CN114292672A - 一种高含硫气体的变压湿法脱硫工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，以高含硫量气体作为脱硫对象，其在第一变脱塔中通过脱硫液以及脱硫活性材料球作为混合脱硫剂，将带水气的高含硫气体通入第一变脱塔并加压到2.5~2.7MPa进行脱硫，其脱硫效果好，脱硫比例高，可在第一变脱塔中实现大比例脱硫，并在经过第一变脱塔脱硫后进行水气分离后在第二变脱塔进行1.5~2.2MPa的湿法二次脱硫，并得到脱硫后的气体；而第一变脱塔和第二变脱塔在脱硫过程中排出的脱硫液贫液经过透平后送入闪蒸槽，再经闪蒸槽和喷射再生槽后再生，并通过脱硫泵泵回第一变脱塔和第二变脱塔内重新循环使用。本发明工艺简单，装置投资低，使用方便，清理维护容易，脱硫效率高且能实现脱硫再生一体。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域中的含硫气体的处理技术，具体为一种高含硫气体的变压湿法脱硫工艺。
背景技术
在煤化工技术领域中，需要脱硫工艺脱除原料气体中的硫化物、氨、二氧化碳等不利于后序生产的组分，特别是要脱除对后序正常有害的硫化物。来自气化工段的粗煤气经过加压、降温，被冷却至-20℃后从底部进入粗脱塔进行粗脱硫，气体中的大部分硫化氢被脱除，进入原料气压缩机，经加压后，送往变换工段，这部分气体被称为变化气，变换气虽经过粗脱硫，但是依然含有较多硫化物，这些硫化物对工业生产危害极大，会引起设备腐蚀、催化剂中毒失活的情况，尤其对合成氨工业的危害更大，需要进行脱除。
对于脱硫工艺，按照脱除硫化氢的脱硫剂的物态特征不同分为两类，即干法脱硫和湿法脱硫。其中，干法脱硫采用固体脱硫剂将气体中的硫化氢氧化转化为无害的固体单质硫和少量水，其硫容量大，脱硫精度高，但主要应用于深度脱硫阶段或者精脱硫阶段中对含硫量较低的气体进行净化处理，但不适用含硫量较高的变换气脱硫；目前，我国氮肥行业变换气脱硫工艺绝大多数采用湿式催化氧化法，湿法脱硫是利用特定的溶剂与气体逆流接触而脱除变换器中的硫化氢，然后溶剂通过再生后重新进入脱硫循环。同时，按照压力不同，脱硫工艺又分为常压脱硫和加压脱硫，国内常用的原料煤中低成本的三高煤比例较高，在燃烧过程中三高煤的煤气具有高硫、高灰、高熔点的特定，在外送气体压力较高的情况下，即使经过粗脱塔脱硫工序，其变换气中硫化氢含量依然能达到≥1000mg/Nm3；而对于另外一类出现在加压煤气化工艺中的高含硫变换气，这种高含硫变换气的煤气直接进行变换工序，没有了变换前的粗脱塔脱硫工序，这一类高硫变换气中的硫化氢含量甚至能达到2000~4000mg/Nm3，同时，由于加压变换气中二氧化碳含量也较高，在加压工况下气体流速低，若采用传统湿法脱硫工艺化学吸附法和氧化还原吸附法，则容易出现堵塔，影响脱硫再生以及后续工艺的持续顺畅进行。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，用于对高含硫的气体进行湿法脱硫，其含硫化氢500~4000mg/Nm3的高含硫量气体作为脱硫对象，具体包括以下操作步骤：
1）将作为脱硫对象的高含硫量气体加压到2.5~2.7MPa后通入第一变脱塔中，并采用混合脱硫剂作为第一变脱塔的脱硫剂，进行接触变脱；所述混合脱硫剂包括脱硫液以及脱硫活性材料球，脱硫液和脱硫活性材料球的添加质量比为3:1~5:1，且脱硫液的液面不高于脱硫活性材料球的直径的1/2；
其中，所述脱硫活性材料球为利用惰性材料制成直径为3~5cm的中空圆球，中空圆球的表面上开有均布直径为3~6mm的连通圆球内部空腔的连通孔，并在中空圆球内填充有铜锌脱硫催化剂，所述铜锌脱硫催化剂为碱式碳酸铜与碱式碳酸锌通过粘合剂混合后成型，其中，碱式碳酸铜的含量为30~40wt%，碱式碳酸锌的含量为12~15wt%；
2）将经过步骤1）处理的高含硫量气体进行泄压，并在泄压后进行水气分离，将进行水气分离后的高含硫量气体加压至1.5~2.2MPa后通入第二变脱塔中，并采用脱硫液作为脱硫剂，进行第二次接触变脱，变脱后的高含硫量气体经出口分离器分离泡沫后入清洗塔清洗后即得经过脱硫的气体；
3）其中第一变脱塔和第二变脱塔底部出液口排出的脱硫液贫液经过透平机进行能量回收后送入闪蒸槽，闪蒸二氧化碳气体后溶液进喷射再生槽，自吸空气进行溶液再生，再生后的脱硫液进入溶液循环槽，再经脱硫泵加压后循环脱硫，并将脱硫后的脱硫液重新泵回第一变脱塔和第二变脱塔内。
作为进一步限定，所述第二变脱塔以及所述第二变脱塔中采用的脱硫液中铁离子浓度为0.00005~0.0001mol/L、酚浓度为0.0001~0.0003mol/L，并添加有碳酸钠、偏钒酸钠、888系列脱硫催化剂以及水；脱硫液的整体pH值为7.2~8.7；且脱硫液中的铁化合物为EDTA铁、氧化铁、氧化亚铁、碳酸铁、碳酸亚铁、草酸铁、磺酸水杨酸铁中的一种或者组合，且铁化合物三价铁离子的比例应小于60%，而酚类物质为苯酚、萘酚、蒽酚、苯醌、萘醌、蒽醌中的一种或者组合。
作为进一步限定，所述脱硫活性材料球所采用的惰性材料为惰性氧化铝。
作为进一步限定，所述步骤3）中脱硫液贫液经过透平机回收能量后压力为0.4~0.7MPa。
作为进一步限定，所述步骤3）中闪蒸槽的闪蒸压力控制为0.5~0.6MPa。
有益效果：本发明的高含硫气体的变压湿法脱硫工艺较其他适应脱硫剂变化引起脱硫系统阻力增加的处理办法，有更低耗能，其气液接触充分，并在第一次脱硫过程中，通过对高含硫量气体进行加压，使其在第一变脱塔中与混合脱硫剂进行接触脱硫，其兼具湿法脱硫和干法脱硫的优势，从而提高效脱硫，从而在相同工况下，有效降低相关设备能耗，保证高含硫量气体的脱硫效率和脱硫效果，充分保证了装置稳定生产、安全生产的要求。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
对含硫化氢4000mg/Nm3的高含硫量气体进行处理，其处理时按照以下步骤进行：
实施例一：
在第一变脱塔中利用混合脱硫剂作为脱硫剂进行接触变脱，该混合脱硫剂包括脱硫液以及脱硫活性材料球，脱硫液和脱硫活性材料球的添加质量比为5:1，且脱硫液的液面不高于脱硫活性材料球的直径的1/2。
其中，脱硫液由铁化合物、酚类物质、碳酸钠、偏钒酸钠、888系列脱硫催化剂以及水组成，铁化合物为EDTA铁、氧化亚铁和碳酸铁的组合物，铁化合物三价铁离子的比例为56%，铁离子浓度为0.00005mol/L；而酚类物质为单酚类物质苯酚，其酚浓度为0.0001mol/L，硫液的整体pH值为7.2。脱硫活性材料球包括球体以及填充于球体中的填充料，所述球体为惰性氧化铝陶瓷球，其球体直径为4~5cm，内部中空，且中空部分的容积比为65%，中空圆球的表面上开有均布直径为5mm的连通圆球内部空腔的连通孔，这些连通孔在空圆球外表面上的占比为50%，而填充于球体内部的填充料为碱式碳酸铜与碱式碳酸锌通过粘合剂混合后填充并成型的铜锌脱硫催化剂，其中包括40wt%的碱式碳酸铜以及15wt%的碱式碳酸锌。
在气体流向方面，将上述待处理的高含硫量气体加压到2.5MPa并通入第一变脱塔中进行接触变脱并保持整个变脱过程；变脱完成后释压并将变脱气进行水气分离，将水气分离后的变换气在加压至1.5MPa后通入第二变脱塔中，并在第二变脱塔中采用第一变脱塔中的同种脱硫液作为脱硫剂进行第二次接触变脱，变脱后的变换气经出口分离器分离泡沫后入清洗塔清洗后即得经过脱硫的变换气。
而在液体流向方面，第一变脱塔和第二变脱塔底部出液口排出的脱硫液贫液经过透平机进行能量回收，脱硫液贫液经过透平机回收能量后压力为0.7MPa，送入闪蒸槽，在闪蒸槽的闪蒸压力控制为0.5MPa进行闪蒸，闪蒸掉二氧化碳气体后溶液进喷射再生槽，自吸空气进行溶液再生，再生后的脱硫液进入溶液循环槽，再经脱硫泵加压后循环脱硫，并将脱硫后的脱硫液重新泵回第一变脱塔和第二变脱塔内。
实施例二：
在第一变脱塔中利用混合脱硫剂作为脱硫剂进行接触变脱，该混合脱硫剂包括脱硫液以及脱硫活性材料球，脱硫液和脱硫活性材料球的添加质量比为3:1，且脱硫液的液面不高于脱硫活性材料球的直径的1/2。
其中，脱硫液由铁化合物、酚类物质、碳酸钠、偏钒酸钠、888系列脱硫催化剂以及水组成，铁化合物为碳酸亚铁、草酸铁、磺酸水杨酸铁的组合物，铁化合物三价铁离子的比例为50%，铁离子浓度为0.0001mol/L；而酚类物质为单酚类物质苯酚、萘酚与单醌类物质萘醌的混合物，其酚浓度为0.0003mol/L，硫液的整体pH值为8.5。脱硫活性材料球包括球体以及填充于球体中的填充料，所述球体为惰性氧化铝陶瓷球，其球体直径为4~5cm，内部中空，且中空部分的容积比为70%，中空圆球的表面上开有均布直径为6mm的连通圆球内部空腔的连通孔，这些连通孔在空圆球外表面上的占比为40%，而填充于球体内部的填充料为碱式碳酸铜与碱式碳酸锌通过粘合剂混合后填充并成型的铜锌脱硫催化剂，其中包括30wt%的碱式碳酸铜以及12wt%的碱式碳酸锌。
在气体流向方面，将上述待处理的高含硫量气体加压到2.7MPa并通入第一变脱塔中进行接触变脱并保持整个变脱过程；变脱完成后释压并将变脱气进行水气分离，将水气分离后的变换气在加压至2.2MPa后通入第二变脱塔中，并在第二变脱塔中采用第一变脱塔中的同种脱硫液作为脱硫剂进行第二次接触变脱，变脱后的变换气经出口分离器分离泡沫后入清洗塔清洗后即得经过脱硫的变换气。
而在液体流向方面，第一变脱塔和第二变脱塔底部出液口排出的脱硫液贫液经过透平机进行能量回收，脱硫液贫液经过透平机回收能量后压力为0.4MPa，送入闪蒸槽，在闪蒸槽的闪蒸压力控制为0.6MPa进行闪蒸，闪蒸掉二氧化碳气体后溶液进喷射再生槽，自吸空气进行溶液再生，再生后的脱硫液进入溶液循环槽，再经脱硫泵加压后循环脱硫，并将脱硫后的脱硫液重新泵回第一变脱塔和第二变脱塔内。
实施例三：
在第一变脱塔中利用混合脱硫剂作为脱硫剂进行接触变脱，该混合脱硫剂包括脱硫液以及脱硫活性材料球，脱硫液和脱硫活性材料球的添加质量比为4:1，且脱硫液的液面不高于脱硫活性材料球的直径的1/2。
其中，脱硫液由铁化合物、酚类物质、碳酸钠、偏钒酸钠、888系列脱硫催化剂以及水组成，铁化合物为氧化铁、氧化亚铁、碳酸铁、碳酸亚铁的组合物，铁化合物三价铁离子的比例为55%，铁离子浓度为0.00008mol/L；而酚类物质为单酚类物质萘酚、蒽酚与单醌类物质萘醌、蒽醌的混合物，其酚浓度为0.0002mol/L，硫液的整体pH值为8.0。脱硫活性材料球包括球体以及填充于球体中的填充料，所述球体为惰性氧化铝陶瓷球，其球体直径为4~5cm，内部中空，且中空部分的容积比为65%，中空圆球的表面上开有均布直径为6mm的连通圆球内部空腔的连通孔，这些连通孔在空圆球外表面上的占比为45%，而填充于球体内部的填充料为碱式碳酸铜与碱式碳酸锌通过粘合剂混合后填充并成型的铜锌脱硫催化剂，其中包括35wt%的碱式碳酸铜以及14wt%的碱式碳酸锌。
在气体流向方面，将上述待处理的高含硫量气体加压到2.6MPa并通入第一变脱塔中进行接触变脱并保持整个变脱过程；变脱完成后释压并将变脱气进行水气分离，将水气分离后的变换气在加压至1.8MPa后通入第二变脱塔中，并在第二变脱塔中采用第一变脱塔中的同种脱硫液作为脱硫剂进行第二次接触变脱，变脱后的变换气经出口分离器分离泡沫后入清洗塔清洗后即得经过脱硫的变换气。
而在液体流向方面，第一变脱塔和第二变脱塔底部出液口排出的脱硫液贫液经过透平机进行能量回收，脱硫液贫液经过透平机回收能量后压力为0.6MPa，送入闪蒸槽，在闪蒸槽的闪蒸压力控制为0.55MPa进行闪蒸，闪蒸掉二氧化碳气体后溶液进喷射再生槽，自吸空气进行溶液再生，再生后的脱硫液进入溶液循环槽，再经脱硫泵加压后循环脱硫，并将脱硫后的脱硫液重新泵回第一变脱塔和第二变脱塔内。
上述实施例在不同阶段的硫化氢的脱除比例进行归结，并以传统湿法的两级变脱塔脱除4000mg/Nm3的高含硫量气体的硫化氢的脱除比例作为对比例制表如下：
| 项目 | 第一变脱塔后脱除比例 | 第二变脱塔后脱除比例 | 脱硫液贫液再生效果比例 |
| 实施例一 | 74% | 94% | 87% |
| 实施例二 | 76% | 95% | 86% |
| 实施例三 | 82% | 96% | 88% |
| 对比例 | 60% | 78% | 88% |
由上表可以看出，本发明的实施例的高含硫气体的变压湿法脱硫工艺在将含硫化氢比例较高的高含硫量气体作为脱硫对象时具有较佳的脱硫效果，其脱硫效果要明显优于传统技术的湿法两级变脱塔脱硫效果，同时，对脱硫液的损耗较小，仅需要定期更换脱硫活性材料球即可。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，以含硫化氢500~4000mg/Nm3的高含硫量气体作为脱硫对象，其特征在于，包括以下操作步骤：
1）将作为脱硫对象的高含硫量气体加压到2.5~2.7MPa后通入第一变脱塔中，并采用混合脱硫剂作为第一变脱塔的脱硫剂，进行接触变脱；所述混合脱硫剂包括脱硫液以及脱硫活性材料球，脱硫液和脱硫活性材料球的添加质量比为3:1~5:1，且脱硫液的液面不高于脱硫活性材料球的直径的1/2；
其中，所述脱硫活性材料球为利用惰性材料制成直径为3~5cm的中空圆球，中空圆球的表面上开有均布直径为3~6mm的连通圆球内部空腔的连通孔，并在中空圆球内填充有铜锌脱硫催化剂，所述铜锌脱硫催化剂为碱式碳酸铜与碱式碳酸锌通过粘合剂混合后成型，其中，碱式碳酸铜的含量为30~40wt%，碱式碳酸锌的含量为12~15wt%；
2）将经过步骤1）处理的高含硫量气体进行泄压，并在泄压后进行水气分离，将进行水气分离后的高含硫量气体加压至1.5~2.2MPa后通入第二变脱塔中，并采用脱硫液作为脱硫剂，进行第二次接触变脱，变脱后的高含硫量气体经出口分离器分离泡沫后入清洗塔清洗后即得经过脱硫的气体；
3）其中第一变脱塔和第二变脱塔底部出液口排出的脱硫液贫液经过透平机进行能量回收后送入闪蒸槽，闪蒸二氧化碳气体后溶液进喷射再生槽，自吸空气进行溶液再生，再生后的脱硫液进入溶液循环槽，再经脱硫泵加压后循环脱硫，并将脱硫后的脱硫液重新泵回第一变脱塔和第二变脱塔内。
2.根据权利要求1所述的高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，其特征在于，所述第二变脱塔以及所述第二变脱塔中采用的脱硫液中铁离子浓度为0.00005~0.0001mol/L、酚浓度为0.0001~0.0003mol/L，并添加有碳酸钠、偏钒酸钠、888系列脱硫催化剂以及水。
3.根据权利要求1所述的高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，其特征在于，所述脱硫液的整体pH值为7.2~8.7。
4.根据权利要求2所述的高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，其特征在于，所述脱硫液中采用的铁化合物为EDTA铁、氧化铁、氧化亚铁、碳酸铁、碳酸亚铁、草酸铁、磺酸水杨酸铁中的一种或者组合，且所述铁化合物三价铁离子的比例小于60%。
5.根据权利要求2所述的高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，其特征在于，所述脱硫液中采用的酚类物质为苯酚、萘酚、蒽酚、苯醌、萘醌、蒽醌中的一种或者组合。
6.根据权利要求1所述的高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，其特征在于，述脱硫活性材料球所采用的惰性材料为惰性氧化铝。
7.根据权利要求1所述的高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，其特征在于，所述步骤3）中脱硫液贫液经过透平机回收能量后压力为0.4~0.7MPa。
8.根据权利要求1所述的高含硫气体的变压湿法脱硫工艺，其特征在于，所述步骤3）中闪蒸槽的闪蒸压力控制为0.5~0.6MPa。
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2021
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