中小型規(guī)模煤氣脫硫技術(shù)匯總及選型

　　導(dǎo)讀：生爐煤氣中的硫來(lái)源于氣化用煤，主要以H2S形式存在，氣化用煤中的硫約有80％轉(zhuǎn)化成H2S進(jìn)入煤氣，假如，氣化用煤的含硫量為1％，氣化后轉(zhuǎn)入煤氣中形成H2S大約2-3g/Nm3左右，而陶瓷、高嶺土等行業(yè)對(duì)煤氣含硫量要求為20-50mg/Nm3；假如煤氣中的H2S燃燒后全部轉(zhuǎn)化成SO2為2.6g/m3左右，比國(guó)家規(guī)定的SO2的最高排放濃度指標(biāo)高出許多。所以，無(wú)論從環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，還是從保證企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量而言，煤氣中這部分H2S都是必須要脫除的。

　　煤氣的脫硫方法從總體上來(lái)分有兩種：熱煤氣脫硫和冷煤氣脫硫。在我國(guó)，熱煤氣脫硫現(xiàn)在仍處于試驗(yàn)研究階段，還有待于進(jìn)一步完善，而冷煤氣脫硫是比較成熟的技術(shù)，其脫硫方法也很多。

　　冷煤氣脫硫大體上可分為干法脫硫和濕法脫硫兩種方法，干法脫硫以氧化鐵法和活性炭法應(yīng)用較廣，而濕法脫硫以砷堿法、ADA、改良ADA和栲膠法頗具代表性。

　　一干法脫硫技術(shù)

　　煤氣干法脫硫技術(shù)應(yīng)用較早，最早應(yīng)用于煤氣的干法脫硫技術(shù)是以沼鐵礦為脫硫劑的氧化鐵脫硫技術(shù)，之后，隨著煤氣脫硫活性炭的研究成功及其生產(chǎn)成本的相對(duì)降低，活性炭脫硫技術(shù)也開(kāi)始被廣泛應(yīng)用。

　　發(fā)生爐煤氣干法脫硫系統(tǒng)

　　1氧化鐵脫硫技術(shù)

　　最早使用的氧化鐵脫硫劑為沼鐵礦和人工氧化鐵，為增加其孔隙率，脫硫劑以木屑為填充料，再噴灑適量的水和少量熟石灰，反復(fù)翻曬制成，其PH值一般為8-9左右，該種脫硫劑脫硫效率較低，必須塔外再生，再生困難，不久便被其他脫硫劑所取代?，F(xiàn)在TF型脫硫劑應(yīng)用較廣，該種脫硫劑脫硫效率較高，并可以進(jìn)行塔內(nèi)再生。

　　2活性炭脫硫技術(shù)

　　活性炭脫硫主要是利用活性炭的催化和吸附作用，活性炭的催化活性很強(qiáng)，煤氣中的H2S在活性炭的催化作用下，與煤氣中少量的O2發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)生成的單質(zhì)S吸附于活性炭表面。當(dāng)活性炭脫硫劑吸附達(dá)到飽和時(shí)，脫硫效率明顯下降，必須進(jìn)行再生?；钚蕴康脑偕鶕?jù)所吸附的物質(zhì)而定，S在常壓下，190℃時(shí)開(kāi)始熔化，440℃左右便升華變?yōu)闅鈶B(tài)，所以，一般利用450-500℃左右的過(guò)熱蒸汽對(duì)活性炭脫硫劑進(jìn)行再生，當(dāng)脫硫劑溫度提高到一定程度時(shí)，單質(zhì)硫便從活性炭中析出，析出的硫流入硫回收池，水冷后形成固態(tài)硫。

　　二濕法脫硫技術(shù)

　　濕法脫硫應(yīng)用較早的方法是氨洗中和法，自從上世紀(jì)50年代初國(guó)外出現(xiàn)ADA法以來(lái)，我國(guó)也先后研制開(kāi)發(fā)了改良型ADA法、MSQ法、KCS法以及栲膠法等脫硫技術(shù)。

　　與干法脫硫相比，濕法脫硫技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)要稍晚一些，最早濕法脫硫技術(shù)是在焦?fàn)t煤氣和水煤氣的凈化方面首先應(yīng)用，隨著人們對(duì)發(fā)生爐煤氣高凈化度的要求，濕法脫硫技術(shù)才開(kāi)始應(yīng)用于發(fā)生爐煤氣行業(yè)。濕法脫硫技術(shù)應(yīng)用于發(fā)生爐煤氣凈化與其在焦?fàn)t煤氣和水煤氣的凈化方面的應(yīng)用略有不同，脫硫設(shè)備、工藝和操作參數(shù)都略有調(diào)整。

　　濕法脫硫可以歸納分為物理吸收法、化學(xué)吸收法和氧化法三種。物理吸收法是采用有機(jī)溶劑作為吸收劑，加壓吸收H2S，再經(jīng)減壓將吸收的H2S釋放出來(lái)，吸收劑循環(huán)使用，該法以環(huán)丁礬法為代表；化學(xué)吸收法是以弱堿性溶劑為吸收劑，吸收過(guò)程伴隨化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，吸收H2S后的吸收劑經(jīng)增溫、減壓后得以再生，熱砷堿法即屬化學(xué)吸附法；氧化法是以堿性溶液為吸收劑，并加入載氧體為催化劑，吸收H2S，并將其氧化成單質(zhì)硫，氧化法以改良ADA法和栲膠法為代表。

　　目前，在發(fā)生爐煤氣的濕法脫硫技術(shù)中，應(yīng)用較為廣泛的是栲膠脫硫法。它是以純堿作為吸收劑，以栲膠為載氧體，以NaVO2為氧化劑。

　　三中小規(guī)模煤氣用戶的特點(diǎn)

　　基于我國(guó)的國(guó)情及經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，在我國(guó)，不論民用煤氣還是工業(yè)用煤氣都存在大量的中小型用戶。中小型民用煤氣及部分中小型工業(yè)用煤氣（冶金、建材、化工、有色等行業(yè)），雖然用氣量不大，但對(duì)煤氣的質(zhì)量要求卻很高。而這些中小城市及中小工業(yè)用戶又得不到天然氣或液化石油氣，有的雖然可以得到液化氣但價(jià)格太高難以承受。因此這些中小城市及中小工業(yè)用戶不得不使用煤制氣。煤制氣中的干餾制氣（焦?fàn)t、直立爐、立箱爐等），煤氣質(zhì)量好、煤氣熱值高，但存在規(guī)模大、投資高、污染環(huán)境、焦炭及化產(chǎn)回收等問(wèn)題，中小用戶難以采用，這些中小用戶只能采用煤氣化制氣。

　　根據(jù)目前我國(guó)各個(gè)產(chǎn)煤地的煤炭質(zhì)量，煤炭氣化制得的煤氣用于民用除了常規(guī)的凈化（降溫、除塵、除油）外，還都需要脫硫，用于某些要求高的工業(yè)制品生產(chǎn)也需要脫硫。

　　煤氣中硫的來(lái)源及脫除要求煤氣中的硫來(lái)自原料煤中，存在形式主要是硫化氫，亦有少量有機(jī)硫。無(wú)論是干餾制氣還是氣化制氣，煤中的硫主要都轉(zhuǎn)化為硫化氫。在干餾制氣中煤中的硫約有17%轉(zhuǎn)化進(jìn)入煤氣，假設(shè)煤的含硫量為1%，則焦?fàn)t煤氣中的硫化氫含量約為5.625g/m3（以每噸煤產(chǎn)焦?fàn)t煤氣320m3計(jì)）；如果是直立爐制氣，則煤氣中的硫化氫含量約為5.140g/m3（以每噸煤產(chǎn)直立爐煤氣350m3計(jì)）。在氣化制氣中煤中的硫約有80%轉(zhuǎn)化進(jìn)入煤氣，仍假設(shè)煤的含硫量為1%，則無(wú)煙煤氣化煤氣中的硫化氫含量約為2.6g/m3（以每噸煤產(chǎn)煤氣3300m3計(jì)）；煙煤氣化煤氣中的硫化氫含量約2.8g/m3（以每噸煤產(chǎn)煤氣3000m3計(jì)）?！冻擎?zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)民用煤氣中硫化氫含量的要求為20mg/m3；要求高的工業(yè)用戶一般對(duì)硫化氫含量的要求為50mg/m3，因此都需要較為徹底的脫硫。

　　四脫硫方案的確定

　　具體到某項(xiàng)工程，脫硫方案的確定，既要考慮到可行性，又要考慮到經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于用氣量較?。ū热缑啃r(shí)五、六千立方米以下），而且煤氣中含硫量不高的用戶，可以考慮單級(jí)采用干法脫硫或濕法脫硫（用氣量特別小的，比如每小時(shí)兩、三千立方米以下不宜用濕法）。目前最常用的干法脫硫劑是氧化鐵和活性炭。通常，干法脫硫的脫硫工藝流程較為簡(jiǎn)單，但考慮到環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性，一般都要對(duì)脫硫劑再生使用，而氧化鐵和活性炭的再生從流程到成本都差別較大。

　　如采用氧化鐵脫硫劑，可以自制或購(gòu)買(mǎi)成型制品。自制氧化鐵脫硫劑，一般采用天然沼鐵礦或鐵屑摻以木屑、熟石灰及水，其制作成本較低。這種自制的氧化鐵脫硫劑，一般脫硫效率較高、脫硫效果較好，但其硫容較低、可再生次數(shù)較少。脫硫劑使用一段時(shí)間后需要再生，這種自制氧化鐵脫硫劑一般采用塔外再生。將脫硫劑取出，放在曬場(chǎng)上充分氧化再生，曬場(chǎng)上脫硫劑的厚度不宜超過(guò)300--400mm，并應(yīng)定期翻動(dòng)。這種自制的氧化鐵脫硫劑雖然成本低，但制作、再生都需要較大的場(chǎng)地、較多的人工，也比較麻煩，所以現(xiàn)在很多單位購(gòu)買(mǎi)成型的氧化鐵脫硫劑，也有許多單位研制成型的氧化鐵脫硫劑銷售。這些成型的氧化鐵脫硫劑，顆粒均勻、孔隙率大、強(qiáng)度較高、氧化鐵含量高、脫硫效率高、硫容大、可再生次數(shù)多，其再生可以在塔內(nèi)進(jìn)行，一般通入空氣即可。

　　氧化鐵脫硫劑的使用條件一般限定以下幾點(diǎn)：

　　1)溫度正常使用溫度以20—30℃為宜。溫度過(guò)高，將使氧化速度加快，相對(duì)降低了硫化速度，使脫硫效率降低，同時(shí)溫度過(guò)高將使硫化鐵的水合物失去水分，進(jìn)而影響脫硫劑的濕度及酸堿度，影響脫硫效果。溫度過(guò)低，會(huì)大大降低硫化速度，使脫硫效率下降，同時(shí)也將使煤氣中的水分冷凝下來(lái)，造成脫硫劑過(guò)濕。

　　2)水分脫硫劑宜保持25%--35%的水分，若水分小于10%將會(huì)影響脫硫操作。水分能保持硫化氫與氧化鐵的足夠接觸時(shí)間，減少脫硫劑結(jié)塊，并可溶解部分鹽類，防止其包在氧化鐵表面，影響脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。

　　3)含氧量煤氣中含有一定的氧，可以使氧化鐵在脫硫的同時(shí)實(shí)現(xiàn)再生一般以含氧1.0—1.1%為宜。含氧量過(guò)高會(huì)加速鐵的腐蝕和形成煤氣膠。

　　4)煤氣的雜質(zhì)含量煤氣中的焦油等雜質(zhì)要脫除干凈，否則容易造成脫硫劑表面被焦油等覆蓋而失效。

　　5)酸堿度氧化鐵脫硫一般要求在弱堿性（PH值8—9）的環(huán)境下進(jìn)行，PH值過(guò)高過(guò)低都會(huì)影響脫硫效率。

　　如采用活性炭作脫硫劑，一般購(gòu)買(mǎi)脫硫?qū)Ｓ没钚蕴俊；钚蕴磕軌蛎摮簹庵械牧蚧瘹浼坝袡C(jī)硫，這在很早已經(jīng)被認(rèn)識(shí)到，但工業(yè)化應(yīng)用在煤氣工程中是近十幾年來(lái)的事。這是隨著活性炭技術(shù)的提高，活性炭生產(chǎn)成本大幅度降低帶來(lái)的成果?；钚蕴棵摿蚓哂辛蛉萘看?、活性高、孔隙率大、脫硫效率高、機(jī)械強(qiáng)度高、耐水性好、氣體阻力小、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、易于再生、生產(chǎn)費(fèi)用低、可直接回收硫磺等優(yōu)點(diǎn)。

　　活性炭脫硫生產(chǎn)主要的工藝條件有：

　　1)溫度正常使用溫度可以在27—82℃，但最佳使用溫度為32—52℃，因此在寒冷地區(qū)使用，脫硫塔應(yīng)該保溫。

　　2)硫化物與氧含量的比值應(yīng)在1:2以上，氧含量不足時(shí)可補(bǔ)充空氣。

　　3)相對(duì)濕度煤氣的相對(duì)濕度應(yīng)在70—100%，濕度不足時(shí)可補(bǔ)充水蒸汽，但不應(yīng)帶液態(tài)水進(jìn)入活性炭床。

　　4)氣體中酸堿性要求活性炭脫硫要求堿性環(huán)境，如煤氣中不含堿性氣體成分，可以使用浸堿活性炭。

　　5)煤氣的雜質(zhì)含量煤氣中的焦油等雜質(zhì)要脫除干凈，否則容易造成活性炭表面微孔被焦油等覆蓋而失效。

　　6)壓力操作壓力應(yīng)小于5Mpa，目前一般的煤氣生產(chǎn)工藝都不超過(guò)此壓力。

　　對(duì)于用氣量稍大（每小時(shí)兩、三千立方米以上）、煤氣中含硫量又不太高的用戶可以采用單級(jí)濕法脫硫。濕法脫硫?qū)儆诔墒旃に?，主要有直接氧化法、化學(xué)吸收法、物理吸收法等。近幾十年的變化主要集中在對(duì)吸收液的改進(jìn)上。

　　目前應(yīng)用最廣的是直接氧化法。吸收劑主要有：碳酸鈉、氨水。而用得最多的是碳酸鈉。氧化劑經(jīng)歷了砷堿、萘醌、栲膠、蒽醌等的逐步改良，最近設(shè)計(jì)的工程一般使用RTS。一套完整的濕法脫硫系統(tǒng)包括了脫硫、脫硫液再生、脫硫液貯存循環(huán)、脫硫液加熱、硫磺加工回收等。對(duì)于硫磺產(chǎn)量較小的用戶，如果上馬一套完整的硫磺加工設(shè)備，象熔餾釜、硫泡沫槽、真空過(guò)濾機(jī)等，就顯得投資、生產(chǎn)成本太高了。因此，可以適當(dāng)簡(jiǎn)化，將不多的硫磺泡沫放入干化池中自然風(fēng)干，這樣就省去了許多設(shè)備，也大大降低了生產(chǎn)成本。

　　對(duì)于用氣量稍大或煤氣中含硫量較高的用戶，如果一級(jí)干法或濕法脫硫不能滿足要求，則可以采用干、濕法串連使用。對(duì)于中小型民用煤氣用戶，因?yàn)槊裼妹簹夤こ痰挠脩舭l(fā)展有一個(gè)逐步增加的過(guò)程，不可能一下子達(dá)到最終規(guī)模。所以，工程初期用戶數(shù)量較少時(shí)，可以采用簡(jiǎn)單實(shí)用的干法脫硫并預(yù)留濕法脫硫場(chǎng)地，待用戶擴(kuò)大后，若實(shí)踐證明脫硫費(fèi)用增加太多或不能滿足煤氣質(zhì)量要求，則可以增加濕法脫硫與干法串聯(lián)使用。

　　總之，中小型煤氣工程脫硫方式的選擇，應(yīng)根據(jù)煤氣的種類、性質(zhì)、煤氣量的大小、煤氣中硫化物的含量、煤氣質(zhì)量要求等綜合因素全面考慮。并應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源，考慮脫硫劑的來(lái)源、價(jià)格、副產(chǎn)品的處理、環(huán)境保護(hù)等。既要考慮到方案的可行性，又要考慮到投資建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，以達(dá)到最佳的效果。