煤制氢脱硫工序原理与流程

煤制氢脱硫工序原理与流程
1.1.1脱硫工序
由煤气鼓风机来的煤气依次进入一、二级脱硫塔，与栲胶脱硫贫液逆流接触脱除H2S,脱硫塔出来的半水煤气中H2S含量≤70mg/Nm3，送至压缩工序。

吸收硫化氢后的脱硫富液从脱硫塔底部出来进入富液槽, 由泵送至再生槽喷射器，经喷射器自吸空气进入再生槽内氧化再生，浮选出来的硫泡沫自流入硫泡沫中间槽，由硫泡沫泵送至硫泡沫贮槽，用泵送入连续熔硫釜加热熔融后制得副产品硫磺。

从再生槽分离出来的贫液自流入贫液槽，由脱硫泵将贫液送至脱硫塔循环使用。

1.1.2压缩
由一次脱硫工段来的煤气，经气水分离器进入半水煤气低压机一级压缩，气体经加压后进入一级冷却分离器，冷却分离后进入二级压缩，然后经二级冷却分离,然后进入三级压缩，加压至2.2Mpa，冷却分离后送变换工段、变脱工段、脱碳工段。

由脱碳工段返回的气体进四级压缩，经过冷却、水分离温度为40 ，压力为2.8Mpa，送至用户。

1.1.3变换
1.1.3.1变换工艺的选择
全低温变换技术与中低低变换技术相比，具有比较大的优势。

由于中变催化剂对于进口原料的水汽比值有比较严格的限制，（最低水汽比（0.4左右），汽耗高不可避免。

而全低温变利用宽温耐硫变换催化剂，它没有加入蒸汽的下限，特别是在要求变换率相对较低的情况
下，全低温变换节约蒸汽的效果非常明显，且技术成熟可靠。

因此，项目选择全低温变换工艺。

变换主要反应式：CO＋H2O＝CO2＋H2
变换催化剂为钴钼系，钴钼系催化剂具有有机硫加氢转化功能，可以有效降低有机硫含量，转化率可高达95%，转化反应如下：COS+H2O=H2S+CO2
CS+H2O=H2S+CO2
1.1.3.2工艺流程简述
压缩工序三段来的煤气，温度约40 ，压力2.2MPa，经焦碳过滤器过滤出油污后，再经主热交换器和中间热交换器升温至约220 进入预变换炉的除氧段和反应段后，温度约350-370 出预变换炉气体经废热锅炉，温度调节到210 进入第一变换炉上段，出口经中间热交换器、淬冷过滤器，温度调节到210 进入第一变换炉下段，出第一变换炉下段经淬冷过滤器降温到210 进入第二变换炉，出口C O＜1.5％经过主热交换器、热水加热器、软水预热器、溴化锂热量回收器、软水预热器、水冷器温度降至40 后进入变脱工序。

溴化锂冷水机组利用变换热水生产冷水，用于厂区工艺冷却。

1.1.4变脱
经变换后的变换气从变脱塔下部进入，与塔上部喷淋下来的栲胶液逆流接触，变换气中H2S被栲胶液吸收后从塔顶引出，经气液分离器分离出夹带的液滴后进入精脱硫工序。

脱硫贫液吸收H2S后变成富液从脱硫塔底部出来进入闪蒸槽，通过闪蒸槽自身压力送至喷射再生槽喷射器内，自吸空气氧化再生。

浮选出的硫泡沫自流入硫泡沫槽，经硫泡沫泵压送至硫磺回收系统间歇熔硫回收硫磺。

再生后的贫液自流入贫液槽，再经脱硫泵送至脱硫塔
循环使用。

1.1.5精脱硫
变脱来的变换气进入活性炭精脱硫塔，脱除硫化氢、羰基金属等有害物质去脱碳系统。

1.1.6脱碳
1.1.6.1脱碳工艺的选择
目前国内外采用的较多脱碳技术主要有以下六种：
● 碳酸丙烯脂法（PC法）；
● 多胺法（MDEA法）；
● 聚二醇二甲醚法（NHD法）；
● 改良热钾碱法（Benfield法）；
● 低温甲醇法；
● 变压吸附法（PSA法）。

脱碳方法可分为干法及湿法，或物理吸附及化学吸收两类，除变压吸附为干法外，其余均为湿法。

以上各种脱碳技术的优缺点如下： 碳酸丙烯脂法
此法为物理湿法吸收，该法具有如下特点：流程简单，再生过程不需外热；与水洗法比较，溶液循环液量少，能耗较低；该法可同时脱除原料气中的H2S及CO2有一定脱除有机硫的能力；碳酸丙烯脂溶剂的化学性质稳定，降解少，对碳钢无腐蚀，对人体无毒；但此法的最大缺点就是净化度不高，由于本项目采用联醇工艺，净化度要求不高，选用这一工艺是有条件基础的。

多胺法（MDEA法）
多胺法脱碳是一种以甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液为基础加入一种或多种活化剂组成的溶剂液脱除CO2的工艺，此溶液是一种物理
—化学吸收剂，即具有物理吸收性能的化学吸收剂，80年代末MDEA 成功地应用于小合成氨厂脱除CO2。

该法具有如下特点：对CO2的净化程度高（可达0.01～0.2%）；脱碳的同时能脱去一定量的硫；溶剂损失少，可控制在≤50g/Nm3CO2范围内，对极性气体，如氢的溶解度低，被净化气损失小；对碳钢不腐蚀，整个装置可采用碳钢结构；蒸汽耗量稍大，在CO2分压为0.5MPa时，热能耗为1880KJ/Nm3 CO2[约450 kcal/Nm3 CO2]。

聚乙醇二甲醚法(NHD法)
此法为物理吸收法，该法的特点有：溶剂无毒、无腐蚀、吸收能力大，溶液蒸汽分压低，损失小，操作稳定，能耗低，设备流程较简单，但该溶剂价格偏高，需用冷量。

改良热钾碱法
该法是在砷碱法的基础上发展起来的，最早实现工业化时是以三氧化二砷作为活化剂（即G－Y法），三氧化二砷是一种有效的活化剂，同时又是一种良好的缓蚀剂，但三氧化二砷是一种剧毒物质，因此在发现新的活化剂和缓蚀剂后，用二乙醇胺作活化剂，五氧化二钒为缓蚀剂进一步降低了能耗，替代了有剧毒的三氧化二砷，该法在国际上应用较多，在国内是中型氮肥厂常用的传统脱碳方法，属化学吸收法，其特点：净化度高；技术成熟，生产稳定可靠；溶剂来源广，价格低廉；吸收能力受碱浓度限制；设备腐蚀大；CO2再生耗热量大。

低温甲醇洗（脱硫）脱碳
甲醇是一种良好的溶剂，CO2在液体甲醇中的溶解度比在水里大得多，且随温度降低及压力增加而增大，在－30 降至－60 以下时CO2的溶解度急剧增加。

甲醇洗涤法基本上有两种流程：一种适用于单独脱除气体中CO2或气体中微量S；另一种适用于同时脱除原料气
中的含H2S和CO2的，再生时可以分别得到高浓度的H2S和CO2，其特点：对CO2净化度高，且能同时吸收H2S，腐蚀小，技术成熟生产稳定可靠；由于需用冷量，冷却水耗量大，循环量低，能耗较低，但投资较大，技术需要引进。

主要适合大型装置的酸性气体脱除。

变压吸附法
变压吸附分离技术是于九十年代初研究开发的节能技术，具有操作稳定、净化度高、维护少等优点。

一种较为经济的气体分离技术，但应用于分离脱除变换气中的CO2，主要缺点是占地面积大，不适合场地紧张的技术改造种使用，同时该法脱碳时H2、N2损失气有一定的损失。

可见以上几种脱碳技术各具优缺点，并都成功应用于实际生产。

本次节能改造技术方案选择的原则重点从节能和环保两个方面进行了考虑，并对上述方案从消耗上进行了比较，如下表所示(吨氨耗)：
看，变压吸附操作费用较低，本项目脱碳拟采用PSA工艺。

1.1.6.2工艺流程简述
本装置为二段法PSA流程工艺，采用二段吸附可以最大限度的提高吸附剂的使用利用率，提高氢气收率。

(1)变压吸附粗制氢段
此均压，无动力吹扫工艺流程，流程如下：压力为2.2MPa(G)，温度小于或等于40 的变换气经气水分离器除去游离水后，进入PSA1- ，自吸附塔底部进入3台处于吸附状态的塔内，在不同种类吸附床层的依次选择吸附下，原料气中的气态水和二氧化碳优先被吸附下来，原料气中的苯吸附下来，部分甲烷、一氧化碳、氮气等杂质气体也被吸附下来；未被吸附的氢和少量一氧化碳作为中间气从塔顶流出去PSA1- ，控制出塔氢气纯度在94%左右，二氧化碳控制在～3，当被吸附物质的传质区前沿（称为吸附前沿）到达床层出口预留段某一位置时，关掉该段吸附塔底进料阀和塔顶出口阀，停止吸附。

吸附床开始转入再生过程。

通过9次均压降，一方面将吸附剂吸附的杂质解吸出来，顺着吸附方向去置换和顶替吸附剂吸附的吸附力弱的氢气，增加床层死空间中的杂质浓度，另一方面顺着吸附方向将塔内较高压力富含氢气的混合气放入其他已完成再生的较低压力的吸附塔，该过程不仅是降压解吸的过程，更是充分回收床层死空间氢气的过程，采用9次连续的均压降压过程，可保证氢气的充分回收。

均将结束后，顺着方向将吸附塔压力降低，提浓床层二氧化碳浓度，再逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来，从而使吸附剂达到自然降压再生的目的。

逆放结束后，利用空分生产的氮气对吸附塔进行吹扫解吸。

吸附塔再通过9次均压升与最终升压步骤使吸附塔达到吸附压力，至此吸附塔完成了一个循环，进入下一循环周期。

整个操作过程在入塔原料气温度下进行，每台吸附塔依次经历吸附、9次均压降、逆放、吹扫、二段升、9次均压升、最终升压步序。

(2)变压吸附精制氢段
此均压，3次连续吹扫再生工艺，流程如下：来自PSA1- 压力为2.15MPa（G）的中间气进入PSA1- ，自吸附塔底部进入3台处于吸附状态的塔内。

在吸附剂的依次选择吸附下，其中的杂质组分被吸附下来，未被吸附的氢气作为产品气从塔顶流出进入下工序，控制出塔氢气纯度大于99.99%，同时保证CO+CO2小于10PPm。

当吸附前沿到达床层出口预留段某一位置时，关掉该吸附塔底进料阀和塔顶出口阀，停止吸附。

吸附床开始转入再生过程。

通过3次均压降，顺着吸附方向将塔内较高压力富含氢的混合气放入其他已完成再生的较低压力的吸附塔，该过程可充分回收床层死空间的氢气。

在均压过程结束后，顺着吸附方向将吸附塔内富含氢的混合气体分三次放入缓冲罐中，用作吸附剂的吹扫再生气。

在顺放过程结束后，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来，使吸附剂得到进一步的再生，用缓冲罐中的气体依次逆着吸附方向对吸附床层冲洗，进一步降低杂质组成的分压，使被吸附的杂质解吸，吸附剂得以再次再生。

逆放解吸气进逆放缓冲罐后回第一段进行升压，吹扫解吸气返回第一段吹扫回收，从而提高了整套PSA装置的氢回收率。

再生完成后通过3次均压升与最终升压等步骤使吸附塔达到吸附压力，进入到下一个循环周期。

整个操作过程在入塔原料气温度下进行，每台吸附塔依次经历吸附、4次均压降、顺放、逆放、3次吹扫、3次均压升、最终升压等步序。