CN110479092A - 一种多功能一体化湿法脱硫装置及工艺 - Google Patents

一种多功能一体化湿法脱硫装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多功能一体化湿法脱硫装置及工艺，所述装置包括高效反应器、脱硫塔和基座，所述高效反应器安装于所述脱硫塔进气口前外挂塔体侧壁上，所述脱硫塔包括气液分离器、吸收脱硫段、富液槽段和贫液槽段、除沫器等，所述工艺包括高效反应器脱硫、气液分离、吸收脱硫、净化气除沫和富液再生五个步骤。解决了现有常规脱硫技术中所存在的设备投资大、电耗高、运行成本高、占地面积大的问题，还具有脱硫液硫容高、脱硫效率高的优势。

Description

一种多功能一体化湿法脱硫装置及工艺
技术领域
本发明属于脱硫技术领域，尤其涉及一种多功能一体化湿法脱硫装置及工艺。
背景技术
煤炭分级分质利用是煤炭深加工的途径之一，而煤热解是煤炭分级分质利用的龙头。煤热解也称煤干馏或热分解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，把煤里面的焦油和煤气蒸发出来，得到焦油、煤气、半焦（兰炭）的过程。生产的煤焦油、兰炭和煤气，可进一步加工成燃料油和高端化学品，实现分质利用。
煤炭根据硫含量的多少可分为低硫煤（＜1.0wt%）、中硫煤（1.0~2.0wt%）、中高硫煤（2.0~3.0wt%）和高硫煤（＞3.0wt%）。煤炭热解后，45~65%的硫被固定在固态煤焦中，15~25%的硫进入到液态煤焦油中，另外15~25%的硫进入到气态热解产物煤气中。煤热解过程产生的煤气中含有大量氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳以及少量C2以上组分、杂质（焦油、苯、萘、氨等），另外伴随煤热解产生的焦油需要进一步加氢获得高品质燃料油、化学品等。煤气中硫以H2S为主，还含有少量有机硫如羰基硫、二硫化碳、甲基硫等。这些形态硫的存在对管道设备造成腐蚀而且会造成各种合成催化剂中毒，为确保煤气的后续加工处理利用，必须将煤气中的硫加以脱除。
针对煤气中硫组分特点，目前常用的湿法脱硫，尤以碳酸钠碱液法（包括氨水法）湿法脱硫为主，能够将硫脱至100mg/Nm3以下，通过在脱硫液中添加特定催化剂成分，最低可脱至20mg/Nm3以下。常规的碳酸钠碱液法（包括氨水法）脱硫设备包括吸收塔、氧化再生塔、富液槽、贫液槽、硫泡沫槽、熔硫釜等，由于煤气量一般较大，特别是对于高浓度的含硫煤气，常规填料吸收塔传质效率不高，使得这些设备尺寸均较大，整个装置的占地面积较大，而且富液硫容低、脱硫液再生循环量大，需要使用输送泵进行大量中转，由此产生大量电能消耗，导致整套碳酸钠碱液法（包括氨水法）湿法脱硫装置的设备投资大、运行成本高。为此，我们急需提出一种多功能一体化湿法脱硫装置及工艺来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种占地面积小、设备投资小、运行成本低、脱硫效率高的多功能一体化湿法脱硫装置及工艺。
本发明采用以下方案实现：
一种多功能一体化湿法脱硫装置，包括高效反应器、脱硫塔和基座，脱硫塔固定安装于所基座上方，高效反应器外挂安装于脱硫塔的进气口端侧壁上，且高效反应器与脱硫塔的连接处设置有位于塔内的进口气液分离器，高效反应器顶部设有含硫气体入口，内部安装有喷嘴，喷嘴液体入口端与高效反应器脱硫液入口相连；脱硫塔内部从顶部至底部依次设置脱硫净化器出口、除沫器、吸收脱硫段、富液槽段和贫液槽段，脱硫塔的顶部侧壁上设置贫液入口，富液槽段的侧壁上设置富液出口，贫液槽段侧壁上设置贫液槽段入口和贫液槽段出口。
进一步的，该装置还包括设置在富液槽段侧壁上的富液槽段液位计和设置在贫液槽段侧壁上的贫液段液位计。
进一步的，所述吸收脱硫段设置吸收脱硫I段，吸收脱硫I段内装填有增强气液传质的填料。
进一步的，所述吸收脱硫段设置吸收脱硫I段和吸收脱硫II段，吸收脱硫II段内装填有增强气液传质的填料。
进一步的，所述增强气液传质的填料为散装填料或规整填料。
进一步的，所述吸收脱硫I段和吸收脱硫II段的分界处设置有气液再分布器。
进一步的，所述吸收脱硫I段和吸收脱硫II段的高度比例为1:1~1:4，最好是1:2。
进一步的，所述喷嘴为1层或2层。
进一步的，所述喷嘴安装角度为45°~120°，最好是90°。
本发明的另一技术方案：一种多功能一体化湿法脱硫工艺，包括以下步骤：
高效反应器脱硫：需脱硫的气体从含硫气体入口进入高效反应器，脱硫液从高效反应器脱硫液入口进入高效反应器内的喷嘴向上喷出形成分子泡沫区，与自上而下的含硫气体形成气液两相高速逆向呈湍流质的接触、反应，随后气液两相顺流流动，再一次进行湍流混合的吸收脱硫反应，完成粗脱硫过程。
气液分离：高效反应器出来的气液混合物进入脱硫塔内的进口气液分离器，进行气液分离，分离出的气体继续向上流动，液体则向下流动进入富液槽段。
吸收脱硫：来自进口气液分离器的气体进入吸收脱硫段（I段或I段+II段）与从贫液入口进入脱硫液逆流接触，继续进行脱硫反应，使气体中的硫组分反应完全，反应后的净化气继续向上升至除沫器。
净化气除沫：携带有雾状液滴的净化气进入除沫器中，将雾状液滴分离除去，最后净化气从塔顶的脱硫净化器出口送出至下游工段。
富液再生：脱硫塔的富液槽段的富液出口处于高位，来自进口气液分离器的富液可直接流至低位再生槽，从而无需设置富液泵，富液在再生槽内转化为贫液，并送去脱硫塔的贫液槽段，贫液经贫液泵输送至脱硫塔的贫液入口，与来自进口气液分离器的气体逆流接触反应脱硫，反应后的的半贫液，由高效反应器脱硫液泵加压送到高效反应器中循环使用，实现吸收脱硫—富液再生循环工艺过程。
进一步的，所述高效反应器使用的脱硫液可以为贫液或半贫液，脱硫效率为30~60%。
进一步的，所述脱硫液和贫液中含有DKT-6催化剂。
进一步的，所述脱硫塔的空塔气速为液泛速度的40~80%。
通过以上工艺步骤，实现含硫气体的一体化高效湿法脱硫过程，总脱硫效率为95~99.99%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过将高效反应器、气液分离器、除沫器、吸收脱硫段、气液再分布器、富液槽、贫液槽等融为一体，整体结构紧凑，设备整合为一体、占地大大地减少；气流流动畅通，阻力降小，节能降耗，且各部件公用率高，节省了大量材料，设备投资更省。
2、本发明设置了高效反应器，利用其特殊结构，内部的喷嘴喷出的脱硫液形成泡沫状区域，增大了气液接触面积，大幅提高了脱硫效率，最大限度地提高了脱硫液的硫容。
3、本发明利用脱硫半贫液循环进行反应，达到提高脱硫富液的硫容，减少了大流量低硫容的脱硫富液再生及贫液的循环量，使脱硫液泵的再生流量及贫液量减少，从而电机功率减小，运行能耗更低。
4、本发明的富液槽段部位的富液出口处于高位，富液可直接进低位再生槽，从而节省了富液泵，降低了电耗，运行能耗更低。
附图说明
图1为本发明实施例中的多功能一体化湿法脱硫装置示意图。
图中：1为含硫气体入口，2为高效反应器，3为高效反应器脱硫液入口，4为喷嘴，5为进口气液分离器，6为吸收脱硫I段，7为气液再分布器，8为吸收脱硫II段，9为除沫器，10为脱硫净化气出口，11为贫液入口，12为脱硫塔，13为富液槽段，14为富液槽段液位计，15为富液出口，16为贫液槽段入口，17为贫液槽段，18为贫液槽段出口，19为贫液槽段液位计，20为基座。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参考图1，一种多功能一体化湿法脱硫装置，包括高效反应器2、脱硫塔12和基座20，脱硫塔12固定安装于基座20上方，高效反应器2外挂安装于所述脱硫塔12的进气口端侧壁上，且高效反应器2与脱硫塔的连接处设置有位于塔内的进口气液分离器5，高效反应器2顶部设有含硫气体入口1，内部安装喷嘴4（喷嘴4为2层，安装角度为90°），喷嘴4液体入口端与高效反应器脱硫液入口3相连；所述脱硫塔12内部从顶部至底部依次设置脱硫净化器出口10、除沫器9、吸收脱硫II段8（装填有轻瓷填料XA-1）、气液再分布器7、吸收脱硫I段6（吸收脱硫I段6与吸收脱硫II段的高度比为1:2）、富液槽段13和贫液槽段17，脱硫塔的顶部侧壁上设置贫液入口11，所述富液槽段的侧壁上设置富液槽段液位计14和富液出口15，所述贫液槽段侧壁上设置贫液槽段入口16、贫液槽段出口18和贫液段液位计19。
本发明所提供的多功能一体化脱硫工艺，包括以下步骤：
高效反应器脱硫：需脱硫的气体从含硫气体入口1进入高效反应器2，脱硫液从高效反应器脱硫液入口3进入高效反应器内的喷嘴4向上喷出形成分子泡沫区，与自上而下的含硫气体形成气液两相高速逆向呈湍流质的接触、反应，随后气液两相顺流流动，再一次进行湍流混合的吸收脱硫反应，完成粗脱硫过程。
气液分离：高效反应器2出来的气液混合物进入脱硫塔12内的进口气液分离器5，进行气液分离，分离出的气体继续向上流动，液体则向下流动进入富液槽段13。
吸收脱硫：来自进口气液分离器5的气体进入吸收脱硫I段6与从吸收脱硫II段8来的贫液逆流接触，继续进行脱硫反应，未反应完的含硫气体继续向上流动，经过气液再分布器7，在吸收脱硫II段8与来自贫液入口11的贫液逆流接触，继续进行脱硫反应，使气体中的硫组分反应完全，反应后的净化气继续向上升至气体除雾段。
净化气除沫：携带有雾状液滴的净化气进入除沫器9中，将雾状液滴分离除去，最后净化气从塔顶的脱硫净化器出口10送出至下游工段。
富液再生：脱硫塔的富液槽段13的富液出口15处于高位，来自进口气液分离器5的富液可直接流至低位再生槽，从而无需设置富液泵，富液在再生槽内转化为贫液，并送去脱硫塔的贫液槽段17，贫液经贫液泵输送至脱硫塔的贫液入口11，与来自进口气液分离器5的气体逆流接触反应脱硫，反应后的的半贫液，由高效反应器脱硫液泵加压送到高效反应器2中循环使用，实现吸收脱硫—富液再生循环工艺过程。
进一步的，所述高效反应器使用的脱硫液可以为贫液。
进一步的，所述脱硫液中含有DKT-6催化剂。
进一步的，所述脱硫塔的空塔气速为液泛速度的40~80%。
通过以上工艺步骤，实现含硫气体的一体化高效湿法脱硫过程。
利用本发明实施例的多功能一体化湿法脱硫装置及工艺，原料兰炭荒煤气的工况条件规格和脱硫效率如下所示。
（1）兰炭荒煤气规格
兰炭荒煤气气量：120000Nm3/h
兰炭荒煤气进脱硫装置压力：19.6kPa.G
兰炭荒煤气进脱硫装置气体温度：55~75℃
表1 兰炭荒煤气气体组分表
。
表2 兰炭荒煤气杂质含量（mg/Nm3）
。
（2）脱硫液量、高效反应器脱硫效率及总脱硫效率
高效反应器脱硫液量350m3/h，脱硫塔吸收段脱硫贫液量1100m3/h。
脱硫塔前高效反应器脱硫效率实际达到50%、总的脱硫效率为98.7%。
（3）脱硫后净化煤气组成（H2S含量）
脱硫后净化煤气中H2S含量：≤20mg/m³
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多功能一体化湿法脱硫装置，其特征在于，该装置包括高效反应器（2）、脱硫塔（12）和基座（20），所述脱硫塔（12）固定安装于所述基座（20）上方，所述高效反应器（2）外挂安装于所述脱硫塔（12）的进气口端侧壁上，且高效反应器（2）与脱硫塔的连接处设置有位于塔内的进口气液分离器（5），所述高效反应器（2）顶部设有含硫气体入口（1），内部安装有喷嘴（4），喷嘴（4）液体入口端与高效反应器脱硫液入口（3）相连；所述脱硫塔（12）内部从顶部至底部依次设置脱硫净化器出口（10）、除沫器（9）、吸收脱硫段、富液槽段（13）和贫液槽段（17），所述脱硫塔的顶部侧壁上设置贫液入口（11），所述富液槽段（13）的侧壁上设置富液出口（15），所述贫液槽段（17）侧壁上设置贫液槽段入口（16）和贫液槽段出口（18）。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括设置在富液槽段（13）侧壁上的富液槽段液位计（14）和设置在贫液槽段（17）侧壁上的贫液段液位计（19）。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收脱硫段设置吸收脱硫I段（6），吸收脱硫I段（6）内装填有增强气液传质的填料。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收脱硫段设置吸收脱硫I段（6）和吸收脱硫II段（8），收脱硫II段（8）内装填有增强气液传质的填料。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述吸收脱硫I段（6）和吸收脱硫II段（8）的分界处设置有气液再分布器（7）。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴（4）为1层或2层。
7.一种采用如权利要求1-6任意一项所述装置的多功能一体化湿法脱硫工艺，其特征在于，包括以下步骤：
高效反应器脱硫：需脱硫的气体从含硫气体入口（1）进入高效反应器（2），脱硫液从高效反应器脱硫液入口（3）进入喷嘴（4）向上喷出形成分子泡沫区，与自上而下的含硫气体形成气液两相高速逆向呈湍流质的接触、反应，随后气液两相顺流流动，再一次进行湍流混合的吸收脱硫反应，完成粗脱硫过程；
气液分离：高效反应器（2）出来的气液混合物进入脱硫塔（12）内的进口气液分离器（5），进行气液分离，分离出的气体继续向上流动，液体则向下流动进入富液槽段（13）；
吸收脱硫：来自进口气液分离器（5）的气体进入吸收脱硫段与从贫液入口（11）进入脱硫液逆流接触，继续进行脱硫反应，反应后的净化气继续向上升至除沫器（9）；
净化气除沫：携带有雾状液滴的净化气进入除沫器（9）中，将雾状液滴分离除去，最后净化气从塔顶的脱硫净化器出口（10）送出至下游工段；
富液再生：来自进口气液分离器（5）的富液通过富液出口（15）直接流至低位再生槽，在再生槽内转化为贫液，并送去脱硫塔的贫液槽段（17），贫液经贫液泵输送至脱硫塔的贫液入口（11），与来自进口气液分离器（5）的气体逆流接触反应脱硫，反应后的的半贫液，由高效反应器脱硫液泵加压送到高效反应器（2）中循环使用。
8.如权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述的脱硫液中含有DKT-6催化剂。
9.如权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述脱硫塔（12）的空塔气速为液泛速度的40~80%。
10.用于实现权利要求7-9任意一项所述多功能一体化湿法脱硫工艺的装置。
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