真空碳酸盐法脱硫技术.docx

1、真空碳酸盐法脱硫技术真空碳酸盐法脱琉技术真空碳酸盐法脱琉技术是按照我国焦化行业的特点，综合考虑项 目投资、环保和市场情形，并针对不同的用户对煤气净化指标的不同 要求，开发出的一种新的煤气脱硫技术的组合。本文还将循环氨水脱 硫脱氨工艺和真空碳酸盐法脱硫技术工艺进行了综合比较和分析。1、两种煤气净化处置工艺的选择。采用传统的焦化技术生产的荒煤气在送往钢铁厂或作为城市用 煤气前须进行净化处置，去除苯、萦、氨和硫化氢等。其中，苯必需 去除，以防燃烧时形成油烟（积碳）；去除蔡以避免管道堵塞；去除 氨以避免侵蚀；去除硫化氢是因环保要求及避免侵蚀。焦炉煤气中含 有的组分可生产各类原料。选择脱硫工艺的最重要的

2、因素是氨的利 用。采用硫鞍工艺的脱硫组合如图1所示；采用非硫鞍工艺的脱氨脱 硫组合如图2所示。图I 采用硫蛭工艺的脫硫组合示意图图2 夫用非硫嗾工艺的脱氨脱硫俎合示盘囹在不需要进一步生产氨产品的情形下,最简单的煤气净化方式是 采用循环氨水脱硫脱氨工艺，在洗涤塔中同时脱除NH3和H2S,生产 的酸汽在克劳斯炉发生反映，氨分解成氮气和氢气，硫化氢转化成硫。目前，有几种技术可用氨直接生产硫钱，其中饱和器法最常常利 用，即在一个浸液式饱和器中加入硫酸，使其与煤气中的氨直接反映 生成硫酸钱。脱氨后的无氨酸汽是真空碳酸盐脱硫工艺的理想原料，除选用克 劳斯工艺生产的硫磺外，从真空碳酸盐的酸汽中生产硫酸是最合

3、理的 工艺。2、氨水循环脱硫脱氨技术。脱硫脱氨和单系克劳斯系统的流程如图3所示。图3脱硫脱氨和单系克劳斯系统的流程出正常情形下，洗氨塔和脱硫塔设在风机后而、洗苯塔前而。在解吸系统中，富液与从焦油和氨水处置装置过来的剩余氨水被直接蒸汽 汽提，被脱除的NH3和H2S,后续的克劳斯系统（图1、2中为克劳斯 系统）进行处置，尾气被循环到煤气初冷器前而的煤气管道。如此的 工艺组合可避免煤气净化系统的有害气体排到大气中。氨水循环脱硫脱氨工厂。脱硫脱氨工艺（CydaSulf）流程如图4所示。 - 煤气.汽 酸水 ft余水 *氯废水NaOH图4 脱咬脱氨工艺流程图由于采用波纹孔板填料使洗涤塔尺寸减小，使得洗氨

4、塔能够放置 在脱硫塔的上面，终冷段放在脱硫塔的下部，并与脱硫塔合成为1个 塔。同时，应用波纹孔板填料后，还可将脱酸塔、挥发氨塔、固定氨 塔和冷凝器组合成一个解吸塔。上述改良减少了设备的数量，从而相 应减少了钢结构和配管的用量，降低了投资本钱。生产中产生的酸汽 在克劳斯系统进行处埋。单系克劳斯系统。用于酸汽处置的单系克劳斯系统（Mono- Claus）的流程如图5所由图5可见，单系克劳斯系统采用卧式克劳斯炉，炉内装有分解 NH3和HCN的催化剂。该系统仅有一个克劳斯反映器，用于硫化氢 转化成纯硫的工艺。设备规模及相应的钢结构和配管的用量均显著减 少。单系克劳斯系统H2S的转化量少于具有2个克劳斯

5、反映器的系 统，但因其尾气被排放到煤气管道中，所以不会对环境造成污染，但 单系克劳斯系统前而的工艺流程必需考虑由于H2S的转化量少所带 来的问题。克劳斯系统生产的产品是纯液态硫，能够液态形式售出或 在后续的硫切片单元中加工成固态售出。3不脱氨的脱硫技术。当氨用于生产硫酸镀时，需在煤气风机的后面设置一个直接生产 硫酸彼的浸液式饱和器，酸汽经处置氨水的汽提塔后被送到饱和器的前而。用于除氨后煤气脱硫的真空碳酸盐洗涤塔设在洗苯塔的后而。真空碳酸盐和生产硫酸的工艺流程如图6所示。图6真空碳酸盐和生产硫酸的工艺流程图真空碳酸盐解吸系统的主要产品是富含H2S的酸汽，它能被转 换成硫酸或纯硫，另外也产生少量的

6、废液，废液必需在汽提塔中与氨 水一路处置后，才能送到生化处置厂。为了加倍经济，真空碳酸盐解吸塔所需的热量由初冷器顶部的热 水或由部份循环氨水提供。与无排放的克劳斯系统相反，硫酸工段产 生的含有少最的SO2和S03的废气将被排放到大气中。生产的硫酸可用于生产硫酸镀，它可取代需额外购买的新鲜硫 酸。真空碳酸盐工艺。真空碳酸盐工艺（VacaSulf对煤气净化处置单元下游的已脱氨 煤气进行脱硫。通过对工艺设计进行修正和调整，可知足对煤气净化 后的H2S指标的不同要求。单流系流程。真空碳酸盐工艺中最简单的工艺流程是单流系真空碳酸盐工艺， 如图7所示。它能够使焦炉煤气净化后的H2S含量小于500 mg/m

7、3o焦炉播營洗油KOH软水真空系统1热水（古冷凝液侏Mla 7单流系箕空碳酸生工艺流程田净化前的焦炉煤气第一通过度离器，分离出来自洗苯塔的煤气中 的洗油颗粒。随后煤气从真空碳酸盐洗涤塔中洗涤段的底部到顶部， 并经捕雾器后离开洗涤塔。那个洗涤段装有填料（用聚丙烯制造的鲍 尔环）。从解吸塔的底部引出的汽提后的贫液将作为洗涤液被送到洗 涤塔的顶部。在洗涤段发生的主要反映有：2 KOH+CO2 - K2CO3+H2OK2CO3+H2 S-*KH S+KHCO3K2CO3+CO2+H2O-* 2KHCO3K2CO3+2 HCN -* 2KCN+CO2 + H20K2CO3与氧气和氧化铁的副反映生成少量的

8、KCNS和 K4Fe（CN）6,同时排放少量的碳酸钾溶液。将在真空碳酸盐洗涤塔的 底部搜集的富液用泵送到碳酸钾储罐内，然后再用泵打到真空碳酸盐 解吸塔内。富液进入真空碳酸盐解吸塔的顶部之前，需在加热器内用 热贫液预热。H2S解吸工艺是一个逆流操作系统，富液通过汽提塔，在必然真 空度下被再生，预热的富液从塔顶部通过填料层流到底部，而与之反 方向流动的酸汽中一些己经在洗涤塔中从煤气中脱除的H2S、HCN、 CO2被汽提，汽提的汽源来自重沸器中液体蒸发的蒸汽。汽提塔内装 有效聚丙烯制造的鲍尔环填料层，可提高富液和汽提蒸汽之间的传质 效果。在真空碳酸盐解吸塔中发生的主要反映有：2KHCC)3-K2CO

9、3+C1O2+H2O2 KH S+CO2+H2O -1織液图9真空威酸盐工艺分流系流程图(j)冷讀淹偸由图9可见，分流系流程是在单流系流程的基础上，将汽提不完 全的溶液从真空碳酸盐解吸塔的中部引出。在热互换器中，富液被降温并进一步用深冷水冷却，冷却后的富 液被送到真空碳酸盐洗涤塔的中部。真空碳酸盐工艺的比较。分流系流程与单流系流程相较，其总的循环液量约为单流系流程 的2倍，塔的尺寸和设备数量也相应增加。对于采用真空碳酸盐工艺 的工厂，针对焦炉煤气净化后H2S的指标的不同要求，其比较情形 见表1 OH)S 含/尺寸 R fl总加妙Aat总的需a塔HjS mas fi豪空创H出比亭裕度比卒負債比未

10、*/*立甩比凍XJXtt*H 比审比卒比宅比*比*10011.161.151.212 07 1.05IS32肋2.201.91250l1.001001001 100 1.001.001X1001.01D500I092071Q65i aas o.840M1.001.240.8IX)含/I艺9fl比厚半MMM 債比平从的优水仝部 用于加转帝菱的比皐衿刼水盧 潭冷水毙 $0%的比辜 比卒化钾的淹比宰化侑犠腹的晚比卒电力比拿100I.IS12.21$ 1.51.4一142501.001.010 101.01ID50009!.0IX)0.7a?由表1可见，由于分流系工艺需2个解吸塔，所以与单流系工艺 相

11、较，其总重量增加了 53%,重沸器的换热而积及冷凝器和热互换器 的换热面积也显著增加，热水和冷却水的循环用量将增加1倍，碳酸 钾和氢氧化钾的消耗量和电力将增加40%o操作费用和投资费用的提高必需由提高焦炉煤气净化程度所产 生的效益来平衡。硫酸工厂。硫酸工厂可替代克劳斯系统，将H2S转化生成硫酸，其工艺流 程如图10所示。ffi 10 硫酸工厂的工艺流程图卧式克劳斯炉设買在硫酸工厂工艺流程的前段，用于酸汽和一次 空气燃烧，催化分解酸汽中的NH3、HCN和碳氢化合物。具体反映 如下：2NH3-N2+3H22HCN+O2 H2 + 2 CO + N2CiiHm+H20-*COH2此外,加入二次空气后

12、,H2S将被转化为SO2,其反应式如丘 H2S+(3/2)O2 - SO2+H2O与克劳斯系统生产低压蒸汽不同，硫酸工厂的废热锅炉生产高压蒸 汽。这是因为进入SO2转化器的进程气温度约为420C,而前者仅为 200C。在SO2转化器的上段催化层，大部份的SO2将被转化成SO3, 反映放出的热量必需由冷却蒸汽带走；在下段催化层，剩余的SO2 将转化成SO3,反映式如F：2SO2+O2-2SO3利用从废热锅炉的汽包来的锅炉水将最终进程气在一个冷却装 買里冷却到2900 同时一部份SO3与进程气中的水合成硫酸，其反 映式为：SO3+H2O-H2SO4另一部份S03在随后的薄膜冷凝器里发生于水水合成硫

13、酸的反 映。薄膜冷凝器里装有垂直悬挂的玻璃管，在玻璃管外壁空气的冷却 作用下，硫酸冷凝液沿玻璃管的内壁流下，然后将其搜集在槽内。硫 酸的浓度为97%,温度为250C,将其与冷硫酸液混合后送到硫酸储 罐。硫酸将被冷却到40C,其中一部份硫酸直接被送到下一环节， 另一部份硫酸到热硫酸中后再被送到下一个环节。将冷凝器排出的进程气与冷却空气混合后，排入废气烟囱。废气 中的SO2和SO3的含量别离低于600mg/m3和60mg/m3,该含量高 于国家空气净化标准。4、脱硫脱氨工艺和真空碳酸盐工艺的比较。脱硫脱氨工艺和真空碳酸盐工艺在技术上的主要区别有：A、 煤气中氨含量不同。真空碳酸盐工艺要求焦炉煤气几

14、乎不含 氨；脱硫脱氨工艺则需要焦炉煤气的氨含量为49g/m3,用于同时脱 除煤气中的H2S和NH3;B、 工艺所限制的煤气温度不同。对于脱硫脱氨工艺，所限制的 煤气最高温度28C；对于真空碳酸盐工艺，所限制的煤气最高温度 为 38C；C、所需装备不同。采用脱硫脱氨工艺的工厂与采用真空碳酸盐 工艺的工厂相较，前者所需设备的总数谊比后者高出50%;另外，对 于高级材质如不锈钢、哈式合金和钛材的用量，前者约为后者的2倍。 上述因素致使采用脱硫脱氨工艺的工厂的总投资比采用真空碳酸盐 工艺的工厂约高20%;D、脱硫脱氨工艺加热要求利用低压蒸汽，而真空碳酸盐工艺要 求利用热水。另外，脱硫脱氨工艺冷却水用量

15、约是真空碳酸盐工艺冷 却水用量的2倍，其电力仅为真空碳酸盐工艺的一半。除投资费用外，操作费用对于不同的工艺的经济性的评估也是一 个重要指标。脱硫脱氨工艺和真空碳酸盐工艺比较的具体情形见表2。*2脱銘脱氨工艺和空曦盐工茗的比较帝 *材W A * 工艺坯中ft*壮.化后HQ町袒达日的存/$中鴨 tt K*比車不8MH比卓氯多 03281.5A8S 0.300.70150不需少 ai381.01.00 0.140M工E低比棗 软氏渣比車 冷比車病tK环比事比翠电力比率氛212.1一0.451.011.0111.00住：表中未考應公用集燐的评怙务tw况。5、结语o本文所介绍的德国伍徳公司焦化部门开发的脱硫技术和考虑各 类经济、环保的几种工艺组合方案，是目前国内外焦化煤气脱硫的最 新技术。本文不仅从其工艺的先进性方面进行了详尽的介绍，同时按 照用户对煤气脱硫的指标的不同要求和综合情形给岀了不同的工艺 组合，并对技术经济指标和技术数据等进行了综合的对比。这对于煤 气脱硫的工艺选择和对于该工艺的深刻熟悉都有重要的指导意义。 在引进国外最先进的煤气脱硫技术的同时，在应用中还应结合我国国 情来进一步的学习、消化和改良，以知足不断转变和进展的焦化市场 要求及环保要求。