CN204325296U - 一种煤气脱硫装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种煤气脱硫装置，利用三种气体酸性、溶解性的差异，先用Na₂CO₃或MgO等溶解性的碱性洗涤液快速洗涤煤气中的SO₂，再由具有选择性吸收洗涤能力的超重力床，以Na₂CO₃或NH₃H₂O等为碱源，以湿式催化氧化法洗涤去除H₂S，最终达到脱硫的目的。采用文丘里塔、旋转填料床、喷射再生器等主要反应设备并运用各设备的特殊性能选择性的吸收H₂S、SO₂气体，实现了煤气的脱硫过程。同时降低了系统碱耗和能耗。脱硫效果好，成本低、难度小，同时还能回收成品硫，保护环境。若还需进一步脱除CO₂，可用吸附解析方法去除。

Description

一种煤气脱硫装置

技术领域

本实用新型涉及一种含H₂S、SO₂、CO₂等杂质成分的煤气、天然气、页岩气等燃料或原料气的净化处理设备、尤其是涉及一种半焦煤气的净化处理装置。

背景技术

煤气天然气等原料、燃料气有着广泛的应用方式，主要有：作为原料气生产其他化工产品、生产特殊钢材、作为燃料用于煤气蒸汽轮机发电、金属镁造气、煤焦油加工、煅烧石灰、机砖、砌块、固碱、燃气涡轮机发电、内燃机发电、制甲醇、城市供气等。不管是哪种利用方式，都要进行脱硫，根据脱硫的位置可分为前脱硫和后脱硫。

1后脱硫

这里所说的后脱硫指的是煤气利用完后再对产生的废气、烟气进行脱硫，如先将煤气用来发电，然后对发电后产生的烟气脱硫，这时因燃烧后H₂S转化为SO₂，所以后脱硫处理的对象是烟气，主要脱硫的是SO₂。此方法必须是煤气作为燃料燃烧后进行，对于煤气作为原料气生产其他化工产品的工艺不适合。

2前脱硫

前脱硫是指煤气先进行脱硫后再进入后续利用工序，如先对煤气进行脱硫，再将脱硫后的煤气来发电、制金属镁或其他利用等。前脱硫处理的对象是煤气，主要脱去的是煤气中的H₂S和SO₂。

3前脱硫和后脱硫比较

煤气燃烧后体积比燃烧前大7～10倍，因此，后脱硫所需处理的气体量较前脱硫大，所需设备也较前脱硫大；第二，对于需利用煤气作为原料气的工艺，不能采用后脱硫；第三，后脱硫时煤气中含有的酸性气体对设备、管道会造成伤害，因此，尽可能采用前脱硫处理煤气脱硫。

国家环保标准的一再提高，要求煤气、天然气、炼焦行业需进一步优化工艺，提高净化水平，H₂S浓度要求由原来的200mg/m³提高到20mg/m³。未来可能要求更高，小于5mg/m³。对于炼焦行业中的半焦煤气，由于其煤气成分特殊，同时含有H₂S、SO₂、CO₂等酸性气体，如果采用高温炼焦煤气净化工艺的处理技术，不能达到排放要求。

1兰炭煤气成分分析

半焦也称兰炭，其发生炉的原理与高温炼焦不高，因部分煤气回炉二次燃烧致使兰炭煤气组成比高温干馏的焦炉煤气复杂，主要杂质含有H₂S、SO₂、CO₂、N_xO等。

兰炭焦炉生产的煤气热值低，约为1609～2017kcal/Nm³，煤气中NH₃的含量较低、H₂S和SO₂的含量也低，但CO₂含量较大，因此，对这种煤气进行脱硫是在高CO₂浓度下进行脱H₂S和SO₂的工艺。

上述三种气体中，SO₂的酸性最强，因H₂S和CO₂都是二元弱酸，它们的酸性主要以一次电离为主，H₂S的一次电离常数小于CO₂一次的电离常数，即H₂S的酸性比CO₂弱，所以如果采用传统的高温干馏煤气脱H₂S的工艺时，由于CO₂的存在会对脱硫效果产生影响。研究发现，H₂S的溶解性比CO₂强，反应时间在5s内时CO₂的影响可以忽略，但是超过5s后，CO₂的影响会超来超强，消耗碱液量增大，致使脱硫效果明显降低。因此采用传统的煤气脱硫工艺对兰炭煤气进行脱硫达不到理想的效果。

2传统煤气脱硫工艺用于兰炭脱硫的比较

2.1湿式催化氧化工艺

湿式催化氧化工艺是目前我国焦化行业的主要煤气脱硫工艺，是在催化剂的作用下，利用煤气中的氨或外加碳酸钠为碱源吸收煤气中的H₂S的工艺。吸收H₂S后的脱硫液送再生部分进行氧化再生，将吸收的H₂S析出形成硫单质，以硫泡沫的形式自流去泡沫槽，再进行离心或熔融处理，生成生硫或熟硫。通常湿式催化氧化工艺有PDS、栲胶、HPF、FRC等；脱硫设备形式有高塔再生工艺、再生槽再生工艺、一塔式脱硫再生工艺、一塔半式脱硫再生工艺等。

采用湿式催化氧化工艺用于兰炭煤气脱硫时，脱硫液在吸收煤气中的H₂S的同时会与煤气中的SO₂反应，生成(NH₃)₂SO₃或Na₂SO₃，其无法在再生槽或再生塔内与氧气发生反应将脱硫富液再生成NH₃·H₂O或Na₂CO₃溶液，反而会生成(NH₃)₂SO₄或Na₂SO₄等副盐，因此，由于SO₂的存在，脱硫液再生效果大大减小，脱硫液的消耗量大大增加，要保持相同的吸收效果，必须连续向系统中补加更多的新鲜脱硫碱液。

另外，由于湿式催化氧化法脱硫采用的填料塔塔速通常为0.4～0.6m/s，吸收段高度约15m，反应时间远大于5s，CO₂的影响非常大，会消耗部分脱硫碱液，使脱硫效果降低。

因此，将高温焦炉煤气脱硫的湿式催化氧化法应用于兰炭煤气脱硫是行不通的，需对其进行调整，去除SO₂和CO₂的干扰。

2.2吸收解吸工艺

常用的吸收解吸法有醇胺法、真空碳酸盐法、AS法等，是利用吸收液与煤气逆流接触，吸收煤气中的H₂S，吸收H₂S后的脱硫富液送再生设备中解吸再生，生成的贫液送脱硫塔循环吸收煤气中的H₂S，产生的酸性气体去制酸设备，生产硫酸。

因兰炭煤气中含有SO₂、CO₂和O₂，会消耗大量的循环脱硫液，且使生成的亚硫酸物氧化成硫酸物，副盐生成量加大；大量的CO₂存在使解吸酸气中H₂S的浓度降低，增大制酸的成本和难度，需进行选择性的吸收H₂S，因此，吸收解吸工艺应用于兰炭脱硫也是有问题的。

2.3干法脱硫

干法工艺是利用固体吸附剂脱除煤气中的硫化氢和有机硫，脱硫的净化度较高，适用于低含硫气体处理，多用于精脱硫，操作简单可靠，目前常用的脱硫剂为价廉的氧化铁，而其他如活性炭、分子筛、氧化锰、氧化锌等脱硫剂都较昂贵，较少使用；对于相同煤气处理量，干法脱硫的设备庞大，脱硫剂更换频繁，消耗量大，不易再生，致使操作费用增高，劳动强度大，同时不能回收成品硫，废脱硫剂、废气、废水严重污染环境，因此一般气量大于20000Nm³/h的煤气不考虑干法脱硫工艺。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种煤气脱硫装置，利用三种气体酸性、溶解性的差异，先用Na₂CO₃或MgO等溶解性的碱性洗涤液在文丘里塔中快速洗涤煤气中的SO₂，再由具有选择性吸收洗涤能力的超重力床，以Na₂CO₃或NH₃H₂O等为碱源，以湿式催化氧化法洗涤去除H₂S，最终达到脱硫的目的。脱硫效果好，成本低、难度小，同时还能回收成品硫，保护环境。

本实用新型的技术方案是：一种煤气脱硫装置，包括文丘里塔、循环液池、旋转填料床、富液槽、喷射再生器、再生槽、贫液及H₂S洗涤槽；

所述文丘里塔底部设置有原煤气进口、中部为文丘里区、顶部为喷淋层；所述喷淋层内部设置有第一碱性洗涤液，喷淋层侧壁开口连接洗涤液自流管道，所述洗涤液自流管道上设置有SO₂洗涤循环泵和废液出口、且另一端连通至循环液池；

所述循环液池上设置有第一碱液进液管，内部设置有氧化装置，氧化装置上设置有氧化空气进气管；

所述文丘里塔顶部出气口管道连接至旋转填料床的进气口，旋转填料床的出气口管道连接至外部设备，旋转填料床的富液出口管道连接至富液槽；

所述富液槽的出液口通过富液循环泵管道连接至喷射再生器的进液口，所述喷射再生器上设置有空气自吸口，富液与自吸的空气反应后的混合液经喷射再生器的出液口输送至再生槽中；

所述再生槽顶部设置有液位调节器和硫泡沫出口，液位调节器的出液口管道连接至贫液及H₂S洗涤槽，所述贫液及H₂S洗涤槽的出液口通过贫液及H₂S洗涤泵管道连接至旋转填料床的进液口，且所述贫液及H₂S洗涤槽上设置有第二碱液进液管；

所述硫泡沫出口连接至去硫泡沫处理系统。

进一步的，所述文丘里区包括若干个并排的中间留有空隙的文丘里式圆管。形成了上下空隙较大，中间较窄的文丘里现象，从而产生文丘里效应。同时上层由喷嘴喷淋，形成雾化区，进一步提高反应效果。

进一步的，所述喷射再生器为文丘里喷射管。喷射效果好。

本实用新型的煤气脱硫工艺方法，具体步骤如下：

(1)原煤气通过原煤气进口进入文丘里塔底部，向上经过文丘里区加速后与喷淋层喷淋下来的第一碱性洗涤液反应，反应后脱除气体中的SO₂，生成亚硫酸盐，带有亚硫酸盐的洗涤液通过洗涤液自流管道自流到循环液池，再由SO₂洗涤循环泵加压送入到文丘里塔循环喷淋；

(2)循环液池中设置氧化装置，氧化空气通过氧化空气进气管进入氧化装置，将亚硫酸盐氧化为硫酸盐，当循环液池中的硫酸盐浓度达到设定值时，通过废液出口排出，同时通过第一碱液进液管向循环液池中加入第一碱性洗涤液；

(3)经过文丘里塔洗涤去除SO₂的煤气通过顶部出气口输送至旋转填料床内，经过旋转填料床旋转产生的超重力反应区与贫液及H₂S洗涤泵送到的第二碱性洗涤液反应，洗涤吸收煤气中的H₂S，净化后的煤气由旋转填料床的出气口输送至外部设备；

(4)由旋转填料床吸收H₂S后的富液自流到富液槽，再由富液循环泵送入喷射再生器，H₂S反应富液经喷射再生器混合自吸空气反应后的富液在再生槽中进一步反应再生，再生后的贫液经再生槽顶液位调节器自流到贫液及H₂S洗涤槽，由贫液及H₂S洗涤泵送入旋转填料床循环洗涤；

(5)脱硫富液再生反应产生的硫泡沫由再生槽顶部的硫泡沫出口输送至硫泡沫处理系统，生产生硫或硫磺；

(6)随着反应的进行，系统中的碱浓度不断降低，通过第二碱液进液管向贫液及H₂S洗涤槽中加入第二碱性洗涤液。

步骤(3)中净化后的煤气输送至外部设备，若需对净化后的煤气进一步脱除CO₂，可采用吸附解析的方法去除。

所述第一碱性洗涤液为Na₂CO₃、MgO、Ca(OH)₂、CaCO₃或NH₃H₂O。

所述第二碱性洗涤液为Na₂CO₃或NH₃H₂O。

本实用新型的有益效果是：提供一种煤气脱硫装置，利用三种气体酸性、溶解性的差异，先用Na₂CO₃或MgO等溶解性的碱性洗涤液在文丘里塔中快速洗涤煤气中的SO₂，再由具有选择性吸收洗涤能力的超重力床，以Na₂CO₃或NH₃H₂O等为碱源，以湿式催化氧化法洗涤去除H₂S，最终达到脱硫的目的。采用文丘里塔、旋转填料床、喷射再生器等主要反应设备并运用各设备的特殊性能选择性的吸收H₂S、SO₂气体，实现了煤气的脱硫过程。同时降低了系统碱耗和能耗。脱硫效果好，成本低、难度小，同时还能回收成品硫，保护环境。若还需进一步脱除CO₂，可用吸附解析方法去除。

附图说明

图1为本实用新型装置的系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

本实用新型利用三种气体酸性、溶解性的差异，先用Na₂CO₃或MgO等溶解性的碱性洗涤液快速洗涤煤气中的SO₂，再由具有选择性吸收洗涤能力的超重力床，以Na₂CO₃或NH₃H₂O等为碱源，以湿式催化氧化法洗涤去除H₂S，最终达到脱硫的目的。脱硫效果好，成本低、难度小，同时还能回收成品硫，保护环境。若还需进一步脱除CO₂，可用吸附解析方法去除。

以Na₂CO₃为吸收洗涤剂为例，其工艺原理为：

SO₂吸收反应原理：

SO₂+Na₂CO₃+H₂O→2NaHSO₃

SO₂+Na₂CO₃→Na₂SO₃+CO₂

2NaHSO₃+Na₂CO₃→2Na₂SO₃+CO₂+H₂O

2Na₂SO₃+O₂→2Na₂SO₄

H₂S吸收段反应原理：

H₂S+Na₂CO₃→NaHS+NaHCO₃

Na₂CO₃+H₂S→Na₂S+H₂O+CO₂

Na₂CO₃+CO₂+H₂O→2NaHCO₃

H₂S再生槽内发生的基本反应如下：

NaHS+1/2O₂→NaOH+S↓

Na₂S+1/2O₂+H₂O→2NaOH+S↓

Na₂S_X+1/2O₂+H₂O→2NaOH+S_X

除以上反应外，还进行以下副反应：

2NaHS+2O₂→Na₂S₂O₃+H₂O

2Na₂S₂O₃+O₂→2Na₂SO₄+2S↓

如图1所示，本实用新型的系统结构图，一种煤气脱硫装置，包括文丘里塔2、循环液池9、旋转填料床5、富液槽10、喷射再生器12、再生槽13、贫液及H₂S洗涤槽14；所述文丘里塔2底部设置有原煤气进口1、中部为文丘里区3、顶部为喷淋层4；所述喷淋层4内部设置有第一碱性洗涤液7，喷淋层侧壁开口连接洗涤液自流管道7，所述洗涤液自流管道7上设置有SO₂洗涤循环泵8和废液出口19、且另一端连通至循环液池9；所述循环液池9上设置有第一碱液进液管20，内部设置有氧化装置，氧化装置上设置有氧化空气进气管17；所述文丘里塔2顶部出气口管道连接至旋转填料床5的进气口，旋转填料床5的出气口管道连接至外部设备，旋转填料床5的富液出口管道连接至富液槽10；所述富液槽10的出液口通过富液循环泵11管道连接至喷射再生器12的进液口，所述喷射再生器12上设置有空气自吸口18，富液与自吸的空气反应后的混合液经喷射再生器12的出液口输送至再生槽13中；所述再生槽13顶部设置有液位调节器和硫泡沫出口16，液位调节器的出液口管道连接至贫液及H₂S洗涤槽14，所述贫液及H₂S洗涤槽14的出液口通过贫液及H₂S洗涤泵15管道连接至旋转填料床5的进液口，且所述贫液及H₂S洗涤槽14上设置有第二碱液进液管21；所述硫泡沫出口16连接至去硫泡沫处理系统。

其中：本装置的文丘里塔不同于一常用的文丘里塔，其反应活性文丘里区是由一系列中间留有空隙的圆管并列排列组合而成，形成了上下空隙较大，中间较窄的文丘里现象，从而产生文丘里效应。同时上层由喷嘴喷淋，形成雾化区，进一步提高反应效果。在此设备里，在强酸性环境SO₂气氛下，CO₂和H₂S气体基本不参与反应，实现了选择性的吸收条件。

旋转填料床利用高速旋转的填料床产生的强大离心力(或超重力)使气液的流速及填料的有效比表面积大大提高，液体在高分散、高混合、强湍动以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相对速度在弯曲流道中接触，极大地强化传递过程，具体表现为：

气体经气体进口切向进入转子外腔，在气体压力的作用下由转子外缘处进入填料。液体由液体进口管引入转子内腔，经喷头淋洒在转子内缘上。进入转子的液体受到旋转转子内填料的作用，周向速度增加，所产生的离心力将其推向转子外缘。在此过程中，液体被填料分散、破碎形成极大的、不断更新的表面积，曲折的流道加剧了液体表面的更新。液体在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相对速度在弯曲孔道中逆向接触，极大地强化了传质过程。这样，在转子内部形成了极好的传质与反应条件，液体被转子抛到外壳汇集后经液体出口管离开超重机。气体自转子中心离开转子，由气体出口管引出，完成传质与反应过程。

旋转填料床反应时间极短，可在不到1s的时间里就反应完成，因此对CO₂和H₂S的混合气体，可较好的选择性吸收H₂S，正好适合半焦等同时含CO₂和H₂S的特殊气体。

喷射再生器是一个文丘里喷射管，脱硫富液由泵送入喷射再生器后经其喉管后产生负压，自吸空气，与自吸的空气在喉管部、扩张管部强烈混合反应，一系列的喷射再生器共同组成了脱硫富液的再生系统，实现了脱硫富液的氧化再生。

工艺流程:一种煤气脱硫方法，具体步骤如下：

(1)原煤气通过原煤气进口进入文丘里塔底部，向上经过文丘里区加速后与喷淋层喷淋下来的第一碱性洗涤液反应，反应后脱除气体中的SO₂，生成亚硫酸盐，带有亚硫酸盐的洗涤液通过洗涤液自流管道自流到循环液池，再由SO₂洗涤循环泵加压送入到文丘里塔循环喷淋；

(2)循环液池中设置氧化装置，氧化空气通过氧化空气进气管进入氧化装置，将亚硫酸盐氧化为硫酸盐，当循环液池中的硫酸盐浓度达到设定值时，通过废液出口排出，同时通过第一碱液进液管向循环液池中加入第一碱性洗涤液；

(3)经过文丘里塔洗涤去除SO₂的煤气通过顶部出气口输送至旋转填料床内，经过旋转填料床旋转产生的超重力反应区与贫液及H₂S洗涤泵送到的第二碱性洗涤液反应，洗涤吸收煤气中的H₂S，净化后的煤气由旋转填料床的出气口输送至外部设备；

(4)由旋转填料床吸收H₂S后的富液自流到富液槽，再由富液循环泵送入喷射再生器，H₂S反应富液经喷射再生器混合自吸空气反应后的富液在再生槽中进一步反应再生，再生后的贫液经再生槽顶液位调节器自流到贫液及H₂S洗涤槽，由贫液及H₂S洗涤泵送入旋转填料床循环洗涤；

(5)脱硫富液再生反应产生的硫泡沫由再生槽顶部的硫泡沫出口输送至硫泡沫处理系统，生产生硫或硫磺；

(6)随着反应的进行，系统中的碱浓度不断降低，通过第二碱液进液管向贫液及H₂S洗涤槽中加入第二碱性洗涤液。

其中：步骤(3)中净化后的煤气输送至外部设备，若需对净化后的煤气进一步脱除CO₂，可采用吸附解析的方法去除。所述第一碱性洗涤液为Na₂CO₃、MgO、Ca(OH)₂、CaCO₃或NH₃H₂O。所述第二碱性洗涤液为Na₂CO₃或NH₃H₂O。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种煤气脱硫装置，其特征在于：包括文丘里塔(2)、循环液池(9)、旋转填料床(5)、富液槽(10)、喷射再生器(12)、再生槽(13)、贫液及H₂S洗涤槽(14)；

所述文丘里塔(2)底部设置有原煤气进口(1)、中部为文丘里区(3)、顶部为喷淋层(4)；所述喷淋层(4)内部设置有第一碱性洗涤液(7)，喷淋层侧壁开口连接洗涤液自流管道(7)，所述洗涤液自流管道(7)上设置有SO₂洗涤循环泵(8)和废液出口(19)、且另一端连通至循环液池(9)；

所述循环液池(9)上设置有第一碱液进液管(20)，内部设置有氧化装置，氧化装置上设置有氧化空气进气管(17)；

所述文丘里塔(2)顶部出气口管道连接至旋转填料床(5)的进气口，旋转填料床(5)的出气口管道连接至外部设备，旋转填料床(5)的富液出口管道连接至富液槽(10)；

所述富液槽(10)的出液口通过富液循环泵(11)管道连接至喷射再生器(12)的进液口，所述喷射再生器(12)上设置有空气自吸口(18)，富液与自吸的空气反应后的混合液经喷射再生器(12)的出液口输送至再生槽(13)中；

所述再生槽(13)顶部设置有液位调节器和硫泡沫出口(16)，液位调节器的出液口管道连接至贫液及H₂S洗涤槽(14)，所述贫液及H₂S洗涤槽(14)的出液口通过贫液及H₂S洗涤泵(15)管道连接至旋转填料床(5)的进液口，且所述贫液及H₂S洗涤槽(14)上设置有第二碱液进液管(21)；

所述硫泡沫出口(16)连接至去硫泡沫处理系统。

2.根据权利要求1所述的一种煤气脱硫装置，其特征在于：所述文丘里区(3)包括若干个并排的中间留有空隙的文丘里式圆管。

3.根据权利要求1所述的一种煤气脱硫装置，其特征在于：所述喷射再生器(12)为文丘里喷射管。