CN102977932A - 焦炉煤气脱硫设备 - Google Patents
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本发明公开了一种焦炉煤气脱硫设备属从含氨和硫化氢的气体中脱除硫化氢的设备，特别是从焦炉煤气中脱除硫化氢的设备。该焦炉煤气脱硫设备，其结构为：主要包括使用管线连接在一起的煤气间接冷却器、脱硫塔、再生塔组成，各设备间连接关系为：煤气间接冷却器的煤气出口连接脱硫塔底部的煤气进口，脱硫塔顶部设有脱硫液喷头，脱硫塔上部设有净化煤气出口，脱硫塔底部的脱硫废液出口经溶液循环槽和泵连接再生塔，再生塔上部设有再生脱硫液出口经脱硫液循环管线与脱硫塔相连，再生塔顶部设有内部装有硫泡沫分离装置的塔帽，塔帽底部设有硫泡沫出口。本发明在脱硫前采用煤气间接冷却器将煤气冷却至20-22℃，改进了脱硫塔结构提高了脱硫效率。
Description
技术领域
本发明属于从含氨和硫化氢的气体中脱除硫化氢的设备，特别是从焦炉煤气中脱除硫化氢的设备。
背景技术
从焦炉煤气中脱除硫化氢的传统技术之一，是以氨作碱源湿式氧化法脱硫技术。焦炉煤气中氨的质量浓度仅5-7g/m3，而硫化氢的质量浓度大多在5-10g/m3。由于氨的质量浓度较低，导致脱硫效率降低，一般仅92-95％。脱后气体中硫化氢含量一般250-400mg/m3。在2012年10月1日开始实施的《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)中现有企业大气污染物排放浓度限值规定，焦炉烟囱二氧化硫排放浓度限值在100mg/m3；对于新建企业规定其限值在50mg/m3；对于在国土开发密度较高，环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小，生态环境脆弱，容易发生大气污染问题，而需要采取特别措施的地区内的企业，其焦炉烟囱二氧化硫排放限值为30mg/m3。针对适应上述三种企业以焦炉煤气加热焦炉时焦炉烟囱二氧化硫排放浓度限值的焦炉煤气硫化氢允许浓度应分别为≤200mg/m3、≤50mg/m3和≤10mg/m3。
目前炼焦化学工业企业所采用的焦炉煤气脱硫效率较高的脱硫工艺技术为氨作碱源湿式氧化法。现有的工艺是采用直接式煤气冷却器，在冷却器中煤气和冷却用的蒸氨废水直接接触导致了煤气中的氨被冷却液吸收，造成煤气中的氨浓度降低，进而降低了脱硫也中游离氨的浓度，最终造成脱硫率的降低，具多数企业统计其所能达到的脱硫后焦炉煤气硫化氢浓度为250mg/m3--350mg/m3，均远高于硫化氢的允许浓度，这就意味着按GB16171-2012标准要求现有企业焦炉烟囱二氧化硫浓度限值，几乎全行业无法达标或接近标准的边缘值排放，说明现行脱硫工艺技术已经不适应现环境保护标准的要求，而对于新建企业和上述特殊地区企业更加不能适应。因此需要采用脱硫效率更高的脱硫设备。
发明内容
本发明的目的是为了克服采用直接式煤气冷却器的焦炉煤气脱硫设备造成煤气中的氨被吸收致脱硫效率降低的不足，本发明的目的是提供一种焦炉煤气脱硫设备，本发明的了一个目的是提供使用该设备的使用方法。
本发明的技术方案为，一种焦炉煤气脱硫设备，其结构为：主要包括使用管线连接在一起的煤气间接冷却器、脱硫塔、再生塔组成，
各设备间连接关系为：煤气间接冷却器的煤气出口连接脱硫塔底部的煤气进口，脱硫塔顶部设有含脱硫剂的脱硫液喷头，脱硫塔上部设有净化煤气出口，脱硫塔底部的脱硫废液出口经溶液循环槽和泵连接再生塔，再生塔上部设有再生脱硫液出口经脱硫液循环管线与脱硫塔相连，再生塔顶部设有内部装有硫泡沫分离装置的塔帽，塔帽底部设有硫泡沫出口。
所述的煤气间接冷却器为横管式煤气冷却器、水平横管式冷却器、立管式换热器、翅片管式冷却器。
所述的脱硫塔为两级多效集合式脱硫塔，，即塔内上段为无填料空喷段、下段为填料段。该型脱硫塔更有利于硫化氢的选择吸收，从而排除二氧化碳对脱硫过程的干扰，可以显著提高脱硫效率。
焦炉煤气脱硫设备的使用方法，其特征是：焦炉煤气在煤气间接冷却器中冷却至20-22℃，然后在脱硫塔中喷洒含氨和脱硫剂的脱硫溶液进行脱硫，使脱后煤气中硫化氢浓度能够满足《炼焦化学工业污染物排放标准》即GB16171-2012对企业焦炉烟囱二氧化硫排放限值的要求。
本发明依据的理论是，脱硫溶液中游离氨的浓度决定脱硫效率，具体可用脱硫后煤气硫化氢质量浓度
加以描述，即脱硫后煤气中硫化氢质量浓度随溶液中游离氨浓度的提高而降低。而脱硫溶液中游离氨浓度与煤气中氨的分压(pNH3)及亨利系数(HNH3)有关，即：
因煤气中氨的分压难以改变，而最活跃的因素是亨利系数(HNH3)，如氨的亨利系数30℃时为0.241，而20℃时为0.00208，即在相同条件下，只要把脱硫溶液温度从30℃降至20℃则脱硫溶液中游离氨浓度也将是30℃时的11倍以上，脱后煤气中硫化氢质量浓度大致为30℃时的如以30℃时脱后煤气中硫化氢质浓度为250mg/m3 3计，则20℃时约为20mg/m3。实践证明，以这种理论指导脱硫工艺技术的设计和运行，已在国内的两套脱硫装置中得到验证，其脱硫后煤气中硫化氢质量浓度均＜10mg/m3，而90％以上的指标均＜5mg/m3。
本发明设备使用煤气平行管间接冷却器，通过间接冷却有效地解决了直接式煤气冷却设备在冷却器中煤气和含氨较低的冷却水直接接触所导致的煤气中的氨被冷却液吸收，造成煤气中的氨浓度降低，进而降低了脱硫液中游离氨的浓度，最终造成脱硫效率的降低的问题，和采用换热管平行布置的平行管结构，有效地防止了冷却换热管外萘结晶影响换热效率，造成换热管腐蚀等问题。通过上述技术发明克服了现有脱硫塔脱硫效率低无法达到标准要求的缺点，对于提高脱硫效率具有良好的效果。
本发明中的脱硫塔采用塔内上段为无填料空喷段、下段为填料段的两级多效集合式脱硫塔，可以提高氨与硫化氢的反应速率进而提高脱硫率。在脱硫塔中氨水吸收H2S、CO2为化学吸收过程。其主要反应如下：
NH4OH+H2S＝NH4HS+H2O 1
HS-+O2＝H2O+2S 3
CO2+H2O＝H2CO3 4
NH4HS+CO2＝(NH4)2CO3+H2S 5
由于气相中H2S被pH值≥9的氨水吸收后迅速电离成H+和HS-，在吸收液中H2S分子的电离速度远远高于气相H2S被吸收的速度，因此，氨水吸收煤气中H2S的传质过程受气膜阻力控制。而气相中CO2被氨水吸收后，首先与水化合生成H2CO3，然后才电离为H+和HCO3 -，由于CO2的水合速度相对比较慢，可见，在脱硫塔中，在初始阶段的有限时间内，氨水吸收H2S的速度(式1-2所显示的化学反应)远远大于吸收CO2的速度(式4、5所显示的化学反应)。随着气液相的接触时间延长，H2S会被CO2置换出来重新进入气相。在氨作碱源氧化法的脱硫塔中，随着气相中H2S不断转入液相，且不断电离成HS-，在上述时间内不断地被催化剂氧化，从而完成最终的脱离过程(式3所显示的化学反应)。本发明采用的空喷填料复合塔的结构正是适应这种规律，保证气相中H2S被pH值≥9的氨水吸收后迅速电离成H+和HS-进而在催化剂的作用下HS-氧化为单质硫的脱硫过程。
本发明的有益效果是：
1、在脱硫前将焦炉煤气采用煤气间接冷却器将煤气冷却至20-22℃。防止了传统技术采用直接式煤气冷却设备在冷却过程中氨流失的现象。
2、本发明兼顾脱硫过程中氨和硫化氢的吸收，改善了脱硫塔结构并适当改善了氨和硫化氢的吸收传质条件，而限制了二氧化碳对脱硫过程的干扰。
3、为改善氨和硫化氢的吸收条件，本专利适当提高了脱硫溶液在脱硫塔内的喷洒量和喷洒密度。
4本发明特别重视对脱硫液温度的控制，因此所配置冷却设备能力也适当增大。
附图说明
图为本发明的结构示意图，
图中，1.煤气进口，2.煤气间接冷却器，3.煤气出口，4.脱硫塔煤气进口，5.填料段，6.脱硫塔，7.无填料空喷段，8.脱硫液喷头，9.净化煤气出口，10.脱硫液循环管线，11.脱硫废液出口，12.溶液循环槽，13.泵，14.再生塔，15.再生脱硫液出口，16.塔帽，17.硫泡沫出口。
具体实施方式
本发明的具体实施方式是，如图所示：
实施例1，一种焦炉煤气脱硫设备，其结构为：主要包括使用管线连接在一起的煤气间接冷却器、脱硫塔、再生塔组成，
各设备间连接关系为：煤气间接冷却器2的煤气出口3连接脱硫塔底部的脱硫塔煤气进口4，脱硫塔6顶部设有脱硫液喷头8，脱硫塔上部设有净化煤气出口9，脱硫塔底部的脱硫废液出口11经溶液循环槽12和泵13连接再生塔14，再生塔上部设有再生脱硫液出口15经脱硫液循环管线10与脱硫塔相连，再生塔顶部设有内部装有硫泡沫分离装置的塔帽16，塔帽底部设有硫泡沫出17。所述的煤气间接冷却器为水平管式煤气冷却器。脱硫塔为两级多效集合式脱硫塔，即塔内上段为无填料空喷段7、下段为填料段5。
实施例2，一种焦炉煤气脱硫设备，其结构为：主要包括使用管线连接在一起的煤气间接冷却器、脱硫塔、再生塔组成，
各设备间连接关系为：煤气间接冷却器2的煤气出口3连接脱硫塔底部的脱硫塔煤气进口4，脱硫塔6顶部设有脱硫液喷头8，脱硫塔上部设有净化煤气出口9，脱硫塔底部的脱硫废液出口11经溶液循环槽12和泵13连接再生塔14，再生塔上部设有再生脱硫液出口15经脱硫液循环管线10与脱硫塔相连，再生塔顶部设有内部装有硫泡沫分离装置的塔帽16，塔帽底部设有硫泡沫出口17。所述的煤气间接冷却器为横管式煤气冷却器。所述的脱硫塔为两级多效集合式脱硫塔，即塔内上段为无填料空喷段7、下段为填料段5。
焦炉煤气脱硫设备的使用方法，其特征是：焦炉煤气在煤气间接冷却器中冷却20-22℃，然后在脱硫塔中喷洒含氨和脱硫剂的脱硫溶液进行脱硫，使脱后煤气中硫化氢浓度能够满足《炼焦化学工业污染物排放标准》即GB16171-2012对企业焦炉烟囱二氧化硫排放限值的要求。
Claims (4)
1.一种焦炉煤气脱硫设备，其特征在于：主要包括使用管线连接在一起的煤气间接冷却器、脱硫塔、再生塔组成，
各设备间连接关系为：煤气间接冷却器的煤气出口连接脱硫塔底部的煤气进口，脱硫塔顶部设有脱硫液喷头，脱硫塔上部设有净化煤气出口，脱硫塔底部的脱硫废液出口经溶液循环槽和泵连接再生塔，再生塔上部设有再生脱硫液出口经脱硫液循环管线与脱硫塔相连，再生塔顶部设有内部装有硫泡沫分离装置的塔帽，塔帽底部设有硫泡沫出口。
2.根据权利要求1所述的焦炉煤气脱硫设备，其特征在于：所述的煤气间接冷却器为横管式煤气冷却器、水平横管式冷却器、立管式换热器、翅片管式冷却器。
3.根据权利要求1所述的焦炉煤气脱硫设备，其特征在于：所述的脱硫塔为两级多效集合式脱硫塔，即塔内上段为无填料空喷段、下段为填料段。
4.权利要求1所述的焦炉煤气脱硫设备的使用方法，其特征是：焦炉煤气在煤气间接冷却器中冷却至20-22℃，然后在脱硫塔中喷洒含氨和脱硫剂的脱硫溶液进行脱硫，使脱后煤气中硫化氢浓度能够满足《炼焦化学工业污染物排放标准》即GB16171-2012对企业焦炉烟囱二氧化硫排放限值的要求。
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