CN108264940A - 一种基于igcc的燃烧前co2捕集的脱硫系统与工艺 - Google Patents

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Abstract

一种基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，包括与酸性气衔接的CO2净化器，CO2净化器的H2S气体出口接气液混合器的气体入口，气液混合器的液体入口与脱硫贫液泵的出口连接，气液混合器的出口接脱硫吸收器的入口，脱硫吸收器的出口接脱硫富液泵的入口，脱硫吸收器与脱硫吸收塔互相连接，脱硫富液泵的出口与再生槽连接，再生槽的贫液出口与脱硫贫液泵连接且连接管路上设有催化剂溶解槽，再生槽的顶部出口接硫泡沫槽的入口，硫泡沫槽的出口接硫泡沫泵的入口，硫泡沫泵的出口与熔硫釜的入口连接，熔硫釜的清液出口接存液池，熔硫釜的底部出口产出硫磺产品。本发明还提供了相应工艺，减少了设备投资，简化了湿法脱硫工艺，且操作简便，运行稳定。

Description

一种基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统与工艺
技术领域
本发明属于清洁煤发电技术领域，特别涉及一种基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统与工艺。
背景技术
以气候变化为核心的全球环境问题日益严重，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素之一，削减温室气体排放以减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。在燃煤发电系统中优化煤发电工艺流程，提高煤的利用效率，达到二氧化碳及污染物的微排放将成为煤发电技术的一大突破。
基于IGCC的燃烧前CO2捕集系统，利用合成气的耐硫变换，将合成气转化为以二氧化碳、氢气为主的变换气，回收变换过程中的热量。变换气经分离，脱硫脱碳后，得到液体二氧化碳、液体氢，为燃煤发电带来令人瞩目的光明。H2S在合成气中的含量达到1000ppm以上，具有急性剧毒，严重污染环境，危害动植物健康，需进行合理的回收利用。基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，先将酸气中的CO2脱除，再将脱碳气中的H2S吸收还原为单质硫，并回收硫单质。这样既解决了环境问题，又生产出单质硫副产品，提高装置的经济效益。
目前的湿法脱硫工艺，水力学系统复杂，操作难度大，投资大，成本高。尚未有应用于燃烧前CO2捕集系统的脱硫工艺，此工艺水力学系统简单，宜操作，低投资，填补了国内基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫工艺空白。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统与工艺，具有设备投资少、环境污染少、资源及能量节约的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，包括与酸性气衔接的CO2净化器1，CO2净化器1的H2S气体出口接气液混合器一3的气体入口，气液混合器一3的液体入口与脱硫贫液泵7的出口连接，气液混合器一3的出口接脱硫吸收器2的入口，脱硫吸收器2的出口接脱硫富液泵5的入口，脱硫吸收器2与脱硫吸收塔4互相连接，脱硫富液泵5的出口与再生槽10连接，再生槽10的贫液出口与脱硫贫液泵7连接且连接管路上设有催化剂溶解槽8，再生槽10的顶部出口接硫泡沫槽11的入口，硫泡沫槽11的出口接硫泡沫泵12的入口，硫泡沫泵12的出口与熔硫釜13的入口连接，熔硫釜13的清液出口接存液池14，熔硫釜13的底部出口产出硫磺产品。
所述脱硫贫液泵7与脱硫富液泵5采用相同功率及扬程。
本发明还可包括双效备用泵6，双效备用泵6的入口接脱硫吸收器2的富液出口以及再生槽10的贫液出口，出口接气液混合器一3的液体入口、脱硫吸收塔4的塔顶入口及再生槽10的入口，作为脱硫贫液泵7及脱硫富液泵5的备用泵。
所述富液由脱硫吸收器2入再生槽10的整体管道阻力大于贫液由再生槽10入脱硫吸收器2、脱硫吸收塔4的整体阻力，在脱硫吸收器2前设置阀门一18，脱硫吸收塔4前设置阀门二19，控制系统水力学循环。
所述存液池14入口接装置区废水网、熔硫釜13的顶部清液出口、再生槽10的排放液出口，通过清液回收液下泵15补给给再生槽10，存液池14与再生槽10形成存储补给关系，服务于再生槽10。
所述脱硫贫液泵7的出口分为两支，一支接气液混合器一3的液体入口，另一支接脱硫吸收塔4的塔顶入口，脱硫吸收塔4塔底出口接脱硫吸收器2，脱硫吸收器2的顶部出口接脱硫吸收塔4，脱硫吸收塔4对从脱硫吸收器2顶部出口排出的气体进行二次吸收，脱硫吸收塔4顶部排出的粗CO2去液化。
所述再生槽10的入口配有N个气液混合器二9，将从脱硫富液泵5出来的富液在再生槽10顶部平均的分为N份，每个气液混合器二9的气体入口直接空气，当气液混合器二9中的富液下流时，管壁压力减小，空气从气液混合器二9气体入口进入与富液混合。
所述CO2净化器1包括A、B两台，型号、配置相同，间歇操作，内置活性炭吸收H2S，用热氮气反吹解析H2S，送去脱硫吸收器2，净化的CO2气去液化。
本发明还可还包括碱液配置槽16，碱液配置槽16配有固碱入口和除盐水入口，固碱在碱液配置槽16中溶解，通过碱液液下泵17送入再生槽10，所述再生槽10为自吸空气喷射再生槽。
本发明还提供了基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫工艺，酸性气首先进入CO2净化器1，过程中产生的H2S解析气送入吸收混合器一3，在吸收混合器一3中，酸气与一级脱硫贫液强化传质接触，进入脱硫吸收器2，气体再进入脱硫吸收塔4底部，与塔顶喷淋在填料表面的脱硫液逆流接触吸收；脱硫富液经脱硫富液泵5加压在压力作用下进入再生槽10，同时利用自动吸入的空气对脱硫液进行再生，空气随脱硫液从喷射器尾管出来，自下而上与脱硫液再次逆流接触，使溶液中的硫化物、硫氢化物氧化为单质硫，并被上行的空气带到再生槽10上部液面形成硫泡沫，被氧化再生后的溶液从再生槽10的贫液溢流堰，利用静压差向下流，经脱硫贫液泵7抽出再打入脱硫吸收器2循环使用；
脱硫液氧化再生过程中产生的硫磺泡沫，利用位差从再生槽10自动溢流入泡沫堰，进入硫泡沫槽11，经硫泡沫泵12打入熔硫釜13，用熔硫釜13进行熔硫处理，产出单质硫，同时回收熔硫釜13溢出的清液到存液池14，储存回到系统继续使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、适用于基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫。
2、经计算，富液入再生槽管道阻力大于贫液入吸收器、吸收塔阻力，在吸收器、吸收塔前置阀门即可控制装置整体水力学循环，操作简单。
3、充分利用装置的水力学特性，使空气直接进入混合器与富液混合，简化工艺系统，减少设备投资。
4、优化水力学循环系统，双效备用泵减少设备投资。
5、用活性炭吸附H2S，氮气反吹解析H2S，吸收、解析操作简单，投资少，易操作。
6、吸收器与吸收塔互相连接，提高H2S吸收效率。
利用存液池回收装置区废水、熔硫釜清液、再生槽排放液，重复补给给再生槽，达到节能、减排的效果。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，包括与酸性气衔接的CO2净化器1，CO2净化器1包括A、B两台，型号、配置相同，间歇操作，内置活性炭吸收H2S，用热氮气反吹解析H2S。
CO2净化器1出口b的粗CO2气去液化，出口c出来的H2S气体与脱硫吸收器2的入口连接，且连接管路上设置有气液混合器一3，气液混合器一3的液体入口b与脱硫贫液泵7出口连接，脱硫吸收器2的出口a与脱硫富液泵5的入口连接，脱硫吸收器2与脱硫吸收塔4互相连接，脱硫吸收塔4对从脱硫吸收器2的出口b出来的气体进行二次吸收，脱硫吸收塔4顶部出口出来的粗CO2去液化，脱硫吸收塔4底部出口接脱硫吸收器2的入口c，回收吸收液，脱硫吸收塔4塔顶入口接脱硫贫液泵7。脱硫富液泵5的出口与再生槽10的入口d连接，再生槽10的入口d配有5个气液混合器二9，将从脱硫富液泵5出来的富液在再生槽10顶部平均分为5份，每个气液混合器二9的气体入口直接空气，当气液混合器二9中的富液下流时，管壁压力减小，空气从气液混合器二9气体入口进入与富液混合。再生槽10的出口b与脱硫贫液泵7连接，连接管路上设有催化剂溶解槽8，再生槽10的入口c接碱液液下泵17、清液回收液下泵15。碱液液下泵17入口接碱液配置槽16，碱液配置槽16接固碱入口a、除盐水入口b，固碱在碱液配置槽中溶解。清液回收液下泵15入口接存液池14，存液池14入口接装置区废水网、熔硫釜13顶部清液、再生槽10，存储液体。通过清液回收液下泵15补给再生槽10，当再生槽10需要释放液体时通过b出口排放至存液池，存液池与再生槽10形成存储补给关系，服务于再生槽10。
再生槽10的出口a与硫泡沫槽11的入口连接，硫泡沫槽11的出口与硫泡沫泵12的入口连接，硫泡沫泵12的出口与熔硫釜13的入口连接，熔硫釜13的出口a与存液池14连接，熔硫釜13底部的出口b产出硫磺产品。
脱硫贫液泵7的出口分为两支，一支去脱硫吸收器2的气液混合器一3的液体入口b，一支去脱硫吸收塔4的塔顶入口，脱硫吸收塔4塔底出口接脱硫吸收器2，脱硫吸收器2的顶部出口b接脱硫吸收塔4。
脱硫吸收器2与脱硫吸收塔4互相连接，脱硫吸收塔4对从脱硫吸收器2的b出口出来来的气体进行二次吸收，脱硫吸收塔4顶部排出的粗CO2去液化，脱硫吸收塔4底部出口接脱硫吸收器2的入口c。
脱硫吸收器2与脱硫吸收塔4入口分别配有阀门17和18，用以控制装置的水力学。
本发明还包括碱液配置槽16，碱液配置槽16配有固碱入口a、除盐水入口b，固碱在碱液配置槽中溶解，通过碱液液下泵17送入再生槽10。
本发明还包括双效备用泵6，其入口接脱硫吸收器2的富液出口a，及再生槽10的贫液出口b，出口接脱硫吸收器2的气液混合器一3的入口b、脱硫吸收塔4的塔顶入口及再生槽10的入口，既可以做脱硫富液泵5的备用泵，又可以做脱硫贫液泵7的备用泵。
基于上述系统，本发明基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫工艺过程如下：
酸性气首先进入CO2净化器1，过程中产生的H2S解析气送入吸收混合器一3。在吸收混合器一3中，酸气与一级脱硫贫液强化传质接触，进入脱硫吸收器2(一级)，气体再进入脱硫吸收塔4(二级)底部，与塔顶喷淋在填料表面的脱硫液逆流接触吸收。脱硫富液经脱硫富液泵5加压在压力作用下进入自吸空气喷射再生槽10，同时利用自动吸入的空气对脱硫液进行再生，空气随脱硫液从喷射器尾管出来，自下而上与脱硫液再次逆流接触，使溶液中的硫化物、硫氢化物氧化为单质硫，并被上行的空气带到再生槽10上部液面形成硫泡沫，被氧化再生后的溶液从再生槽10的贫液溢流堰，利用静压差向下流，经脱硫贫液泵7抽出再打入脱硫吸收器2循环使用。
脱硫液氧化再生过程中产生的硫磺泡沫，利用位差从再生槽10自动溢流入泡沫堰，进入硫泡沫槽11，经硫泡沫泵12打入熔硫釜13。用熔硫釜13进行熔硫处理，产出单质硫，同时回收熔硫釜13溢出的清液到存液池，储存回到系统继续使用。
气体中的H2S溶于脱硫液后，首先与脱硫液中的碱反应
H2S(气相)＝H2S(液相)
H2S+Na2CO3＝NaHS+NaHCO3
RSH+Na2CO3＝RSNa+NaHCO3
在催化剂作用下，生成的硫氢化钠又与溶液中的氧发生氧化析硫反应，生成单质硫和碳酸钠。在脱硫塔内由于带入氧含量不足，溶液中生成的单质硫是不多的，所以当溶液吸收了足量的硫化氢后，溶液就失去了继续吸收硫化氢的能力。
为恢复溶液吸收硫化氢的能力，就必须对溶液进行再生，再生过程主要发生氧化析硫反应：
NaHS+NaHCO3+1/2O3＝Na2CO3+H2O+S
2RSNa+2NaHCO3+1/2O3＝2Na2CO3+H2O+S
副反应:NaHS+2O3＝Na2S2O3+H2O
在空气与液相的相对剧烈运动下，析出的单质硫相互凝聚，并随上升气流浮出液面，离开循环脱硫液，从而使脱硫液又重新具有吸收硫化氢的能力。
在脱硫过程中PDS催化剂最本质的作用是将气体或液体中的氧迅速地结合在催化剂分子上，同时又迅速地促使结合的氧与液体中的硫氢化钠反应。使化合态的硫转化成单质硫。由于催化剂的这一作用，大大降低了化学反应的活化能，从而极大地加快了化学反应速度。

Claims (10)

1.一种基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，包括与酸性气衔接的CO2净化器(1)，CO2净化器(1)的H2S气体出口接气液混合器一(3)的气体入口，气液混合器一(3)的液体入口与脱硫贫液泵(7)的出口连接，气液混合器一(3)的出口接脱硫吸收器(2)的入口，脱硫吸收器(2)的出口接脱硫富液泵(5)的入口，脱硫吸收器(2)与脱硫吸收塔(4)互相连接，脱硫富液泵(5)的出口与再生槽(10)连接，再生槽(10)的贫液出口与脱硫贫液泵(7)连接且连接管路上设有催化剂溶解槽(8)，再生槽(10)的顶部出口接硫泡沫槽(11)的入口，硫泡沫槽(11)的出口接硫泡沫泵(12)的入口，硫泡沫泵(12)的出口与熔硫釜(13)的入口连接，熔硫釜(13)的清液出口接存液池(14)，熔硫釜(13)的底部出口产出硫磺产品。
2.根据权利要求1所述基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，所述脱硫贫液泵(7)与脱硫富液泵(5)采用相同功率及扬程。
3.根据权利要求1或2所述基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，还包括双效备用泵(6)，双效备用泵(6)的入口接脱硫吸收器(2)的富液出口以及再生槽(10)的贫液出口，出口接气液混合器一(3)的液体入口、脱硫吸收塔(4)的塔顶入口及再生槽(10)的入口，作为脱硫贫液泵(7)及脱硫富液泵(5)的备用泵。
4.根据权利要求1所述基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，富液由脱硫吸收器(2)入再生槽(10)的整体管道阻力大于贫液由再生槽(10)入脱硫吸收器(2)、脱硫吸收塔(4)的整体阻力，在脱硫吸收器(2)前设置阀门一(18)，脱硫吸收塔(4)前设置阀门二(19)，控制系统水力学循环。
5.根据权利要求1所述基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，所述存液池(14)入口接装置区废水网、熔硫釜(13)的顶部清液出口、再生槽(10)的排放液出口，通过清液回收液下泵(15)补给给再生槽(10)，存液池(14)与再生槽(10)形成存储补给关系，服务于再生槽(10)。
6.根据权利要求1所述基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，所述脱硫贫液泵(7)的出口分为两支，一支接气液混合器一(3)的液体入口，另一支接脱硫吸收塔(4)的塔顶入口，脱硫吸收塔(4)塔底出口接脱硫吸收器(2)，脱硫吸收器(2)的顶部出口接脱硫吸收塔(4)，脱硫吸收塔(4)对从脱硫吸收器(2)顶部出口排出的气体进行二次吸收，脱硫吸收塔(4)顶部排出的粗CO2去液化。
7.根据权利要求1所述基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，所述再生槽(10)的入口配有N个气液混合器二(9)，将从脱硫富液泵(5)出来的富液在再生槽(10)顶部平均的分为N份，每个气液混合器二(9)的气体入口直接空气，当气液混合器二(9)中的富液下流时，管壁压力减小，空气从气液混合器二(9)气体入口进入与富液混合。
8.根据权利要求1所述基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，所述CO2净化器(1)包括A、B两台，型号、配置相同，间歇操作，内置活性炭吸收H2S，用热氮气反吹解析H2S，送去脱硫吸收器(2)，净化的CO2气去液化。
9.根据权利要求1所述基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫系统，其特征在于，还包括碱液配置槽(16)，碱液配置槽(16)配有固碱入口和除盐水入口，固碱在碱液配置槽(16)中溶解，通过碱液液下泵(17)送入再生槽(10)，所述再生槽(10)为自吸空气喷射再生槽。
10.基于IGCC的燃烧前CO2捕集的脱硫工艺，其特征在于，酸性气首先进入CO2净化器(1)，过程中产生的H2S解析气送入吸收混合器一(3)，在吸收混合器一(3)中，酸气与一级脱硫贫液强化传质接触，进入脱硫吸收器(2)，气体再进入脱硫吸收塔(4)底部，与塔顶喷淋在填料表面的脱硫液逆流接触吸收；脱硫富液经脱硫富液泵(5)加压在压力作用下进入再生槽(10)，同时利用自动吸入的空气对脱硫液进行再生，空气随脱硫液从喷射器尾管出来，自下而上与脱硫液再次逆流接触，使溶液中的硫化物、硫氢化物氧化为单质硫，并被上行的空气带到再生槽(10)上部液面形成硫泡沫，被氧化再生后的溶液从再生槽(10)的贫液溢流堰，利用静压差向下流，经脱硫贫液泵(7)抽出再打入脱硫吸收器(2)循环使用；
脱硫液氧化再生过程中产生的硫磺泡沫，利用位差从再生槽(10)自动溢流入泡沫堰，进入硫泡沫槽(11)，经硫泡沫泵(12)打入熔硫釜(13)，用熔硫釜(13)进行熔硫处理，产出单质硫，同时回收熔硫釜(13)溢出的清液到存液池(14)，储存回到系统继续使用。
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