东狮湿式氧化法加压脱硫新工艺（一）.docx

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1、东狮湿式氧化法加压脱硫新工艺（一）毕宝宽汪晓梅长春东狮科技（集团）有限责任公司我们国家一次能源结构呈现“富煤，少油，贫气”状态，煤炭在我国经济发展中有着举足轻重的位置，在煤基化工煤制合成气过程中煤中的硫在气化过程中会大多以无机硫化物及少量机硫化物的形式转化到气相中。煤气中的硫是以不同形式的硫化物存在的，其中大部分是以硫化氢形式存在的无机硫化物，还有少量的有机硫化物（主要有线基硫、二硫化碳、硫醇、硫壁等），有机硫化物在氢环境中较高温度下大部分可以转化成硫化氢。因此，在通常情况下，煤气脱硫也主要围绕硫化氢的脱除问题而进行，湿式氧化法脱硫以成熟稳定的技术特点在过去的几十年为传统煤化工行业的发展作出了

2、很大的贡献，这几年随着新型煤化工的发展尤其是煤气化装置大型化的发展，气体净化技术大多由低温甲醉洗等湿式非氧化法工艺配套完成。但是低温甲醇洗工艺投资大，在低温甲醇洗工艺中，硫化氢没有发生化学转化，而是被富集到酸性气体中，目前采用克劳斯工艺对酸性气体中的硫化氢进行处理。克劳斯硫回收是一种针对高硫含量酸性气的催化氧化流程，流程长，投资大。目前中小型煤气化及传统的煤制合成气工艺净化技术的选择和改造处于一个十分尴尬的局面，采用低温甲醇洗投资大流程长酸性气体达标排放存在较大难度；如何采用成熟的湿式氧化法脱硫技术提升，使用“新理念，新技术，新组合”来一次性完成硫化氢的脱除问题，缩短流程，减少投资，满足新型煤

3、化工的气体净化的设计和传统煤化工的气体净化的改造。近两年来，东狮公司在湿法脱硫领域围绕行业需求勇于探索敢于创新，研发了新的传质技术，融入了最新的设计理念，采用富液增容技术，无填料传质技术，闪蒸控制技术等专利专用技术，成功地开发了加压合成气湿法脱硫新工艺。很好地满足高压，高二氧化碳，高硫化氢，高净化度的“四高工况条件下的脱硫需要。这一专有技术已经在多套洁净煤气化的湿法脱硫装置中成功应用，并取得很好地效果；这技术的应用还可以在传统的合成氨尿素厂对加压脱硫塔进行改造也可将半脱停掉在变脱中完成硫化氢的直接脱除大大的简化了流程降低了费用。还可以和PSA脱碳工艺组合使用在中小气量的气化工艺中代替低温甲醉洗

4、等脱硫脱碳工艺，技术优势明显。一、研发背景传统煤化工的变换气脱硫承担着粗脱和精脱之间的脱硫重担，压力一般在0.83MPa不等，脱后硫化氢指标一般在10mgNm3以下，半水煤气经过变换大部分有机硫转化为无机硫硫化氢，变换气脱硫起到了一个再脱硫的作用，变换过程Co变换成CO2,变换气脱硫存在着CO2影响问题，且CO2分压越高影响越大。东狮技术团队二十几年现场服务过程中还发现对于加压脱硫，脱硫塔如果选用填料塔形式，在加压条件下操作，气液接触时间较长受气体中较高C02含量的影响，硫泡沫的聚合和浮选困难，容易引起填料塔堵塔，带液，效率低；溶液PH控制困难很难检测到有效成分碳酸钠大多都以碳酸氢钠的形式存在

5、；脱硫液硫容低脱硫液循环量大，动力消耗高等问题一度制约着湿式氧化法脱硫技术在加压脱硫的应用，成为技术瓶颈。新型煤化工的发展尤其是洁净煤气化技术的技术进步，合成气呈现出：高压，高C02,高H2S,高净化度”等特点。大气量的气体净化大多采用低温甲醇洗工艺，投资大，流程长，中小气量的装置很难接受低温甲醇洗的投资和硫回收投资代价。成熟稳定的湿法脱硫技术如何在新型煤化工的脱硫成功应用成为行业关注的焦点，和PAS等脱碳工艺联合使用完成脱硫脱碳的技术配置降低投资是行业所需。二、加压脱硫设计理念合成气在高二氧化碳分压条件下煤气中的CO2对脱硫液组分，吸收再生和硫泡沫的聚合浮选等过程影响很大。在高压高硫化氢高二

6、氧化碳高净化度的“四高工况下的脱硫设计对技术要求是很特殊的，必须采用高效的传质技术利用硫化氢快速反应和高选择性吸收的特点，在吸收过程设计减少在塔内气液接触的时间从而减少高二氧化碳分压对脱硫液组分的影响，完成快速吸收的技术配置；在再生过程设计采用慢速再生的设计理念，重点使用富液增容，能量回收，高效闪蒸等方面的技术应用，特殊情况下可考虑增设富液槽。我们在工程设计中充分利用高二氧化碳的特点在吸收过程采用富液增容技术，无填料传质技术，组合反应技术完成吸收过程设计，大大提高了脱硫效率。三、“四高”工况的脱硫设计主要技术及设计特点脱硫塔结构型式较多，目前大多厂家以填料塔为主，填料塔以散装填料为多。散装填料

7、塔具有结构简单、气液接触面积大、阻力小、操作弹性大和运行稳定等特点，但填料脱硫塔在“四高”工况下的脱硫问题也越来越突出，液气比大，填料塔堵塞的现象越来越严重，有的已经严重影响了企业的正常生产。在“四高”工况下的脱硫必须改变传统模式和理念设计才能满足加压原料气脱硫的生产需要和发展需要因此对于脱硫塔内件及填料的改造已迫在眉睫。3.1无填料传质技术(专利号为：201610855852.8)的开发及工业化的成功应用是目前解决这一问题的关键技术。是一种全新的硫化氢脱除的传质形式。和现有技术相对比，无填料传质技术包括气体均布装置；气液湍动装置，气汽传质装置组成具有如下特点：(1)采用了模块化设计，每层塔板

8、都包含有大量的微型气泡发生器，这些微型气泡发生器在塔盘上呈三角形分布，分布均匀，无死角，这样更有利于气体均布；微型气泡发生器的出气管与塔盘垂直，周围开若干排出气孔，由于特殊的设计，液体不会通过气体通道进入下部塔盘，因此不会出现气液抢道的问题。(2)在持液层内增加气液湍动装置强化传质，利用专用的破泡结构，使得气泡在上升过程中不能聚集，气泡破泡后重新分配，气液接触界面不断更新，从而极大地提高脱硫效率，或者在同样的脱硫效率下，可以降低塔盘持液层的高度，从而使得整个系统阻力下降。(3)无填料脱硫塔通过对气泡发生过程和分布状况的优化，利用高二氧化碳分压及二氧化碳发泡性的的特点，采用专门的技术控制在液面以

9、上存在气汽传质区，大大提高了脱硫精度，含硫气体经过无填料脱硫塔的吸收后，可达到高气体净化和脱硫效率。无填料传质技术具有以下功能和特点：(1)如果用于新塔设计，在直径不变的情况下，塔的高度要比填料塔降低1/3左右。(2)无论用于新塔设计还是旧塔改造，该装置投入运行后，脱硫液的硫容要增加倍左右，这样溶液的循环量要比填料塔降低50%左右。（3）该装置在用于新塔设计时，由于塔的高度大幅度降低，因此在选取泵的扬程时也要比原来低10米左右，这样大大降低了脱硫系统的动力消耗。（4）由于气液接触时间大幅度降低，由于接触时间短脱硫原料气中CCh对脱硫液组分的影响将得到有效的改善，这更加有利于脱硫液对硫化氢的选择

10、性吸收、溶液的再生、硫泡沫的浮选以及降低NaHCo3的生成率。（5）如果用于旧塔改造，该装置投入运行后，该塔的生产能力将提高30%以上。（6）如果用于新塔设计，与填料塔相比，可节省3050%的一次性投资费用。3.2富液增容技术处理低含硫气体的加压脱硫设计硫容一般都比较低在0.05g1左右，塔底富液只要在合适的条件下还是具有H2S的吸收能力。我们采用塔底富液吸收器完成气体的初始分布和富液的第一次增容吸收；采用对冲式管道反应技术和塔底雾化技术组合使用完成富液的第二次增容，大大的提高了硫容，提高了净化度，降低了循环量，减少了动力消耗。对冲式管道反应技术（专利号：201621085277.X）对冲式管

11、道反应器是我公司近两年推出的一种新型的气液反应装置，具有结构简单、反应快捷、效率高、运行费用低的特点，深受用户好评。其工作原理是利用气液两相相向高速流动产生的冲击力，使气液高度混合形成高速湍流的泡沫区，在这一区域内，气液两相相互包裹（形成互为分散相状态），接触面积非常大。对冲式管道反应器有三个液液反应过程，分别是：泡沫区、并流区和二次湍流混合区，这使得对冲式管道反应器能够在很短的时间内取得较高的气液反应效率。对冲式管道反应器有以下几个特点：（1）净化效率高，对冲式管道反应器净化反应迅速、快捷、充分，效率高于填料塔、喷淋塔等传统设备；（2）能耗低，对冲式管道反应器利用了气液体的运动能量，用较少的

12、脱硫液即能达到较高的脱硫效率，其硫容高于其它任何一种脱硫方法；（3）喷嘴不易堵塞，操作稳定可靠，系统阻力低且永不变化，不产生硫堵现象；（4）投资低，应用范围广。对冲式管道反应器不仅可以用于脱硫过程，也可以用于其它气体净化过程，包括传质、吸收降温、除尘等场合。同样的脱硫效率投资只有填料塔的五分之一到三分之-O另外对冲式管道反应器只是一根竖管道，几乎不占用任何空间。采用该技术的脱硫装置与传统装置比较，具有操作简单、脱硫效率高、脱硫液用量少、不产生硫堵、占地面积小等特点，是对现有脱硫技术的补充与发展。运行阻力小，常压和加压脱硫均可适用，对于现有装置，在塔前串一套本装置，可以大大地减轻脱硫塔的负荷，降

13、低脱硫液用量，提高脱硫精度，对于两塔串联运行的，有可能减少一级脱硫塔。3.3闪蒸控制技术在“四高”工艺条件下，气体中COz对脱硫液成分的影响显著增大，我公司采用了闪蒸控制技术，传统的卧式闪蒸槽已经无法满足工艺要求.使用解吸效率更高的闪蒸塔。闪蒸塔内设置了数层东狮专用不同结构的解吸塔板，采用雾化与高效闪蒸的控制技术设计。在二氧化碳分压在1.6MPa以内，通过能量回收、闪蒸、气提，可以将在吸收过程中溶解在脱硫液中的CO2基本解吸出来，减少了CO2对溶液的影响。闪蒸后的脱硫液依靠余压进入再生槽喷射器，完成脱硫液的再生和硫单质的浮选过程，减少了能源消耗。四、中小气量加压气化配套硫化氢的脱除及传统煤化工

14、取消常脱直接变脱脱除硫化氢的技术应用案例高含硫气体脱硫，目前在生产中出现的问题较多，如果使用传统的填料塔来做，通过这几年工业化生产的实际情况看，会面临堵塔的问题。而且Co2含量越高、压力等级越高，这种现象就越明显。随着新型煤化工的发展和加压气化技术的需要，湿式氧化法脱硫技术如何满足该工况的设计是行业关注的焦点也是东狮人的研究重点。尤其是固定床配置的传统煤化工脱硫包含常压脱硫和加压脱硫两级脱硫，存在着运行费用高，管理流程长等问题，在这个领域也可以采用采用这一技术配置完成脱硫改造，降低费用，提高竞争力。本应用领域设计采用了组合反应技术技术和无填料传质技术及富液增容技术相结合的工艺方案。这种工艺方案

15、可以从很大程度上降低运行费用，降低投资，提高效率，解决了堵塔带液效率低的问题。新工艺的应用领域：加压粉煤气化，多元料浆气化气脱硫；湿式非氧化法脱H2S；传统领域的气体脱硫。应用案例：绍兴化工有限公司是浙江康恩贝集团旗下一家具有40多年化工生产历史的国有转民营的化工企业，公司主要产品有液氨、液体二氧化碳、工业氢气、农用碳酸氢筱、氨水、甲醇等。2015年，该公司的高浓度废液资源化处理，无公害示范装置EPC工程项目由西北化工研究院总包。长春东狮公司于2015年7月同西北化工研究院订了工艺技术设计包授权使用合同。本项目采用了长春东狮所拥有的以下专利、专有技术及核心设备：东狮湿法脱硫工艺、888脱硫催化

16、剂、DSP型高效雾化吸收装置、无填料传质技术，脱硫塔复合高效传质内件、PSC自吸式空气喷射器及闪蒸塔专用DSJ型解析塔盘等。项目工艺设计相关参数原料规格（本项目的原料为变换气，煤气采用水煤浆制气，掺烧危废）名称COH2CO2N2CH4ArH2SCOS合计组成（vo1%干基）1.553.9743.980.250.010.100.250.02IOO干基总量27042.30Nm3Zh水101.68Nm3Zh温度40C压力1.65MPaG设计产品规格（本项目的产品的为脱硫净化气）1）压力1.63MPa.G2）温度403）流量24000Nm3h4）H2S含量30mgNm3该项目于2017年4月2日投料开车，经过近一个月的调试，达到了较令人满