超重力脱除硫化氢技术方案

6.3 富铵钙尾气除尘 传统的工业除尘器在除尘效率和处理量方面随着工业除尘标准的提高， 已不 能满足环境保护的要求。 中北大学化学工程技术研究中心研究了利用超重力旋转 填料床捕集气体中的尘粒的技术，达到了净化气体的目的。该中心采用丝网填料 的超重力旋转填料床对山西天脊集团的富铵钙进行尾气除尘， 该超重机的气体处 理量 42000m3/h，空腔气速为 6m/s，液体流量为 20m3/h。除尘率为 99.9%，该旋 转填料床的内径 1.6 米，高 5 米，是国内目前最大的旋转填料床。目前该设备运 行正常，显示了它的快速高效优良的传质特点，进一步验证了超重力旋转填料床 被认为是强化传递过程和多相反应过程的一项突破性技术， 不愧为化学工业的晶 体管和跨世纪的技术。
图 6 超重力净化硝烟现场
6.5 超重力技术净化醋酸尾气中醋酸技术 火炸药生产过程中，使用大量的冰醋酸，由于冰醋酸易挥发，导致在生产工 艺过程中大量地醋酸雾白白浪费掉， 为此采用超重力法对火炸药厂的醋酸尾气进 行了回收，以水为吸收剂，气量为4500 m3/h，年回收醋酸225吨，醋酸回收率在 原回收工艺上提高11%。超重力技术回收醋酸雾不仅可回收大量的醋酸，改善了 环境，创造了可观的经济效益，更重要的是改善了工人的工作环境。该技术成功 应用于甘肃银光化学工业集团有限公司。
1. 概述
根据生产过程中产生含硫化氢的废气，需对此废气净化处理，而且气体出口 达到外排放要求，故作此方案设计。
2. 设计范围
2.1 设计原则和要求
本技术方案是在原有气体净化工艺的基础上，在喷淋塔之后，风机和干脱塔 之间加超重力脱硫工艺；采用新型、高效的传质设备—超重力机作为主体脱硫设 备，以纯碱或氨水为吸收液，实现超重力脱硫，降低后续干法脱硫负荷，尾气实 现达标排放， 。 在确保脱硫达到要求的前提下， 力求处理设施占地面积小、 效率高、 能耗低、 易运转、易维修、安全、可靠、灵活、操作管理方便等点。
3.工艺选则
3.1 工艺选则分析 根据用户提供的含硫化氢废气参数， 结合处理同类项目的工程设计与施工经 验，选择纯碱或氨法超重力脱硫处理工艺。该技术主要是基于超重力机具有停留 时间短（低于 1s） 、传质效率高的特性，实现高选择性脱硫，其基本原理是基于 碱液与酸性气体二氧化碳和硫化氢反应时， 硫化氢与碱液反应的化学活性比二氧 化碳快，在超重力机中利用化学活性的差异，实现强化吸收 H2S 同时抑制吸收 CO2 的超重力环境，高选择性脱硫难题，实现反应方程式如下： 主反应： H 2 S Na2CO3 NaHS NaHCO3 H 2 S NH 3 NH 4 HS 副反应： CO2 Na2CO3 2 NaHCO3 CO2 NH 3 H 2O NH 4 HCO3 3.2 工艺流程图
四川省平武锰业电锰厂 超重力法脱除工业气体中硫化氢
技 术 方 案
中北大学 山西省超重力化工工程技术研究中心 二O一二年十二月·山西太原
设计单位：中北大学
项目 项目负责人 工艺 设备 电气 校对 审核
姓名
职级
签字
日期
地址：山西省太原市学院路3号中北大学化工中心 电话：(0351)3921986 传真：(0351)3921497 邮编：030051 网址： E-mail：jwz0306@ 联系人：焦纬洲 电话：13934659076
5.电气控制
本装置内，超重力机配置变频器进行软启动、调节转速及节电，其功率为
37kW；循环泵直接连有电源开关进行控制。
6.代表性超重力技术应用
6.1 超重力法选择性脱除硫化氢 在合成氨、煤化工、石油炼制、制药、化纤、染料等化工生产过程中，常有 大量的含 H2S 废气排放， 并伴有 CO2 成分。在塔湿法脱硫过程中， 难于抑制 CO2 参与反应， 会生成难溶的碳酸氢盐固体， 导致脱硫选择性降低， 易造成设备堵塞、 脱硫不达标、碱耗高、吸收液循环量大等问题，脱硫的运行费用和成本高。本技 术首次开发了大通量、低气阻错流超重力技术与装置，构建了强化吸收 H2S 同 时抑制吸收 CO2 的超重力环境，解决了高选择性脱硫难题，实现了低成本、高 选择性脱硫的重大突破。 本技术成功应用于亚洲最大复合肥生产基地—天脊煤化 工集团股份有限公司的新建脱硫工程，处理气量为 2.1 万 m3/h，气液比 50-200， 该气体中二氧化碳体积含量占 98.6％，硫化氢体积含量占 0.68％，浓度为 10.6g/m3 ， 采用 PDS 催化剂， CO2 浓度进出口变化不足 0.5％,年减排硫化氢 700 多吨。利用超重力装置停留时间短、传质效率高的特点，增强了脱硫液对于 H2S 吸收的选择性、减少了副反应、降低了碱耗。不仅具有环境效益，而且具有明显 的经济和社会效益。本技术拥有独立的自主知识产权。
充满填料的转子 （又称为转鼓） 在轴的带动下以每分钟数百至数千转的速度旋转， 多相流体在此超重力场下充分接触，完成传递和反应过程。
液体进口
气体出口
气体进口
液体出口
图 2 旋转填料床结构示意图 1-填料 2-转子 3-壳体 4,5-密封 6-转轴
超重力装置具有以下特点： （1）强化传递效果显著，传递系数提高了 1～3 个数量级； （2）气相压降小，气相动力能耗少； （3）持液量小，适用于昂贵物料、有毒物料及易燃易爆物料的处理； （4）物料停留时间短，适用于某些特殊的快速混合及反应过程； （5）达到稳定时间短，便于开、停车，便于更换物系，易于操作； （6）设备体积小，成本低、占地面积小，安装、维修方便； （7）既易于微型化适用于特殊场合，又易于工业化放大； （8）填料层具有自清洗作用，不易结垢、堵塞； （9）应用范围广、通用性强、操作弹性大。
变废为宝，无二次污染。已成功应用于河北唐山惠达陶瓷集团有限公司、山西清 徐等地的焦炉煤气脱硫， 取得了良好的效果。 该技术还可应用于天然气、 炼厂气、 合成气、煤气、半水煤气、焦炉煤气和变换气等气体中硫化氢的脱除。该技术还 应用于二氧化碳体系中硫化氢的脱除，应用于山西长治。
图 4 超重力技术脱硫现场
2.2 需处理的气体主要参数
2.2.1 需处理的气体参数
表 1 含硫化氢的废气排放条件 气量/Nm3/h 20000 含硫化氢浓度/ ppm 50
2.2.2 设计气体处理量 根据气源现状，采用一台超重力机进行含硫化氢气体的净化处理。 本方案按设计气体处理量为：最大为 20000Nm3/h/台。 2.2.3 处理后达到的要求 出口浓度低于 10mg/m3，压降低于 1500Pa。
图 1 超重力法净化含硫化氢废气工艺流程
3.3 工艺流程说明 上道工序来的含硫化氢废气经超重机进气口进入超重力机内， 自下而上通过 高速旋转的填料层。以碳酸钠或氨水为吸收剂，在循环泵的作用下，沿超重机进 液管进入超重机填料内缘，在强大的超重力作用下，液体在填料层内被粉碎成液 滴、液丝及附着在填料表面上的液膜。气液两相在高湍动、大相界面及相界面高 速更新的情况下完成吸收液对含硫化氢废气的吸收。 吸收后的气体由超重机气体 出排向大气中。吸收硫化氢后的液体在循环泵的作用下，进入循环槽，液体进行 循环使用，循环液浓度达到一定浓度时，更换吸收液，具体工艺流程见图 1。 3.4 超重力技术简介 超重机又叫旋转填料床， 是 20 世纪 80 年代初发展起来的一种强化相间传质 与反应及微观混合的新型设备。超重机利用其转鼓的旋转造成一种稳定的、可以 调节的离心力场，以代替常规重力场，这就使得精馏、吸收、解吸和复相反应等 化工单元操作中的气液两相的相对速度大大提高，使相界面更加快速地更新，并 且大大提高了液泛速率，使得生产强度成倍提高。在超重机内，由旋转产生的离 心加速度可达 20～500 倍的重力加速度， 在此离心力场下传质效果与单位设备体 积的生产强度都提高了 1～2 个数量级。 超重机可在许多场合可以取代传统的塔设备， 特别适用于有高分离能力要求 的物系，在强化传递与分离过程的同时，还增大了过程的操作弹性。因此，作为 一种新型高效的传质设备，超重机将在许多领域有效地弥补常规塔设备的不足。 超重机具有体积小、效率高、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、 灵活等优点，因此它被喻为“化学工业的晶体管”。 超重力场是通过具有流体接触空间（场所）的物体旋转来实现的，使得流体 接触处于超重力的环境。通常，超重力场用于化工过程是通过填料层（转子）的 高速旋转来完成的，这种装置被称为超重力装置或超重机（High Gravity Rotary Device 简称 Higee） ，也称为旋转填料床（Rotating Packed Bed 简称 RPB） 。 超重力装置的结构如图 2 所示，它由固定的圆柱形外壳、转轴、转子和圆环 状的填料、液体分布器等组成。转子的主要作用是装载和固定并带动填料旋转。
4. 本方案工艺设计参数、主要设备说明
4.1 工艺设计参数： （单股废气处理设计参数）
内 容 气量（单台） 超重力机规格（单台） 吸收液循环量（单台） 出口浓度 单 位 Nm 3/h mm m3/h 数 值 ＜20000 Φ1600×4200 80-160 ＜10
mg/m3
4.2 主要设备及设施： 4.2.1 主要设备及设施一览表
图 5 超重力技术脱除气体中富铵钙现场
6.4 超重力法净化硝烟尾气 硝化过程排放高浓度氮氧化物（俗称“硝烟”） ，其浓度高、扩散面大、污染 严重、治理难度大。低浓度氮氧化物烟气多采用干法治理，从技术层面或经济角
度考虑，硝烟治理干法无能为力。湿法处理硝烟包括水吸收法，酸吸收法，碱吸 收法，氧化吸收法，吸收还原法，络合吸收法等。从目前实际应用情况看来，几 种方法的吸收率较低，一般在 50%左右，对于高浓度硝烟来讲，达标治理难度还 相当大。 超重力法吸收硝烟， 强化了硝烟组份传质速率， 提高了吸收效率。 液气比小， 液气比为 10-20(L/m3)，塔中吸收的液气比为 20-50(L/m3)，液体循环量小，运行 费用低。超重力吸收硝烟气体吸收过程中压降损失小，不高于 1500Pa，传统塔 压降 2000Pa 以上，风机功耗小。系统紧凑，操作简便，维护成本低，占地面积 小，操作弹性大，设备体积远小于传统塔吸收设备，节约投资费用。该技术成功 应用于山西北方兴安化学工业有限公司。