煤气站湿法脱硫设计方案.doc

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方案书编号：20101022002B

万基铝业有限公司
煤气脱硫净化工程

初
步
设
计
方
案
书

二零一零年十月

目 录
1 概述 2
1.1 项目概况 2
1.2 设计原则 3
1.3 达标要求 3
2 脱硫工艺设备选择及特点 3
2.1常用脱硫工艺简介 3
2.2煤气脱硫常见问题 4
2.3 FS-04规流填料塔主要技术特点 5
2.4 脱硫工艺选择及工艺特点 7
2.5硫化氢脱除原理 8
3煤气脱硫项目设计 9
3.1设计条件及参数 9
3.2初步设计计算 9
3.3脱硫工艺流程 10
3.4脱硫工艺设备简介 12
3.4.1吸收工段 12
3.4.2再生工段 13
3.4.3硫磺回收工段 14
3.5装置防堵性能 14
4主要设备清单 15
5总平面布置 16
6 质量保证及售后服务 16
附件：脱硫工艺流程图及平面布置示意图 17

1 概述
1.1 项目概况
天然气、焦炉气、煤气、石油裂解气等气体中都含有一定数量的硫化氢和有机硫化物(主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等)，原料气中的硫化物能导致甲醇、合成氨生产中催化剂中毒，增加液态溶剂的黏度，腐蚀、堵塞设备和管道，影响产品质量。燃烧物和工业装置排放的气体进入大气，造成环境污染，危害人体健康。
而能源是人类赖以生存和发展的基础，随着人们环境保护和保证企业最终产品质量意识的提高，人们对能源的洁净利用开始日趋重视。发生炉煤气作为我国主要能源之一煤炭的一种洁净利用方式，在我国的玻璃、建材、化工、机械、耐火材料等行业被广泛的应用，近年，人们对煤气净化程度的认识已经不止是煤气中的含尘量、含焦油量和含水量等的概念，人们开始更加重视煤气中的含硫量。
煤气中的硫绝大部分以H2S的形式存在，而H2S随煤气燃烧后转化成SO2，空气中SO2含量超标会形成局域性酸雨，危害人们的生存环境，发生炉煤气中H2S的脱除程度业已成为其洁净度的一个重要指标。所以无论从环保达标排放，还是从保证企业最终产品质量而言，煤气中这部分H2S都是必须要脱除的。
河南洛阳新安香江万基铝业有限公司共有2套煤气发生炉装置，每套煤气发生炉风量约35000~38000 m3/h, 燃煤全硫含量约1.3%左右。为提高煤气品质，防止大气污染，需新建一套煤气硫化氢脱除净化装置，脱硫后煤气硫化氢含量要求在220mg/m3以下。
1.2 设计原则
（1）采用可靠、经济的处理工艺及设备，在确保脱硫效果满足业主要求的前提下，尽可能减少工程投资与运行费用；
（2）满足运行需要，并留有较大的灵活性和调节余地，适应生产负荷变化；
（3）节约工程占地面积，节约水、电、汽成本；
（4）力求系统运行稳定、操作简单、维修方便，设计实用、美观；
1.3 达标要求
通过新建一套煤气脱硫装置，在使用含硫量为1.3%燃料煤情况下，脱硫装置应达到以下技术要求：
脱硫后煤气硫化氢含量 ≤ 120mg/m3（设计值）
脱硫后煤气硫化氢含量 ≤ 200mg/m3（保证值）
2 脱硫工艺设备选择及特点
2.1常用脱硫工艺简介
煤气的脱硫方法分有两种：热煤气脱硫和冷煤气脱硫。在我国，热煤气脱硫现在仍处于试验研究阶段，还有待于进一步完善，而冷煤气脱硫是比较成熟的技术，其脱硫方法也很多。冷煤气脱硫大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广，而湿法脱硫以砷碱法、ADA、改良ADA和栲胶法颇具代表性。
煤气干法脱硫技术应用较早，最早应用于煤气的干法脱硫技术是以沼铁矿为脱硫剂的氧化铁脱硫技术，之后，随着煤气脱硫活性炭的研究成功及其生产成本的相对降低，活性炭脱硫技术也开始被应用。干法脱硫最大问题是脱硫剂（或吸附剂）再生困难，再生成本高。
与干法脱硫相比，湿法脱硫技术的应用相对要稍晚一些，最早湿法脱硫技术是在焦炉煤气和水煤气的净化方面首先应用，随着人们对发生炉煤气高净化度的要求，湿法脱硫技术才开始应用于发生炉煤气行业。
湿法脱硫可以归纳分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法三种。物理吸收法是采用有机溶剂作为吸收剂，加压吸收H2S，再经减压将吸收的H2S释放出来，吸收剂循环使用，该法以环丁矾法为代表；化学吸收法是以弱碱性溶剂为吸收剂，吸收过程伴随化学反应过程，吸收H2S后的吸收剂经增温、减压后得以再生，热砷碱法即属化学吸附法；氧化法是以碱性溶液为吸收剂，并加入载氧体为催化剂，吸收H2S，并将其氧化成单质硫，氧化法以改良ADA法、栲胶法、888法为代表。
20世纪60年代以来，随着对气体净化技术的不断研究，开发出湿式氧化法有改良ADA法、MSQ法、栲胶法、FD法、EDTA络合铁法、茶酚法、PDS法、888法、DDS法、ISS法等30多种。目前大规模的煤化工企业已经大部分采用低温甲醇洗脱硫脱碳工艺。主要以鲁奇炉和恩德炉为主。德士古水煤浆气化工艺基本采用NHD脱硫和脱碳工艺。
湿式栲胶法工艺设备投资较大，操作也较复杂，容易堵塔。
本项目采用以纯碱为脱硫剂，888为催化剂的湿式氧化法脱硫。
888法为酞菁钴脱硫催化剂系列，具有工作硫容高、脱硫效率高、运行成本低、脱无机硫同时脱有机硫、无硫堵等许多显著特点，目前在全国化肥、焦化、城市煤气行业等已广泛应用。
2.2煤气脱硫常见问题
目前湿法脱硫一般是采用填料塔工艺，填料塔以其气液传质面积大、脱硫效率高而被得到认可，在行业内广为应用。近十年，尤其是近几年来劣质高硫煤为主要煤源给脱硫带来了不利的影响，导致出口H2S超标，填料易堵，净化度下降，副反应过高。而堵塔问题，更是脱硫行业的较普遍问题。
湿式氧化法脱硫存在的主要工程问题是堵塔。但自上世纪90年代至今，发现无论使用何种工艺，何种催化剂，堵塔问题都时有发生。堵塔主要为硫黄堵塔及脱硫生成物结晶导致填料堵塞
硫黄堵塔的原因：一是贫液中的悬浮硫，二是脱硫塔内与脱硫液接触的物体表面。降低贫液中悬浮硫含量无疑是根本上抑制和消除硫堵的有效措施。加强再生过程硫分离可有效降低悬浮硫含量，但由于脱硫过程析硫速度快，在脱硫塔内即有硫黄析出，要解决脱硫塔液相悬浮硫高的问题还得从改进脱硫工艺入手。
近几年来，随着企业生产规模的不断扩大，改烧高硫煤以及后工序生产的需要，企业对脱硫要求也越来越严格，填料塔暴露出的弊病日益突出，塔径越做越大，溶液循环量越来越高，而净化度却不尽人意，很难完全满足生产需要。这主要是塔径大,气液难分布均匀所形成的，为避免这种现象出现，我们公司设计了液体分布器，脱硫液布满液体分布器后，通过溢流的方式使脱硫液均匀喷淋整个塔体空间；在每一层填料上面都设有中间分布器，其作用是均匀分布气体和液体，中间分布器液体分布方式和液体分布器一样采用溢流方式，是液体和煤气进行再分配。选用这种液体分布方式的好处是：
（1）不易堵塞，液体分布均匀，无偏流现象。
（2）进液管不需要很高的压头，选用贫液泵是不需要扬程很高，从而降低水泵的使用功率，降低能耗。

液体分布器

中间分布器

2.3 脱硫工艺选择及工艺特点
本项目采用纯碱为脱硫剂、888为催化剂的湿式氧化法脱硫工艺，再生采用喷射氧化再生工艺。本项目按2炉2塔方式配置。脱硫塔采用本公司专利产品---FS规流填料塔, 具有防堵、脱硫效率高、稳定可靠、经济实用等特点。
本项目888法脱硫的特点：
⑴ 工作硫容高，脱硫效率高，对处理气体的硫化氢含量适应性好，实践证明被处理气体的硫化氢含量从1g/Nm3直到47g/Nm3都能脱至理想的结果；
⑵ 具有抑制和消除硫泡沫堵塔的功能，再生效率高，贫液中悬浮硫含量在0.5g/l以下，溶液清亮，不积硫堵塔，自清洗能力强，有洗塔作用，能降低脱硫塔的能力；
⑶ 具有脱有机硫的功能，脱硫率一般为50—80%，实际应用中最高有机硫脱除率为83.9%；
⑷ 溶液组份简单，生产管理与操作方便，脱硫液除吸收剂（碱性溶液）外，其催化剂只加一种888，不加助催化剂，溶液组份对脱硫过程的影响因素单纯，容易调节；
⑸ 催化剂888活性好，用量少，消耗低，运行经济，通常情况下每脱除1kg硫化氢只需耗888催化剂0.5—0.9g；
⑹ 副反应生成率低，纯碱（或氨水）消耗低，脱硫费用低；
⑺ 888活性好，再生时浮选硫磺颗粒大，便于分离回收，硫回收率高，副产硫磺产量和质量高；
⑻ 888预活化简单，时间短，使用方便；
⑼ 888兼容性好，既可单独使用，又可与其它催化剂配合使用，在旧装置改造中替代其它催化剂期间，与其它催化剂和平相处，不需排放旧溶液，过渡期间脱硫系统能保持稳定运行，不影响正常生产；
⑽ 888脱硫法应用范围广，可应用于半水煤气、水煤气、甲醇原料气、变换气、焦炉气、天燃气、城市煤气等含硫气体的脱硫，可用于常压和加压系统，可用在以纯碱或氨水或两者混合为碱源的脱硫系统。

2.4硫化氢脱除原理
利用纯碱易与硫化氢、氧硫化碳、硫醇等发生化学反应生成硫氢化钠、硫代碳酸钠、硫醚等的特性，在888催化剂的作用下，其生成物与氧气进一步发生氧化反应，得到单质硫。从而达到脱除硫化氢和有机硫的目的，实现气体的净化。
888脱硫催化剂是以三核酞菁钴磺酸盐金属有机化合物为主体的脱硫剂。它是高分子络合物，其分子结构的特殊具有很强的吸氧能力，且能将吸附的氧进行活化，888也能吸附H2S、HS-、Sx2-，并与被吸附活化了的氧进行氧化反应析出硫，生成的单质硫脱离888后，在溶液中微小的硫颗粒互相靠近结合，颗粒增大，变成悬浮硫。
湿式氧化法脱硫催化剂的氧化还原电位的范围为0.2V至0.75V，因为硫氢根被氧化成硫的氧化还原电位为0.141V，低于此值的氧化剂不能氧化硫氢根，而太高了生成付产物S2O32-、SO42-盐的量多，不利于再生，对系统产生腐蚀且消耗高，而888能成为良好脱硫催化剂的根本原因是其吸氧后成为氧化态载氧体，而氧化HS-后又变成还原态的载氧体，其氧化还原电极电位为0.41V，完全符合脱硫要求，而且888易溶于水和碱液，是理想的脱硫催化剂。888吸氧、活化、输出、氧化硫化氢后，还能继续吸氧活化，在脱硫液吸收脱硫、再生过程中，888自身结构保持稳定，在系统浓度较低的情况下，仍具有很强的催化能力。
888脱硫催化剂主要成分是酞菁钴金属有机化合物，其游离基具有较强的吸氧能力，从而降低了化学反应的活化能，加快了化学反应速度。在脱硫过程中，888脱硫催化剂的作用机理大致可分为以下4步：①在碱性溶液中，将溶解的O2吸附而活化；②在脱硫塔中，液体吸收气体中的硫化氢而电离的HS-和S2-吸附到催化剂的微孔表面，随即进行氧化还原反应。生成单质硫和多硫化物等；③反应生成物解析离开催化剂；④催化剂在再生过程中重新吸O2并活化。
主要化学反应如下：
吸收反应：
Na2CO3+H2S → NaHS+NaHCO3 (1)
COS+2Na2CO3+H2O → Na2CO2S+2NaHCO3 (2)
RSH+Na2CO3 → RSNa+NaHCO3 (3)
氧化反应：
NaHS+1/2O2 → S+NaOH (4)
2Na2CO2S +O2 → S+2Na2CO3 (5)
2 RSNa +H2O+1/2O2 →（RS）2+2NaOH (6)
再生反应：
[cat.]R+O2 → [cat.]OX (7)

3煤气脱硫项目设计
3.1设计条件及参数

表1：煤气脱硫设计条件参数

序号
项目
参数
备注
1
煤气发生炉数量
2套

2
煤气主管直径
D=1020mm

3
煤气发生炉风量
35000~38000 m3/h
单套
4
煤气处理量
2*38000m3/h
2套
5
煤气管道出口压力
21~22kpa

6
煤气温度（主管道）
夏季：45~550C；冬季：40~450C

7
煤气含水量
2~3%

8
每日用煤量
400~500t/d
24小时
9
燃煤含硫量
1.3%

10
入口煤气硫化氢含量
2500~2600 mg/m3

表2：脱硫设计要求

序号
项目
参数
备注
1
脱硫出口硫化氢含量
≤ 200mg/m3

3.2初步设计计算
根据业主方提供的设计条件参数进行初步设计，其主要指标如下：
表3
序号
名称
单位
指标
备注
1.
总煤气气量
m3/h
2*38000
2台
2.
入口煤气温度
℃
35~45

3.
入口含硫化氢浓度
mg/m3
2600

4.
入口含硫量
kg/h
197.6

5.
硫化氢出口浓度
mg/m3
120

6.
硫化氢去除量计算
kg/h
188.5

7.
硫化氢脱除效率
％
95

8.
半脱塔直径
mm
4000
2台
9.
贫液泵流量
m3/h
2*400

10.
脱硫液气比
l/m3
10.5

11.
喷淋密度
m3/ m2.h
31

12.
空塔气速
m/s
0.8

13.
富液槽容积
m3
110

14.
富液停留时间
min
8

15.
塔内脱硫液总碱度
N
0.5
PH=8~9
16.
再生池容积
m3
230
1台
17.
再生停留时间
min
17

18.
贫液槽容积
m3
110
1台
19.
贫液停留时间
min
8

20.
喷射氧化空气量
m3/h
4800

21.
再生吹风强度
m3/ m2.h
100

22.
硫磺生成量
kg/h
177

23.
硫膏（含水30%）
kg/h
252

3.3脱硫工艺流程
附：工艺流程图

__________________________________________________________________________________________________
16

3.4脱硫工艺设备简介
本项目采用纯碱为脱硫剂、888为催化剂的湿式氧化法脱硫工艺，再生采用喷射氧化再生工艺。本项目按2炉2塔方式配置。脱硫塔采用本公司专利产品---FS规流填料塔, 具有防堵、脱硫效率高、稳定可靠、经济实用等特点。
（1）气体流程：降温、除尘、除焦油的冷煤气由风机加压，进入脱硫塔底部，自下而上与塔内喷淋的脱硫液在填料层上逆流接触，煤气进一步冷却降温同时将煤气中的H2S脱除，脱硫后的煤气从脱硫塔顶部引出，经除雾器脱除水份后，送至业主下工序。
(2) 溶液流程：从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，在散堆填料床及规流填料床上吸收硫化氢后流至富液槽。富液槽的溶液（富液）用再生泵加压后，打入再生槽顶部，经喷射器进入喷射再生槽，同时吸入足够的空气，硫氢化钠被氧化并析出单质硫，达到催化剂及脱硫剂再生目的。再生好的溶液称为贫液，贫液经液位调节器进入贫液槽，出贫液槽的贫液用脱硫泵打入脱硫塔顶部，经喷头在塔内喷淋，溶液循环使用。
再生槽浮选出的单质硫呈泡沫悬浮于液面上，溢流至硫泡沫槽内，由硫泡沫泵打入压滤机制得副产品硫膏。压滤清液回贫液槽循环使用。
煤气脱硫工艺分三个工段，分别为吸收工段、再生工段和硫磺回收工段。
3.4.1吸收工段
含有硫化氢或有机硫的煤气在45℃左右从塔底进入FS规流填料吸收塔，在吸收塔旋流装置的导引下旋转上升，气体首先塔在下端多级规流床上与从塔顶进入的含催化剂的纯碱溶液逆流接触并发生化学反应，气体中的大部分硫化氢和有机硫生成单质硫而脱除，因规流塔优良的防堵性能，避免了变脱塔填料堵塞。
经规流床一级脱硫后，气体进入塔上端散堆固定床填料层，气体中少量的硫化氢和有机硫得到进一步脱除。固定床填料层为2段，每段高度6米左右，采用聚丙烯鲍尔环填料，塔内配有气、液分布器及再分布器、除雾器等塔内件。净化后的气体从吸收塔顶经除雾器除去液滴后排出进入业主方下一工段。
从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，在散堆填料床及规流填料床上吸收硫化氢后流至富液槽。富液由富液泵泵送入再生工段。

主要设备：
脱硫塔主要性能参数（表4）
项 目
单 位
参数
备注
－吸收塔型式

填料塔
2台
－流向（顺流/逆流）

逆流

规流床层数

1~2

填料高度
m
10
4段
－吸收塔前烟气量
m3/h
38000

－设计压力
kpa
50

－脱硫液/气比(L/G)
l/m3
10.5

－空塔气速
m/s
0.8

－吸收塔直径
m
4.0
初设
－吸收塔总高度
m
24
初设
－材质

吸收塔壳体

碳钢防腐

内件

16MnR 、316L、PP等

脱硫循环泵（贫液泵）
脱硫循环泵采用离心泵，流量Q=400m3/h, 压头H=30m, 电机功率75KW。贫液泵2塔共配置3台，2用1备。离心泵采用防腐耐磨材质，机械密封。
贫液槽：
贫液槽1个，直径约5000mm, 有效容积约115 m3，贫液停留时间8分钟左右。

3.4.2再生工段
喷射再生系统主要由富液槽、富液泵、喷射器、再生槽等组成。
富液槽内的富液由富液泵打入喷射式再生槽顶部的喷射器中，产生高达20m/s以上的高速液流，在喷射器内形成足够的真空度，足够量的空气被自动吸入再生槽内。在再生槽内，催化剂与氧气反应得到再生，再生后的贫液自流入吸收液槽，再经吸收液泵送回吸收塔循环利用；同时硫泡沫从再生塔顶部浮选出来，经溢流堰进入泡沫槽，再经硫泡沫泵打入硫磺回收工段。
自吸空气喷射再生技术成熟可靠。富液以一定压力进入喷嘴形成液体高速射流，喷嘴周围的吸气室产生负压，将空气吸入喷射器管内。空气呈细微气泡扩散于液相中，气液得到充分的接触，形成高速涡流状态，反应极为快速。再生效率在混合管中可达70％以上。喷射器喷嘴流速一般在20m／s以上，混合管长是管径的20倍。本公司定制的喷射器的制作精度高，尤其喷嘴内侧加工精度达到▽6精度以上。
富液槽：
富液槽设置于地下，混凝土防腐材质。有效容积约110 m3，富液停留时间8分钟左右。
富液泵：
富液泵采用离心泵，流量Q=400m3/h, 压头H=45m, 电机功率110KW。富液泵配置3台，2用1备。离心泵采用防腐耐磨材质，机械密封。
自吸空气喷射器：
喷射器选用富液喷射量为50 m3/h、自吸空气量300 m3/h的LJX300型号18只，其中2只备用。喷射器在再生槽径向均匀分布。
再生槽：
再生槽直径约8000mm, 有效容积约230 m3，再生液停留时间17分钟左右。

3.4.3硫磺回收工段
硫泡沫的处理一般有两种处理方法，生产熔融硫或生硫磺。生产生硫磺可采用自然沉降法或压力过滤法；生产熔融硫可采用连续熔硫釜或间歇熔硫釜熔硫。
自然沉降法：从再生工段来的硫泡沫经硫泡沫槽把进行初步澄清分离，清液回流到脱硫系，硫膏层经硫泡沫泵打至生硫膏沉淀分离池，生硫磺定期取出回收利用，清液返回再生槽。
压力过滤法：硫泡沫经硫泡沫泵加压送专用压滤机制得硫膏，过滤后的清夜回贫液槽循环利用，硫膏可直径回收利用。
本项目采用压力过滤法分离回收生硫磺工艺，可减少废液外排量及脱硫剂、催化剂损耗，保持良好的生产环境，降低操作强度；同时也减少了因连续熔硫工艺所需的蒸汽消耗及回流的清液温度高而加速脱硫负反应发生。

3.5装置防堵性能
本项目采用888法脱硫工艺及规流填料塔，具有优良的防堵特性。888催化剂具有抑制和消除硫泡沫堵塔的功能，再生效率高，贫液中悬浮硫含量在0.5g/l以下，溶液清亮，不积硫堵塔，自清洗能力强，有洗塔作用，能降低脱硫塔的阻力。
4主要设备清单
主要设备一览表（表5）
序号
设备名称
规格
材质
单位
数量
备 注
1.
脱硫塔
￠=4000，H=24000;设计压力：50kpa
优质碳钢
座
2
FS规流填料复合塔
2.
贫液槽
V=115 m3，￠5500*5000
碳钢防腐
台
1
吸收剂槽
3.
贫液泵
Q=400m3/h，H=30m，
电机功率：75KW
耐腐耐磨
台
3
2用1备
4.
富液槽
V=110 m3
L*W*H=6.5*3.5*5.5m
混凝土防腐
台
1

5.
富液泵

Q=400m3/h，H=45m，
电机功率：110KW
耐腐耐磨
台
3
2用1备
6.
再生槽
V=230 m3，￠8000/￠7000*7000
碳钢防腐
台
1

7.
喷射器
LJX300
玻璃钢
组
18
2组备用
8.
催化剂配置槽
V=1.5 m3，
不锈钢
台
1

9.
硫泡沫槽
V=5~8 m3，
碳钢防腐
台
1

10.
硫泡沫泵
Q=12m3/h; H=40m
电机功率：5.5KW
耐腐耐磨
台
2
一台备用
11
厢式压滤机
硫膏处理能力：0.5t/h
防腐型
台
1

12
滤液回收池
V=15 m3
混凝土防腐
个
1

13
滤液返回泵
Q=10m3/h; H=18m
电机功率：2.2KW
耐腐耐磨
台
2
一台备用
14
煤气输送管线系统

套
2

15
电气系统

套
1

16
控制系统

套
1

17
安装材料
管道、阀门等

套
1

18
安装调试

套
1

19
土建

套
1
业主方负责
20
防腐保温

套
1

备注：以上仅为初步设计设备配置，设备配置及规格等可根据现场实际情况及业主意见等进行相应调整。

5总平面布置

煤气脱硫工程主要由脱硫塔、富液槽、喷射再生槽、贫液槽、硫泡沫槽、硫膏压滤机、滤液池、贫液泵、富液泵、硫泡沫泵、滤液返回泵等几部分组成。应根据现场实际情况，充分利用场地空间，以节约土地费用。保证生产过程的物流通畅、运距最短、操作方便；不仅满足工艺要求，保证合理的生产，同时又能节约资金，能创造一个良好的生产和劳动环境。

备注：以上仅为初步设计的设备平面布置示意图，可根据现场实际情况及业主意见等进行相应调整。

6 质量保证及售后服务

1) 对承建的工程无论规模大小，无论是否在保修期内一律实行全方位优质服务。
2) 我公司对承建的设备实行长年跟踪服务，每半年对用户进行电话回访一次，并将设备的质量、性能、运行状态等情况存入电脑。定期召开专题会议进行分析，主动为用户排忧解难，确保设备安全运行。
3) 为买方免费培训操作人员。
4) 质保期内，在正常使用设备的情况下实行三包。提供所有安装资料及安装调试的服务计划。提供售前、售中、售后服务的措施，长期为买方提供优惠的备品备件。售后服务，将满足买方的要求，我们对客户的服务只有起点，没有终点。
5) 保质期过后，设备出现故障，我司承诺积极配合，2小时内做出反应，48小时内到达现场，及时解决问题，根据实际情况优价有偿服务。

附件：脱硫工艺流程图及平面布置示意图