120万吨兰炭湿法脱硫解析

120万T/a兰炭装置生产过程中的富余煤气湿法脱硫项目一、初步设计说明1、湿法脱硫简介2、工艺原理3、主要化学反应4、对所有装置要求5、湿法脱硫催化剂选择6、湿法脱硫配套公用工程（土建、环保、供电、供蒸汽、供水、自控仪表、防腐保温）二、本设计基本数据选择和设计要求三、总概算四、要说明的问题一、初步设计说明1、湿法脱硫简介煤气中脱硫（指硫在还原气氛中生成的H 2S ）的方法，分为干法和湿法，本设计采用湿法脱硫。

在常温常压下，以稀溶液（钠法或氨法）吸收煤气中酸性气体H 2S （亦叫脱硫），同时选择适当的氧化催化剂，将吸收在脱硫液中H 2S 氧化成单质硫，从而使脱硫液得到再生，同时将再生时生成的含硫磺颗粒的硫泡沫送至连续熔硫装置（熔硫釜）得到副产品硫磺。

此时还原后的氧化催化剂可以用空气氧化成氧化态催化剂，催化剂和再生后的贫液一并循环使用。

2、工艺原理在常温常压下，煤气中H 2S 穿透气液两相介面扩散，由气相主体转到液相主体，第一过程是H 2S 先溶解于水中，第二过程是与碱发生中和反应，电离生成H +和HS -，即H 2S （气）→H 2S （液）→H ++HS -；气相中H 2S 浓度随之降低，其液相分压也相应上升。

如不采取措施任上述过程自行发展，终将导致气液两相中H 2S 分压的平衡，液相中的HS -呈饱和状，上步反应会静态终止。

可见，只有破坏上式的平衡态，或者从开始就不使其形成平衡，有效的方法之一就是第三过程，借助催化剂的催化氧化功能，加速反应成的HS -的氧化析硫作用，减少其在液相中的浓度。

H 2S （g ）→H 2S （L ）→ H + + HS - + 1/2O 2 → H 2O + S↓上述反应随生成物的减少（硫磺的分离）促使上式正方向进行。

从另一层面，过程的逆向视角看，第三过程的析硫反应（HS - + 1/2O 2 == OH - + S↓），每析出一个硫原子，就相应生成一个OH -，OH -增多，相应的提高了吸收剂的浓度，化学反应速度与反应物的浓度积成正比，可见，第三过程对脱硫产生起着十分关键的作用，而脱硫催化剂则决定着第三过程能否高效的正常进行。

脱硫液中HS -生成之后随这减少，并随之将单质硫从液相中分离，确保了气液两相中H 2S 分压常态的平衡，H 2S （气）> H 2S （液），其分压差（多种压力降）所形成的推动力，促使H 2S 由气相快速持续向液相转移，达到除H 2S 的目的。

3、主要化学反应（以氨为碱源） 3.1 脱硫塔内吸收反应20tt （1mol/L ）稀氨水吸收煤气中H 2S ； NH 3 + H 2O = NH 4OH （或NH 3·H 2O ）NH 4OH + H 2S （g ）→ NH 4HS （L ）+ H 2O + 10.94Kcal NH 4OH + HCN （g ）→ NH 4CN(L) + H 2O NH 4OH + NH 4HCO 3 → （NH 4）2CO 3 + H 2O3.2 将脱硫液吸收H 2S 通过氧化生成单质S ，使脱硫液再生（NH 4HS 中HS -被氧化成单质S ）。

NH 4HS + O 2 → NH 4OH + S↓ + 43Kcal NH 4OH + HCN （g ）→ NH 4CN （L ）+ H 2O NH 4OH + NH 4HCO 3 →（NH 4）2CO 3 + H 2O 4、对所有装置的要求及选择4.1 基本原则：先满足再生的O 2的需求，据H 2S + 1/2O 2 → S↓ + H 2O 知：氧化1KgH 2S →S 需要空气1.57M 3，而这些O 2主要靠催化剂吸附，且吸附量较理论值高8-15倍，再生时，在合适的空气鼓泡吹搅下，硫颗粒与硫泡沫浮在上面才能分离。

4.2 脱硫塔（1）选用连续微分接触式填料塔①使气液两相充分接触，以提高尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离；②在塔内供气、液两相具有最大限度接近逆流，以提供最大传质动力。

（2）选用通量大、压降低、持液量少、操作弹性大、结构简单、维修方便、制造成本低的填料塔。

（3）设计脱硫塔从下面四个方面考虑：①填料选择：它是脱硫塔主要构件，是填料塔的核心，其主要作用是为气液两相提供充分接触面积，增加液体的湍动(又称紊流)(Re>10000呈涡流)程度，以利传质、传热(此时主要是传质)，并且能通过大数量的流体。

②塔内件选择：采用先进的气液分布器，同时采取防壁流、防沟流S传递反应呈梯度措施，排出的液体考虑防涡流装置等，根据脱硫塔内H2变化(工程上叫连续微分接触式)和易堵特点采用一塔一设计等措施。

达到塔内气液两相充分接触，最大限度地提高传质面积和传质系数。

③按照填料塔的流体力学特性(如气体压降，持液量及气、液两相流体分布等性能)进行设计；④填料塔传质高度取决于分离所需的传质单元数(或理论板数)和传质单元高度(或等板高度)。

按原化工部第四设计院规定执行。

（4）其它要求按国家民用燃气规范GB50028—2006执行。

4.3 再生装置（1）湿法脱硫工艺中，因再生方法不同分为氧化法和解吸法二种，本设计用氧化法；（2）氧化法中倾向于垂直插入喷射器的再生氧化槽装置；（3）喷射氧化再生装置作用① 将HS-进一步氧化成S；② 将生成单质S浮选出来，供再生后悬浮S尽可能减少。

（4）本设计选择喷射氧化再生技术1）它较正压高塔再生技术有如下优点：S含量；①效果好，提高了脱硫效率，明显降低了煤气中H2②大大降低投资费用，较高塔再生节约30％；③操作方便，降低劳动强度，减少操作工数量；④基本杜绝了脱硫气体液沫夹带，提高生产的稳定性，减少了损失，降低了消耗；⑤降低了脱硫液循量(10％左右)，降低了脱硫泵电流，从而降低了消耗；⑥便于设备维修，减少了设备的维护和检修费；⑦不用购置空压机，不用修建空压机厂房，节约了资金。

2）组成：它由喷射组、浮选槽和液位调节器三部分组成；目前应用最广的是双套二级扩大式再生槽(叫二联体槽或二套槽)。

①喷射器组(它是再生系统的心脏)：用特别(0Cr18Ni9)材料制的喷射器使脱硫液高速通过喷咀形成射流，产生局部负压吸入空气，其两相流体被高速分散而处于高度涡流状态，空气呈气泡状态分散于溶液中，气液速度大为增加，接触面较高塔再生大大增加且不断更新，从而使脱硫液吸02使传质过程大大强化，故在短时间内(6—8min)即可完全再生(本设计一般按停15min考虑)。

所以喷咀既然是系统的心脏，建议用东师大东狮公司专利产品。

②浮选槽：脱硫液经喷射氧化再生后进入浮选槽(硫泡沫沟槽)在浮选槽中进一步氧化再生，并起到硫的浮选作用。

由于采用二套槽，内筒的吹风强度较大(70一120m3／m2·H)，有利于氧化和硫泡沫浮选。

内筒上下各一块筛板，板上开有小孔(Φ18-Φ25)，开孔率44％，在浮选筒和环形空间由于重度不同，形成循环。

③液位(贫液)调节器：采用溢流式结构，靠其液位在内筒升降，使内筒与喷射再生槽扩大部分溶液构成“U”，这时调节“U”一端，则在再生槽内液位也随这上下移动，从而可以调节喷射再生槽溶液溢流量，保证浮选筒内液面保持稳定，以利硫泡沫的浮选和分离。

④温度、吹风强度，空气耗量，停留时间等工艺参数选择按GB50028—2006标准执行。

4.4 硫磺回收装置（1）只有在湿法脱硫过程再生时直接回收硫磺，将再生系统溢流出来的硫泡沫中的悬浮硫除去，保证合格的脱硫液供脱硫使用，同时得到副产品硫磺。

（2）连续熔硫装置(熔硫釜)——连续熔硫进行硫回收的金属釜中进行。

硫泡沫进釜过程，也是一个不断被加热的过程。

受热的气泡破裂，粘于壁上细小硫的颗粒集聚变大向下沉降，进入到釜底高温区熔融后，连续地排出釜外。

与硫分离的溶液上浮，从釜的上部回收脱硫系统。

① 主要吸收集的硫泡沫进行再处理； ② 采用脱硫泡沫在熔硫釜中脱水工艺； ③ 熔硫釜宜采用夹套缸式蒸气加热；④ 它的直径不宜过大，以Φ600一Φ900为宜；⑤ 要求熔硫釜传热效果好，釜内自然对流和传导方式传热，待熔融物料热阻力小，加热分离沉降熔融，层次分明，熔硫效率高。

4.5 富液槽（1）富液槽是脱硫塔排出脱硫液的短暂贮存容器，不是重要的设备却起着重要的作用，在富液槽的反应是脱硫塔反应的延伸。

脱硫液吸收H 2S 转为HS -后与催化剂反应析出单质硫，HS -转为单质硫的反应相当部分是于富液槽中进行的。

析硫的反应速度小，脱硫塔之后溶液于富液槽中停留时间尚需9—10min 。

停留时间短，HS -来不及转化为单质硫，进入再生槽则被氧化为NH 4HS04和(NH 4)2S04，两者是氧化法脱硫液的主要副产物组分，其含量受溶液PH 温度等因素影响，但主要是受富液停留时间的影响。

有的脱硫装置为节省投资将富液槽去掉是非常错误的。

（2）本设计选择可停留10分钟富液量的富液槽。

4.6 液封槽、贫液槽、硫泡沫槽、冷凝液槽及砼结构地下槽均按照国家民用燃气规范GB 50028-2006执行。

5、湿法脱硫催化剂选择5.1 湿式氧化法脱硫是将H2S在液相中氧化成单质硫一种脱硫方法，即发生了HS- +21O2 ==== S↓ + 0H-氧化还原反应。

5.2 选择适宜的载02催化剂是湿法脱硫的关键；5.3 理论上讲，这个载02催化剂其氧化态必须能氧化H2S，其还原态时又必须能被空气氧化。

所以从氧化反应必须条件来看，此载02催化剂标准电极电位数值必须大于S2一／S o电极电位(S2一／S o电子对氧化还原电极电位0.141V)，同时必须小于空气中02的电极电位(1.23V)。

也即要求0.141V ＜E0<1.23V。

5.4 在实际生产中，应根据科学试验及严格筛选，载02催化剂最适宜的标准电位数值范围为0.2—0.75V(因为E0<0.2V时，H2S不能顺利被氧化成单质硫磺；E0>0.75V时，大量H2S易被过渡氧化S232-和S042-。

盐类，造成副反应大大增加)。

5.5 目前常用催化剂有：改良ADA、栲胶、HPF、PDS、888、JDS、DDS、ISS、TTS等催化剂；所以本方案选择东北师大东狮公司最新研究专对焦炉气适用的JDS催化剂。

5.6 使用JDS催化剂的好处：①不需加其它辅助催化剂；②脱硫效率高，使用稳定；③可较好地脱除有机硫(50-80％)；催化剂④硫回收高，贫液中悬浮硫低；⑤不堵塔，且对硫堵有清洗作用；⑥在相同工况负荷下，脱硫费用比同类产品低20％；⑦适用各种低硫，高硫气体脱硫和HCN；⑧产品已系列化，日前国内应用最多催化剂之一；⑨已向走向国际市场；⑩属环保型催化剂。

6、湿法脱硫配套（公用）工程6.1土建工程（1）建筑①房屋跨度、柱距及层高，按生产工艺要求建筑模数统一规定的确定；沉降缝、伸缩缝及抗震缝规范要求设置。