气体出口设置在反应塔上部。反应塔为3台或3台以上，每台反应塔的中部进口与进气总管以及前一台反应塔的出口相连，通过1台备用反应塔实现并联及串联的组合操作。

3、根据权利要求1所述的低压降组合工艺，其特征在于：反应塔采用2层或2层以上床层结构，2路或2路以上气体出口，分别设置在反应塔的上部和下部，气体进口设置在反应塔中部。反应塔为3台或3台以上，每台反应塔的中部进口与总进气管以及前一台反应塔的上下部出口相连，通过1台备用反应塔实现并联及串联的组合操作。

4、根据权利要求1所述的低压降组合工艺，其特征在于：反应塔采用2层或2层以上床层结构，2路或2路以上气体进口，分别设置在反应塔的上部及下部，气体出口设置在反应塔中部。反应塔为3台或3台以上，每台反应塔的中部出口与总出气管以及后一台反应塔的上下部进口相连，通过1台备用反应塔实现并联及串联的组合操作。

5、根据权利要求1所述的低压降组合工艺，其特征在于：反应塔采用径向床层结构，反应塔为3台或3台以上，每台反应塔的出口与总出气管及后一台反应塔的入口相连，通过1台备用反应塔实现并联及串联的组合操作。

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