煤氣脫硫的幾種方法
前言：能源是人類(lèi)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著人們環(huán)境保護(hù)和保證企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)的提高，人們對(duì)能源的潔凈利用開(kāi)始日趨重視。發(fā)生爐煤氣作為我國(guó)主要能源之一煤炭的一種潔凈利用方式，在我國(guó)的玻璃、建材、化工、機(jī)械、耐火材料等行業(yè)被廣泛的應(yīng)用，近年，人們對(duì)煤氣凈化程度的認(rèn)識(shí)已經(jīng)不止是煤氣中的含塵量、含焦油量和含水量等的概念，人們開(kāi)始更加重視煤氣中的含硫量。
煤氣中的硫絕大部分以H2S的形式存在，而H2S隨煤氣燃燒后轉(zhuǎn)化成SO2，空氣中SO2含量超標(biāo)會(huì)形成局域性酸雨，危害人們的生存環(huán)境，我國(guó)對(duì)燃燒發(fā)生爐煤氣爐窯規(guī)定其SO2的最高排放濃度為900mg/m3；另一方面，SO2對(duì)諸如陶瓷、高嶺土等行業(yè)的最終產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，鑒于以上因素，發(fā)生爐煤氣中H2S的脫除程度業(yè)已成為其潔凈度的一個(gè)重要指標(biāo)。
1、煤氣脫硫方法
發(fā)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20-50 mg/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。
2、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。
2.1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。現(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。
氧化鐵脫硫和再生反應(yīng)過(guò)程如下：
(1)脫硫過(guò)程
2Fe(OH)3+3H2S Fe2S3+6H2O
Fe(OH)3 + H2S 2Fe(OH)2+S+2H2O
Fe(OH)2 + H2S FeS+2H2O
(2)再生過(guò)程
2Fe2S2+3O2+6H2O 4Fe(OH)3+6S
4FeS+3O2+6H2O 4Fe(OH)2+4S
氧化鐵脫硫劑再生是一個(gè)放熱過(guò)程，如果再生過(guò)快，放熱劇烈，脫硫劑容易起火燃燒，這種火災(zāi)現(xiàn)象曾在多個(gè)企業(yè)發(fā)生。
活性氧化鐵脫硫工藝流程如圖1
2.2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。活性炭的再生根據(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。
活性炭脫硫的脫硫反應(yīng)過(guò)程如下：
2H2S + O2 S+2H2O
活性炭脫硫再生工藝流程如圖2
3、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。其脫硫及再生反應(yīng)過(guò)程如下：
(1) 吸收：
在吸收塔內(nèi)原料氣與脫硫液逆流接觸硫化氫與溶液中堿作用被吸收：
H2S+Na2CO2=NaHS+NaHCO2
(2) 析硫：
在反應(yīng)槽內(nèi)硫氫根被高價(jià)金屬離子氧化生成單質(zhì)硫：
NaHS+NaHCO2+2NaVO2======S↓+Na2V2O2+Na2 CO2+H2O
(3) 再生氧化
在噴射再生槽內(nèi)空氣將酚態(tài)物氧化為醌態(tài)：
2HQ+1/2O2====2Q+H2O
以上過(guò)程按順序連續(xù)進(jìn)行從而完成氣體脫硫凈化。另有資料和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在酚被氧化為醌的同時(shí)有雙氧水生成，故再生氧化也可按下式表達(dá)：
2HQ+O2====2Q+H2O2 生成雙氧水
H2O2+V+4 ====V+5+H2O
HS_ +V +5 ====S0↓+V+4
其脫硫和再生工藝流程如圖3：
圖3 濕法栲膠脫硫和再生工藝流程
(1)氣體流程：
降溫、除塵、除焦油的冷煤氣由煤氣加壓機(jī)升壓至1800～2000mm水柱，進(jìn)入脫硫塔底部，自下而上與塔內(nèi)噴淋的脫硫液逆流接觸，將煤氣中的H2S脫除至50 mg/Nm3以下，脫硫后的煤氣從脫硫塔頂部引出，經(jīng)捕滴器脫除水份后，送至用戶。
(2)溶液流程：
從脫硫塔頂噴淋下來(lái)的溶液，吸收硫化氫后，稱為富液，經(jīng)脫硫塔液封槽引出至富液槽。在富液槽內(nèi)未被氧化的硫氫化鈉被進(jìn)一步氧化，并析出單質(zhì)硫，此時(shí)，溶液中吸收的硫以單質(zhì)懸浮狀態(tài)存在。出富液槽的溶液用再生泵加壓后，打入再生槽頂部，經(jīng)噴射器進(jìn)入噴射再生槽，同時(shí)吸入足夠的空氣，以達(dá)到氧化栲膠和浮選硫膏之目的。再生好的溶液稱為貧液，貧液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器進(jìn)入貧液槽，出貧液槽的貧液用脫硫泵打入脫硫塔頂部，經(jīng)噴頭在塔內(nèi)噴淋，溶液循環(huán)使用。
再生槽浮選出的單質(zhì)硫呈泡沫懸浮于液面上，溢流至硫泡沫槽內(nèi)，上部清液回貧液槽循環(huán)使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副產(chǎn)品硫磺。
4、干法脫硫與濕法脫硫技術(shù)綜合比較
4.1 干法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn)
4.1.1 干法脫硫的優(yōu)點(diǎn)
在選用反應(yīng)活性好硫容高的脫硫劑的前提下，干法脫硫脫硫效率高，比較適宜處理含H2S較低的煤氣，因?yàn)椋簹庵蠬2S過(guò)高會(huì)造成脫硫劑很快失效。
4.1.2干法脫硫的缺點(diǎn)
(1)干式氧化鐵法脫硫
設(shè)備笨重，脫硫劑再生大多為間歇再生，每次再生完畢，必須用蒸汽將塔內(nèi)的殘余空氣吹凈，煤氣分析合格后，方能倒塔送氣，否則會(huì)引起爆炸；另外，更換脫硫劑時(shí)，操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作不當(dāng)很容易起火燃燒，較為危險(xiǎn)。
(2)干式活性法脫硫
脫硫劑再生使用的過(guò)熱蒸汽不易獲得，而且再生效果很難達(dá)到要求，多數(shù)廠家干脆就不再生，而是取出后更換新的活性炭。
干式脫硫，由于硫的吸附，會(huì)增加脫硫劑床層的阻力，即而引起煤氣壓力波動(dòng)，不利于窯前煤氣的正常燃燒；另外，采用干式脫硫，脫硫效率隨著脫硫劑應(yīng)用時(shí)間增加而不斷降低，不利于控制最終產(chǎn)品質(zhì)量；而且，由于干法脫硫大多屬于間歇再生，為了不影響企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)，必須設(shè)置備用脫硫塔，造成設(shè)備閑置浪費(fèi)。
4.2 濕式栲膠法脫硫優(yōu)缺點(diǎn)
4.2.1濕式栲膠法脫硫優(yōu)點(diǎn)
濕式栲膠法脫硫整個(gè)脫硫和再生過(guò)程為連續(xù)在線過(guò)程，脫硫與再生同時(shí)進(jìn)行，不需要設(shè)置備用脫硫塔；煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過(guò)調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時(shí)加以控制，凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定。
4.2.2 濕式栲膠法脫硫缺點(diǎn)
設(shè)備較多，工藝操作也較復(fù)雜，設(shè)備投資較大
4.3 運(yùn)行成本比較
從煤氣站脫硫系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用來(lái)看，活性炭脫硫和氧化鐵法脫硫較濕法栲膠脫硫要略低一些，但考慮干法脫硫需要再生的費(fèi)用，則干法脫硫和濕法栲膠脫硫方法比較，其運(yùn)行成本相差不大。最近，我公司研制成功了一種新型濕法脫硫劑，可以替代價(jià)格較貴的栲膠和礬，使?jié)穹摿虺杀敬蟠蠼档停溥\(yùn)行成本已經(jīng)低于干法脫硫。
5、干法脫硫與濕法脫硫技術(shù)結(jié)合應(yīng)用
對(duì)于一些對(duì)煤氣中的H2S比較敏感的行業(yè)，可以結(jié)合干法脫硫與濕法脫硫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將兩種脫硫方法結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，利用濕法脫硫先將煤氣中的大部分H2S脫除，然后，再利用干法脫硫?qū)γ簹庵械腍2S進(jìn)行精脫，從而，達(dá)到較高的脫硫凈度。這樣既利用了濕法脫硫可以在線調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)，又利用了干法脫硫脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，并克服了由于干法脫硫脫硫劑硫容因素造成的脫硫劑失效過(guò)快的問(wèn)題。
結(jié)語(yǔ)：為了保持人們優(yōu)良的生存環(huán)境和提高企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)煤氣進(jìn)行脫硫是非常必要的，而采用何種脫硫方法確是值得廠家研究與探討，我們?cè)谶x擇何種脫硫方法，要結(jié)合各種脫硫方法的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)化選擇。
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