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湿式氧化法脱硫再生技术在焦炉气脱硫中的应用与选择
发布人:admin   来源:   发布时间:2017-05-03  浏览次数:

湿式氧化法脱硫技术广泛应用于氨合成气、甲醇合成气、焦炉气、城市煤气及各种尾气的气体脱除H2S的过程。传统的脱硫技术沿用已久,并在使用中不断完善、提高和创新。无论是在气液传质设备还是在脱硫催化剂方面都不断有新的技术及产品出现,对提高脱硫效率,提高装置运行周期,降低能耗都起到了明显的积极作用。

近几年,随着全球经济形势的变化,对湿法脱硫技术的要求也越来越高。从装置达标率、节省投资、能耗先进性等各方面提出来更高的要求。国内外有关技术研发单位从湿法脱硫技术的各个方面进行了改进与创新(吸收过程传质设备、脱硫催化剂、再生器等),其中就包括各种不同形式的再生技术。笔者就近几年大家普遍采用的几种湿法脱硫再生技术在焦炉气脱硫的应用情况进行了调研,具体应用情况及相关讨论给大家分享如下:

众所周知,湿法脱硫中脱硫液的再生装置主要作用是:一方面氧化被还原的催化剂,另一方面把被氧化形成的单质硫从脱硫液中浮选分离。传统的补氧方式主要有两种,既机械鼓风与喷射自吸再生。典型的工艺流程如下:

高塔鼓风再生

上世纪50年代湿式氧化法脱硫工艺实现工业化,工艺配套中的再生技术就是高塔再生技术,在高塔中,由压缩空气从塔底入塔,通过气体分布器,空气泡在上升的过程中溶液里脱硫催化剂被空气O2氧化而再生,同时气泡和单质硫靠表面张力的作用形成硫泡沫浮到高塔的上部分离。

再生工艺流程:

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主要特点:

a、流程简单,占地面积相对较小。

b、机械鼓风空气量相对稳定,液位、泡沫溢流可以自动控制,操作方便。

c、装置弹性大

缺点:

a、由于气液传质效果差,再生时间长,设备容积大,投资较高。

b、日常管理及检修难度大。

应用实例:

山西一家焦化企业:年产焦炭100万吨,焦炉煤气处理量约50000m3/h

主要设备配置:

脱硫塔:Ø6000 H=37320 重量:159790Kg 两台

再生塔:Ø4600/Ø6000 H=49470 重量:123210Kg 两台

循环泵:Q=755m3/h H=78m N=280KW 三台(两开一备)

再生空气量 33 m3/min N=185KW 三台(两开一备)

运行情况:该脱硫装置设置在鼓风机以后,原设计采用氨做碱源,两塔串联工艺。由于气体温度高(入塔气温39℃夏季),氨浓度不够,补充纯碱作为碱源。脱硫前H2S含量57g/m3,脱硫后H2S含量50100mg/m3

近几年设计脱硫装置基本选择在鼓风机前,入塔气温得到保障。相应脱硫效果基本达标(≦20mg/m3)。

喷射自吸再生

喷射氧化再生技术是上世纪七十年代由广西大学和有关单位协作研发的一种脱硫再生技术。该技术以其生产强度高,设备容积小,投资费用低,节能效果好,操作简单方便等显著特点而在大、中型化肥厂,煤气厂逐步推广应用,近几年在焦炉气脱硫中也逐步采用。


2.1典型的喷射再生工艺流程

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主要特点:

a、与高塔再生比设备投资省(有关工程公司测算一套处理50000m3/h装置与高塔再生比较节省350万元以上)。

b、装置弹性大

c、操作管理方便。

缺点:

占地面积大

应用实例:

云南某煤化工有限公司1年产120万吨焦炭装置,焦炉气处理量

3000055000m3/h.

主要设备配置:

脱硫塔:Ø6000 H=44 600 重量198000Kg 两台(一开一备)

再生槽:Ø8000/Ø9600 H=10100 重量56810Kg 两台(一开一备)

贫液泵:Q=950m3/h H=65m N=280KW 3台(两开一备)

富液泵:Q=950m3/h H=70m N=280KW 3台(两开一备)

运行情况:该装置是在粗苯后脱硫,采用纯碱为碱源。新系统开车时,气量约35000 m3/h,脱硫前H2S 36g/m3,单塔运行脱硫后H2S可脱至20mg/m3左右。气量45000 m3/h左右时,单塔运行,脱硫后H2S≤50 mg/m3


2.2喷射自吸再生、吸收一塔式脱硫工艺

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主要特点:

流程简单、占地面积小

缺点:

a、设备制作费用高,投资大

b、再生贫液自再生槽直接进入脱硫塔,溶液夹带气泡,提高了煤气中的O2含量,增加了安全隐患。

c、日常管理及检修难度大。

应用实例:

山东某公司焦化厂:120万吨焦炉 焦炉气量约60000 m3/h

主要设备配置:

脱硫再生塔: DN7000,H=37495,单塔重量251吨 3台(两开一备)

循环泵:1700 m3/h,N=560KW 3台(两开一备)

运行情况:双塔串联运行,氨法脱硫。脱硫前H2S含量6g/m3,两级脱硫后H2S≤100mg/m3(设计≤200mg/m3)。

2.3、喷射自吸串鼓风再生(低压双射流再生器)

该装置可用很少的能量达到母液再生的目的,再生时母液压力为0.040.06MPa,再生空气的工作压力为0.020.04MPa。脱硫富液靠重力自流进入低压双射流再生器内即可完成再生反应,有效地减少了脱硫系统的电能消耗。

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改进型:综合塔型脱硫工艺流程

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主要特点:

a、与其他再生工艺比节能效果明显

b、采用一塔式脱硫、再生。流程简单,占地少。

缺点:

a、脱硫装置弹性差。由于设计条件限制,再生空气量相对富裕量少,在空气供应系统出现问题或硫负荷增加时脱硫液系统容易恶化,影响脱硫效果。

b、还未见脱高硫应用实例介绍。

应用实例:

山西某焦化厂2

煤气处理量160000Nm3/h(富裕量10%)。

设备配置情况:

综合塔:两台

循环泵:Q=1300m3/h H=52m N=280KW 3台(两开一备)

罗茨风机:Q=37.3m3/min P=39.2KPa N=45KW 3台(两开一备)

运行情况:该脱硫装置是改造新增装置,设置在原有脱硫装置后,采用碱法(碳酸钠)脱硫。脱硫前煤气进口H2S含量 1.01.5g /Nm3,最高至1.9g/m3,脱硫后煤气出口H2S含量≤20mg /Nm3

3 主要设备投资、装置主要功耗、装置特点对比表:

说明:

a、在应用实例中主要选择气量相近或硫负荷相近的装置进行对比

b、考虑到装置投资因各种影响因素及调查局限,投资对比只是将实例中主要设备重量作为对比因素。备用塔器不计。

c、主要功耗对比只是将装置主要用电设备配置电机功率进行对比。


结论与改造建议

通过以上对比可以看出各种再生工艺流程之间的差异。结合各种考虑因素,在正常新装置设计时建议考虑典型喷射再生工艺,即可满足脱硫要求,同时方便维修、操作管理,投资省。

装置改造有关建议:原装置改造以便提高脱硫效率。达标排放是近几年焦化企业对脱硫的主要要求,通常要求脱硫后H2S≤20mg/m3,选择合适的改造方案是众多厂家讨论的热点。大家都希望采用投资少、功耗低、对系统影响小(系统阻力)、脱硫效果好的改造方案。但由于各个企业的情况不同,受制条件等因素影响,在选择改造方案时不能达到理想效果。对此几点建议如下:

4.1 选用脱硫碱源时还是以氨法为好。

a、煤气中氨可直接利用,不需外购。

b、由于环保要求与管理越来越严,脱硫液需要提盐处理。由于原有设计大多氨为碱源,统一处理,无需另外投资。

4.2 脱硫塔采用低阻力的传质设备。由于原有设备大多两台填料塔串联运行,阻力较大,再增设新的脱硫装置需考虑阻力对系统影响。建议采用高效雾化反应塔或其他新型低阻力设备。而且选择高效雾化反应塔可以不受填料塔的条件影响,在脱硫液循环量的选择时可根据脱硫需要合理匹配,降低功耗。

4.3 脱硫再生工艺可根据脱硫负荷与流程位置选择喷射再生技术。一般选择在原脱硫装置流程前设置新脱硫装置的,建议选用喷射再生工艺。在原脱硫装置流程后设置新脱硫装置的可以考虑无再生槽再生技术或低压双射流再生工艺,功耗较低。

4.4 新型技术的采用:

近几年北京化工大学、东北大学等研发单位在超重力技术用于湿法脱硫进行了研究开发与应用。有关资料介绍采用超重力技术脱硫,脱硫液硫容可提高一倍以上,脱硫液循环量可大幅减少,并且安装位置低,循环泵扬程低,功耗明显降低。

我公司新开发的无再生槽氧化再生工艺,由于其硫分离与催化剂再生分开进行,可大幅度减少空气用量,降低动力消耗。

期待两种新技术在工业应用中匹配应用,达到大幅降低功耗的目的。

说明:以上内容及建议均为笔者个人观点。

参考资料

[1] 吴元元 谢建培 煤化工脱硫系统运行总结 脱硫技术2012

[2] 气体脱硫母液再生综合塔及其运行效果


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