煤炭气化工程课本寇公编

1、第八章煤气脱硫 煤气中的硫来源于煤。在煤炭气化过程中，煤中的含硫量约有80进入煤气，而其余的则残存于灰渣中。煤气中的硫有无机硫和有机硫两种，其中以硫化氢为主。煤气的脱硫主要是脱除硫化氢，近些年来也开始注意脱除有机硫。 煤气的脱硫应根据煤气的用途而定，例如城市煤气，规定煤气中H2S含量不超过20mgm3(标准)。作为工业燃料气，由于煤气中的硫化氢经燃烧后将转变为二氧化硫排放于大气，污染了环境。随着环境保护的加强，工业燃料气的脱硫日益受到重视。特别是用于某些工业部门(如炼制特种钢)的燃料煤气，对煤气中硫化氢含量有严格要求。 脱除硫化氢的方法分为干法脱硫与湿法脱硫两大类。本章分别介绍其脱硫原理、工艺

2、流程、主要设备计算等。当前随着气化新技术的开发以及高温煤气的直接应用，煤气的高温脱硫也正在开发研究。 干法脱硫具有工艺简单、成熟可靠的特点，既能脱除煤气中的硫化氢，也能脱除氰化物、氧化氮及焦油雾，脱硫的净化程度较高。当要求煤气的脱硫程度较高或煤气处理量较小时常采用此法 目前我国最常用的干法脱琉是氧化铁法，即以氧化铁为脱硫剂。 氧化铁法是一种古老的脱硫方法。最早采用的常温氧化铁法脱硫至今仍在大量应用，近代又开发了中温氧化铁脱硫，并正在研究高温氧化铁脱硫。氧化铁脱硫方法的分类如表81所示。 一、过程原理 生产过程包括脱硫与再生。含有硫化氢的煤气通过脱硫剂时，硫化氢与脱硫剂作用，生成硫化铁与硫化亚铁

3、。脱硫剂中除了氧化铁外，还均匀地加入水分。因此在有水存在的条件下，氧化铁(Fe2O3)便成为氢氧化铁Fe(OH)3)。所以煤气中的硫化氢是与脱硫剂中的活性氢氧化铁进行反应。在碱性(脱硫剂中添加少量石灰)时，脱硫反应式为2Fe(OH)3 + H2S Fe2S3 + 8H2O2Fe(OH)3 + H2S 2Fe(OH)2 + S + 2H2OFe(OH)2 + H2S FeS + 2H2O吸收硫化氢的反应速度取决于煤气与氧化铁的接触程度，为此在脱硫剂中加入少量的锯木屑，使堆放的孔隙率不低于50。吸收硫化氢后的脱硫剂，在有水分的存在时，可以用空气中的氧进行再生。铁的硫化物又转化为氢氧化铁，并析出元素

4、硫，元素硫逐渐沉积在脱硫剂中。 当水分充足时，再生反应式为实际上，当煤气中含有一定量的氧时，脱琉的同时也进行着再生反应。为使反应向有利于生成Fe(OH)3的方向进行，在脱硫前向煤气中通入一些水蒸气。二、脱硫剂目前常用的脱硫剂有：1、天然沼铁矿85%以上的颗粒直径为I一2mm的天然沼铁矿，按先例掺混木屑和熟石灰，其重量比为 ：沼铁矿95、木屑4一4.5、熟石灰1一0.5。进箱脱炕剂含水分30左右。天然沼铁矿含高价铁50一60，脱硫效率较高。 2人工氧化铁将颗粒直径为0.62.4mm的铸铁屑与木屑按重量比I：I掺泥，洒水后充分翻晒，进行人工氧化，控制三氧化二铁(Fe2O3)与氧化亚铁(FeO)的含

5、量比大于15，作为氧化合格指标。在进箱前再加入0.5熟石灰，脱硫效果较好。由于干法脱硫的脱硫精度高，当前使用极为普遍。为了提高脱硫效率、降低脱琉剂成本、不少单位正从事脱硫剂的研究，尽量利用工厂下脚铁泥。如颜料厂、硫酸厂、钢铁厂或氮肥厂的含铁废料，经处理后作为脱硫剂的原料。这些下脚铁泥的主要成分为氧化铁。又为了增加煤气与脱硫剂的接触，也可用焦炭屑等多孔物来代替木屑。在选择脱硫剂时，可以用吸附硫存量作为评价指标。 脱硫剂应保持一定的碱度，除加入一定量的熟石灰使之呈碱性外，也可喷洒稀氨水，控制pH值在89左右较为合适。 由于反应后元素硫不断沉积在脱硫剂上，同时焦油雾等杂质会使脱硫剂结块，从而使用力上

6、升，脱硫效率下降，因此脱硫剂需定期再生或更换。目前国内通常采用箱外再生门的方法。一般消况下，新脱硫剂的使用时间约为半年，经过再生后的脱硫剂使用时间约为三个月左右。根据资源情况及脱硫效率，脱硫剂可以便用一次即废奔，也可以经再生一、二次使用后废弃。三、工艺过程及装置典型的常温氧化铁法工艺流程如图81所示。其中脱硫装置的数目可多于两个。根据工艺要求，煤气以串联或并联的形式通过脱硫箱。为了延长脱硫剂的使用周期，也可以采用定期改换箱内煤气流向的操作方法。改变脱硫箱的煤气进出口，就可使煤气在箱内成向上流或向下流。工艺要求： 操作温度: 2530 操作压力: 常压脱硫剂水分： 25一35；脱硫剂碱度： pH

7、89；脱硫剂阻力： 每米高的脱硫剂不大于2000Pa。四、脱硫箱和脱硫剂用量的计算目前国内常用的常温常压脱硫装置为箱式。脱硫箱为长方形的槽，箱体材质可用铸铁、钢或钢筋混凝土；当采用钢板脱硫箱时，箱体应采取适当的防腐措施。箱式脱硫装置如图82所示，箱内放三层木格子，木格上堆放脱硫剂。为了更换脱硫剂及吊装箱盖，箱体上应设置吊装设备。通常整个箱式脱硫装置由四组设备组成，其中三组并联操作，另一组为备用。脱硫箱的设计参数：煤气通过脱硫箱的气速711mm/s煤气与脱硫剂的接触时间 130200S每层脱硫剂厚度300一500mm脱硫剂用量按下式计算： 式中 V每小时每1000m3(标准)煤气脱硫剂的容积（m

8、3） S煤气中硫化氢包含量（体积%）；f新脱硫剂中活性三氧化二铁的含量（)，一般取15%-18%。 新脱硫剂的密度(t/m3)，一般取0.80.9tm3。 当已知煤气处理量时，先取煤气在一个箱内的流速，求出所需脱硫箱截面积。再根据选定的接触时间、每个脱硫箱的层数及每层脱硫剂厚度，求出所需的箱数，并确定采用串联或并联的操作形式。由此求得的股硫剂量，再与式(81)的计算结果进行比轮如两者相差较多时，则根据公式计算之脱硫剂用量来调整所选取的流量与接触时间。接触时间是空间速度的倒数，也称标准接触时间。当煤气中硫化氢含量小于3g/m3(标准),则硫化氢含量每g/m3(标跟)的空间速度为36h-1，当煤气

9、中硫化氢含量为48gm3(标准)，则空间速度为8h-1。一般常温常压下的空间速度为20一25h-1。五、工艺布置 脱硫箱可布置成高架式(如图83所示)。高架式干法脱硫装置的主要设备如图82所示，该表适用于煤气处理量力8000M3(标准)h，进口硫化氢含量为2gm3。高架式便于脱硫剂的卸料，但需建混凝土框架来支承脱硫箱 脱硫箱装置也可布置成地地下式或半地下式。这种标置便于装脱硫剂。 在工艺布置时必须考虑有足够的脱硫剂翻晒场地。当采用高架式布置时，顶部可布置成混凝土晒场，这时，需另外再设一晒场，其面积等于脱硫箱总面积。当无顶层晒场时，则晒场面积应为脱硫箱总面积的二倍左右。服硫箱进出口煤气管道的配设

10、应能既便于脱硫箱的轮换，又能使脱硫箱可以按并联或串联进行操作。干法脱硫除了可用脱硫箱外，也可采用脱硫塔。脱硫箱占地面积大，翻晒脱硫剂麻烦，采用脱硫塔后可克服这些缺点。六、加压下的氧化铁法常温氧化铁脱硫为一级反应，反应速度与硫化氢的分压成正比，采取加压脱硫能使反应加快，并能提高净化度及硫容量。在加压下操作，更可提高气流线速，也即提高了设备的处理能力。当压力由常压提高到106Pa时，净化度可提高一倍，由于硫容量的提高使脱硫剂用量减少50%。在加压下脱硫，气体与脱硫剂的实际接触时间是标准接触时间的数倍至数十倍，因此加压下容许采用较大的空间速度，如30100h-1。 加压时脱硫的装置通常采用钢制脱硫塔

11、，如图8-4所示。塔内可重叠放置814个脱硫筐，每层筐内放置两层脱硫剂。第二节湿法脱硫 湿法脱硫可以分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法(直接转化法)三类。物理吸收法是采用有机溶剂为吸收剂，通常在加压下吸收，吸收硫化氢后的吸收剂(称富液)经减压后释放出硫化氢，溶剂可循环使用，如环丁砜法即属物理吸收法。化学吸收法是选用弱碱性溶液为吸收剂，吸收过程件有化学反应，吸收硫化氢后的富液经增高温度、减低压力后得到再生，如醇胺法、热钾碱法即属化学吸收法。氧化法是采用碱性溶液为吸收剂，并加入载氧体起催化作用，将硫化氢吸收并氧化成元素硫。 虽然脱硫的方法很多，但基本上是包括吸收与再生两部分。吸收的目的在于用吸收剂

12、将气体中所含的硫化氢尽可能脱除，使脱硫后的煤气符合工艺要求。再生的目的在于使吸收了硫化氢之后的吸收剂复原，并回收其中的硫。 本书仅对几种常用的湿法脱硫方法加以介绍。 一、吸收的基本原理气体吸收是气相中的可溶组分向液相传递的过程。可溶组分首先从气相主体传向两相界面，通过界面再溶入液相。 根据双膜理论认为，在气液两相接触的自由界面附近，分别存在着作滞流流动的气膜和液膜。气相中被吸收的组分必须连续通过此两层废才能进入液相主体。由于气膜和液膜在任何情况下均呈滞流，所以又称为滞流膜。滞流膜是气体吸收的阻力，即气体通过气膜与液膜的分子扩散阻力构成了吸收的总阻力。两相的流动情况影响着膜的厚度，如气体的流速越

13、大，气膜就越薄。 吸收速度 式中 NA吸收速度，即被吸收的气体组分A通过气液界面的移动速度; KG气膜吸收系数； KL液膜吸收系数；PAG，PAiA组分在气相主体中的及液相液面主体中的浓度。CAi，CALA组分在气相液面及液相主体中的浓度。若气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，则 C=HP*式中 C液相主体中A组分的浓度; P*与液相主体浓度平衡的气相分压; H溶解系数，即气液两相平衡线的斜率。对于两相界面 Ci=HPi式中 C液相主体中A组分的浓度； P*与液相主体浓度相平衡关系的气相分压； H溶解系数，即气液两相平衡线的斜率。 对于符合亨利定律的稀溶液(即平衡线为直线)，吸收塔

14、中过程的推动力可以用塔顶与塔底的对数平均分压差来计算 式中 P1、P2分别为塔底与塔顶气相中被吸收组分的分压； P1*、P2*分别为塔底塔顶与液相组成相平衡的气相分压对于填料吸收塔，吸收速度可表示为 式中 G被吸收组分量(molh)； F所需填料接触面积(m2)； KG气相总吸收系数mol(m2.h.Pa)。 P平均平均推动力（Pa） 出上式可求得所需的接触面积，然后根据塔内气体的空塔线速、选用填料的特性，即可求取吸收塔中填料层的高度。 上述原理是物理吸收的情况。在物理吸收过程中，随着气体中A组分的被吸收，使气相中A组分的浓度降低，而液相中A组分的浓度(CAL)升高，从而使推动力下降。工业上为

15、了提高气体的吸收速度，通常采用能与A产生化学反应的吸收剂进行化学吸收，当吸收剂与A的反应为不可逆反应时，CAL尽可能低，从而提高吸收推动力。 化学吸收的吸收速度为 此公式与物理吸收时的公式相比较后可知，对气相而言物理吸收与化学吸收均为扩散过程，而对液相，化学吸收兼有扩散与反应两个过程，为液相因伴有化学反应而使吸收系数增加的倍数。但是在煤气的湿法脱硫计算中，值艰以求得，通常仍按G=kFP平均计算，而将扩散过程与化学反应过程的一切影响因素都归在吸收系数k中。而k值的求取，通常也是根据试验或生产情况加以确定。 二、蒽醌二磺酸钠法 蒽醌二磺酸钠法简称ADA法，又称斯特雷特雷特法。 1基本原理蒽醌二磺酸

16、钠法是以碳酸钠的水溶液为吸收剂，以AD.A 为活性添加剂，脱硫过程为（1）碱液吸收硫化氢 2Na2C0a十2NaHS十2NaHS十2NaHC03（2）ADA被还原 其中以RC代表蒽醌二磺酸。.与2，6-A.D.A的脱硫性能为好。目前用以脱硫的即为两者的混合物。其结构式分别为（3）氧化析硫(5)生成的氢氧化钠与溶液中的碳酸氢钠反应生成碳酸钠 上述五个反应方程式综合归纳的结果，即湿式氧化脱硫的基本方程式上述反应中第二步反应(2)的反应速度很慢，所需反应时间长，而还原态A.DA与溶解氧之间的反应速度受到吸收液中溶解氧浓度的限制，致使溶液的硫容量很低，需要大量的溶液进行循环。为了克服这些缺点，在吸收液

17、中添加了偏钒酸钠和洒石酸钾钠。改进后的方法称为改良ADA法。改良ADA法改变了化学吸收液中硫氢根离子氧化析硫的机理。这是由于偏钒酸钠中的钒离子能够变价(钒离子可以由四价正离子变为五价正离子或反之)，从而改变了传递氧的途径。改良A.DA法的反应过程为由此可见，偏钒酸钠代替了ADA和溶解氧在吸收液中与硫氢根离子反应。对添加不同量的偏钒酸钠的AD A溶液，硫氢根离子的转化串与反应时间的关系如图85所示。由于有矾的存在，当硫化氢局部浓度高时，钒会形成种黑色的矾氧硫络合物沉淀。为了防止沉淀的生成，在吸收中添加少量的酒石酸钾钠。因为酒石酸钾钠能与多数金属离于结合成络合离子，形成可溶性的络合物，从而防止金属

18、离子从碱性溶液中沉淀出来。2工艺流程(图86) 含有硫化氢的气体由脱硫塔底进入，自下而上地与吸收液在塔内逆流接触，脱除硫化氢的气体经捕沫后出工段。吸收了硫化氢后的富液由塔底排出，此时液相中硫氢根离子和偏钒酸钠的反应仍在继续进行中，溶液经脱硫塔液封槽进入反应槽以提供足够的停留时间，然后由溶液循环泵送经加热器加热(夏季为冷却)后压送入再生塔。出空气压缩机送来之压缩空气鼓入再生塔底部，与溶液并流而上。在再生塔中溶液得以氧化再生。析出的硫磺附着在空气泡上：，借空气浮力升至塔顶扩大部分，溢流到硫泡沫槽。再生后的溶液经液位调节器返回脱硫塔循环使用。硫泡沫在硫泡沫槽中经搅拌、澄清分层后，清夜回反应槽，硫泡沫

19、则放至真空过滤机过滤得到硫膏，硫膏入熔硫釜，最后得到产品熔融硫。当制取硫粉产品时，则流程可以简化为由硫泡沫槽放出之料液直接进入离心机，即可得到硫粉产品。再生设备除用再生塔外，也可以采取喷射再生槽或氧化槽。从而可用鼓风机代替压缩机。3、主要工艺操作条件1)溶液的PH值 吸收过程中吸收硫化氢的反应与氧化析硫反应是同时进行。前者是典型的飞速不可逆反应，也是一个中和反应。高的PH值对它的平衡和速度都有利，而后者则相反，低的PH值对反应有利。因此选择吸收塔内溶液的PH值时必须兼顾吸收硫化氢的反应以及氧化析硫反应。一般吸收液的PH值在8.59.1为宜。常压改良ADA吸收液的配比为总碱度 有时为改善副产硫磺

20、的色润，加入少量的三氯化铁。当净化含高硫的煤气或采用加压净化时，可相应提高溶液的总碱度(2)温度 提高吸收温度有利于吸收反应的进行，但是也增强了吸收二氧化碳的反应及其他副反应，所以温度不能太高，一般控制在30一40为宜。为保持系统的水平衡，脱硫塔溶液温度应比煤气温度高35。同样，提向再生温度不仅能提高还原态ADA的氧化速度，同时也促进了副反应，从而增加了碱耗和硫代硫酸钠的生成量。故再生温度以控制在40一45 为宜，但实际生产上因再生塔无保温层，控制溶液加热器出口溶液温度为3540，再生塔几乎在常温下操作。 (3)压力 改良ADA法适用于不同的操作压力。脱硫吸收塔内的操作压力是根据需脱硫的煤气本

21、身的压力而定，在常压至70 106Pa的压力范围内都可以。氧化再生过程都是在常压下进行。 (4)液气比 ADA溶液吸收硫化氢的反应属于气膜控制，因此增加气速能提高吸收系数。但吸收液吸收硫化氢后在吸收塔内析出大量元素硫，容易造成吸收塔的堵塔，因此适当提高喷淋量有一定好处，通常根据进吸收塔煤气中含硫量的高低而定。 总之，ADA法脱硫已在我国得到了广泛的应用，用于焦炉气、合成气、发生炉煤气等的脱硫，具有脱硫效率高、溶液无毒性、能回收硫磺等优点。三、低温甲醇法 低温甲醇法(Rectisol Process)是以甲醇作为吸收剂进行物理吸收。它的最大优点在于将粗煤气净化的几个工序都集中在一起，从而可以大大

22、简化工艺流程。通过低温甲醇洗法可以脱除煤气中的轻质油、HCN、NO、H2S、COS、CO2等。 低温甲醇洗法是在低温高压的条件下进行。在低温下，粗煤气中的轻质油蒸气和部分水汽首先溶解在甲醇中，其次是硫化氢、有机硫化合物和一部分二氧化碳，再其次是二氧化碳的最终脱除。所以一般是采用三段洗涤，即预洗、主洗和精洗。 酸性气体在甲醉中的溶解度随着温度的降低而增大，尤其是从30降到60以下时，溶解度急剧增加。此外酸性气体的溶解度随压力的提高而增加，几乎成直线的正比关系，而在减压时被吸收的气体即行放出。硫化氢在甲醇中的溶解度比二氧化碳还要大，吸收的速度更快，因此可以采用分段吸收和再生的方法来得到高浓度的硫化

23、氢和二氧化碳。 在低温条件下，甲醇的粘度并不大，在30时约等于正常水的粘度，甲酵的喷淋和流动都很好。甲醇的吸收能力大，从而可减少吸收剂用量，降低再生时的耗热量，节省了操作费用。 低温甲醇洗法的净化程度很高，当处理由煤气化(或油气化)的含有1H2S和COS、35CO2的煤气时，可以得到(H2S+COS)0.1PPm、CO21PPm的净化气。 由于上述优点使低温甲醇法的应用得以更快发展。但该方法也存在一些缺点：(1)甲醇有毒，对设备、管道、阀门等的密闭性要求较严，(2)由于在-30-60的低温下操作，要用耐低温的钢材；(3)甲醇极容易挥发，即使在低温下蒸气压仍很高，故溶剂的蒸发损失景较大，每处理1

24、000m3(标淮)的粗煤气约消耗0.51.0kg甲醇；(4)脱硫过程中解吸出来的硫化氢需要用专门装置进行回收以生产硫磺。图8-7为二段低温甲醇法流程，用于合成气的生产，通常第一段在煤气变换工序之前而第二段则在变换工序之后。流程中第一吸收塔用于脱除H2S和COS，第一再生塔气提出H2S和COS第二吸收塔则用于脱除煤气中的C02，第二再生塔气提出CO2。原料气与由第一吸收塔出来的气体换热后被冷却，并喷入少量甲醇，以防止冻结，然后进入第一吸收搭的底部。由第二再生塔的高压闪蒸段来的冷甲醇送到吸收塔顶部。第一吸收塔出口气中含有极少员的H2S和COS送往变换工序。变换气去第二吸收塔，在此脱除CO2。由第二

25、吸收塔出米的气体经换热后即为净化气。第一吸收塔吸收H2S后的富液在第一再生塔中将酸性气分离出来进一步回收硫。甲醇贫液送入第二再生塔的下部，与二段气提后的甲醇混合，用N2将残余的CO2气、提出去。塔底气提后的甲醇和由塔中部抽出的部分气提的甲醇都送入第二吸收塔顶部。 四、聚乙二醇二甲醚法 聚乙二醇二甲醚法是采用聚乙二醇二甲醚作为溶剂(称为se1exol溶剂)，用物理吸收的方法，从煤气中脱险H2S、CO2及其他酸性的组分。这种溶剂对硫基化合物包括H2S、COS、硫醇及CO2具有很高的物理吸收能力。在再生塔中，用蒸汽或惰性气体很容易使溶剂再生。溶剂的蒸气压低，因此溶剂的损失非常少。 图88为该方法的示

26、意流程。原料气进入吸收塔底部，溶剂送入塔顶。出吸收塔底部引出的富液，在闪蒸之前可以回收能量，因为吸收塔通常在高压下操作。通过不同级数的闪蒸以获得不同的溶解气馏分，级数的选择取决于闪蒸气的用法。在低压闪蒸槽中，降低压力就可以解吸出酸性气体，气体中含有很高含量的H2S。在再生塔中用惰性气体或蒸汽将残余的酸性气体除去，贫液打入吸收塔，继续进行吸收过程。Selexol装置能在常温下操作，但为了提高经济性，可以采用适当的冷冻。由于提高压力有利于物理的吸收，所以吸收塔的压力通常为（3.57.0）MPa，再生塔的压力通常为3500Pa。五、环丁砜法环丁砜法可以用于脱除煤气中的H2S、CO2、COS和有机硫化

27、合物。该方法是采用环丁砜和烷基醇胺的混合液作为吸收剂的。H2S或CO2等酸洗气体采用物理吸收的方法溶解于环丁砜了中。在一定的温度下，溶解度随着酸性气体分压的升高而增大，在相同的条件下，硫化氢在环丁砜中的溶解度比在水中的高七倍。环丁砜溶液吸收酸性气体的平衡曲线如图89所示。它是物理与化学作用的总和，当酸性气体的分压较低时，溶液的平衡吸收量随分压变化不明显，这说明化学吸收是主要的，当酸性气体的分压较高时，物理吸收作用增大。二异丙醇胺(用R2NH表示)与H2S及CO2的吸收和再生反应可表示为：环丁砜法的工艺流程如图810所示。 原料气进入吸收塔的底部，吸收剂内塔顶喷下，当煤气与溶液逆流接触时，由于物

28、理吸收和化学吸收而除去煤气中的H2S、CO2、COS及硫酸，净化后的煤气由吸收塔顶部引出。 由于有物理吸收作用，所以原料气中的一些烃类可溶解在溶液中。吸收了酸性气体和烃类的富液经过闪蒸槽，回收其中的烃类。闪蒸气的数量决定于原料气中烃类的含量，例如对大多数气流床气化炉来说，产生的烃类可以忽略的，因此闪蒸汽的量是很少的。 经闪蒸后的溶液到汽提塔，由再沸器供给热量，进行解吸反应。酸性气由汽提塔顶部放出，可送往硫回收装置。贫液回到吸收塔继续进行此吸收过程。 该方法中吸收塔的操作压力从常压至70 105Pa或更高。在较高的压力下操作有利于吸收。再生塔般在接近常压的条件下操作。总之，脱硫的方法很多，应根据

29、原料气的性质、对脱硫的要求、脱硫剂的来源等因素经过技术经济比较后，选择适宜的脱硫方法。第三节 湿法脱硫的主要设备计算与选用如前所述，湿法脱硫的方法很多，而我国目前应用最广的为改良ADA，因此本书有关湿法脱硫设备的计算与应用都以ADA法为例。改良砷碱法、萘醌法等工艺流程及设备与ADA法类似，故可参考ADA法。设计计算定额脱硫塔空塔气速 0.50.7m/s脱硫塔传质系数 150200kg/(m2hMPe)脱硫塔液气比 1020L/m3脱硫塔溶液喷淋密度 27.5m3/(m2h)ADA溶液硫容量 0.2.25kg(H2S)/m3脱硫效率 99%再生塔空气鼓风强度 100130m3/(m2h)再生塔空

30、气用量 913m3(空气)/kg(硫)再生塔溶液停留时间 2530min喷射再生槽溶液停留时间 810min喷射再生槽空气鼓风强度 80145m3/(m2h)喷射再生槽空气用量 3.54.0m3(空气)/(溶液)脱硫塔的选用与计算脱硫塔是煤气脱硫的主要设备。脱硫塔的塔型有木格填料塔、磁环填料塔、空塔、湍球塔等。在选择塔型时必须考虑工艺特点。改良ADA法工艺在吸收塔内会产生悬浮硫，选用木格填料塔较为适，木格填料塔虽然体积，木本材用量多，但用于煤气脱硫时，脱硫效率、塔的阻力以及操作稳定性等方面都较好，故至今仍被广泛采用。木格填料塔用于改良A、D、A法脱硫时，为防止析出的硫磺堵塞下部木格，在设计时一

31、般取下部木格间距比上郁的大一些。木格填料塔顶部可设置捕抹层。木格填料在使用前必须进行脱脂处理木格填料脱硫塔的示意结构如图811所示。几种规格常用的木格填料脱硫塔的技术特性如表83所示。现举例说明木格填料脱硫塔的计算。 例 设计参数为(再生塔等的计算也以此为参数)煤气处理量 8000m3(标准)/h脱硫的煤气硫化氢含量 2g/mg(标准)脱硫后煤气硫化氢含量 20mg/m3(标准)脱硫效率 99%脱硫塔煤气进口温度 30脱硫塔煤气进口压力 7845Pa(800mmH2O)计算如下：进脱硫塔湿煤气体积为 其中 4227为30时的饱和水蒸气压力。取塔径为2000mm脱硫塔进口吸收推动力为 脱硫塔出口

32、煤气压力按6865Pa(即700mmH20)计，则口推动力为脱硫塔的平均推动力为硫化氢的吸收量为脱硫塔的传质系数K取为17xl0-6kg(m 2hPa)则需用木格填料传质加积为填料塔上部选用1001020(比表面积为666m2m3)，下部选用100 x1030(比表面积为50m 2m 3)。取上部木格填料三段，每段高38m，则传质面积F1为 取下部木格填料二段，每段高38m，则传质面积F2为 填料塔总传质面积为 选用值大于计算需用值，能满足要求。取脱硫吸收浓的硫容量为0.20kgm3，则溶液循环量(即脱硫塔顶的喷淋量)为脱硫塔喷淋密度为 说明喷淋密度偏小，宜适当增加喷淋量，按喷淋密度为27.5

33、m3（m2h)计算得到的喷淋量为此时吸收塔中液气比为 符合吸收塔的液气比要求。再生设备的选用与计算在改良ADA法脱硫工艺中，再生设备是用以使吸收硫化氢后的脱硫液再生，供循环使用，硫以悬浮硫的形式浮于再生设备上部。用于再生的设备以往都采用较高的再生塔，其优点是效率高、操作稳定，但是设备高大，需用空压机压送空气，功力消耗大。为克服这些缺点，有采用较矮小的再生设备，如咳射再生槽、卧式及立式氧化槽等。图812为再生塔的结构示意图。表84为一些再生塔的规格。 再生塔的塔顶是扩大部分，硫泡沫在此溢流，布单边溢流及周边溢流两种方式后者的硫泡沫流出均匀，但硫泡沫浓度你前者低。为了使空气分布均匀，再生塔内设有多

34、层筛板。塔内溶液与空气的流向，大多采用并流，溶液与空气都由塔底进入向上流动，因此泡沫层比较稳定。 图813为喷射再生槽示意图，友85为选用举例。喷射再生槽内的溶液和空气是在喷射器内充分接触，槽体部分主要起分离作用。硫泡沫的溢流也分单边和周边溢流两种。再生塔的计算每Kg硫需再生空气用量13m3，假设煤气中的硫化氢全部转化为硫磺（实际生产中由于副反应的结果，小部分硫转化为副产品），则硫磺产量为空气用量为取再生塔的鼓风强度为130m3(m2h)，则再生塔塔径为取塔径为1800mm。再生塔扩大部分塔径一般为D的1214倍，选为2500mm。取脱硫液在再生塔内的停留时间为25min。，则再生塔的有效容积

35、为设再生塔内溶液充满卒为70，则再生增的实际容积为则再生塔的塔高为扩大部分高取为3m。再生塔全高H为30 m。设计脱硫塔及再生塔时应考虑再生塔溶液出口与脱硫塔溶液进口之间的适宜位差，以满足脱硫塔溶液喷头在既定的流量下喷洒均匀，并见尽量避免空气由液化调节器处随溶液吸入脱硫塔。若再生设备为喷射再生槽，则需计算再生槽的直径、槽的高度以及喷射器的设计计算。再生塔直径的计算空气用量 去空气用量为溶液量的4倍，则空气量为取再生槽空气鼓风强度为80m3(m2h)，则再生槽直径为选取24m，其扩大部分的直径为槽体直径的14倍故选为34m。再生塔高度的计算取再生槽内溶液停留时间为7min，则再生槽的有效容积为设

36、再生槽内溶液充满率为90，则再生槽的实际容积为再生槽高为扩大部分高取11m。再生槽总高H为4m。喷射器的计算本书从略。硫泡沫的计算硫泡沫槽是一钢制槽体，内有间接蒸汽加热管以及机械搅拌或压缩空气搅拌装置。图814为硫泡沫槽结构示意图。硫泡沫槽的计算：硫磺产量力1584k8h，硫泡沫的浓度一般为30l00kgm3，现取30kgm3。，则硫泡沫量为硫泡沫槽中的进料、加热、静止及放料过滤时间共需4h，则硫泡沫槽每操作一次需处理硫泡沫量为对此一般可选用容积为3m3左右的硫泡沫槽加热蒸汽量的计算加热硫泡沫所需热量式中 1100硫泡沫重度（kg/m3）368硫泡沫比热k J/kg)；80硫泡沫槽内加热后的温

37、度()；40进入硫泡沫槽的泡沫温度()。所需蒸汽量为式中 2132蒸汽热焓（kj/kg）。熔硫釜的计算熔硫釜的釜体一般由不锈钢制成，夹套可以用碳钢。图815为熔硫釜的结构示意图。熔硫釜的计算由真空过滤机出来的硫膏含水分约50左右，则硫膏量为硫膏的密度为1500kgm 3，则硫膏体积为若采用的熔硫釜Dg 900，H3397，其容积为16m3，。熔硫釜的装料系数取75%，则熔琉釜的有效容积为一般熔硫釜每操作一釜需46h加热蒸汽量的计算装一釜的硫膏量为加热硫膏所需热量 式中 180一硫膏比热kJ/kg)； 135一熔硫釜内加热温度()； 15硫膏进釜温度()； 386一硫膏熔融热(k J/kg)。熔

38、硫釜热损失熔硫釜的表面积为9.20m2，若操作一釜为4h，则散热损失为 式中 125熔硫釜的散热系数kJ(m2h)； 15室内温度()。蒸汽消耗量为 第四节 工艺布置在煤气脱硫工段的布置中，一般是将硫泡沫系统和熔硫系统置于脱硫厂房内，脱硫塔、再生塔等塔区设备应有操作平台，平台与脱琉厂房之间应有平台连通。熔硫釜与其他设备隔开布置，熔硫釜底部的放硫阀应在放硫室墙外操作，熔硫釜密设安全阀。脱硫塔是否设置备用塔应根据用户对煤气的质量要求等因柬而定。为保证硫泡沫有足够的静止沉降时间，硫泡沫槽宜设两台，轮换使用。硫泡沫管应有大于1的坡度。 脱硫厂房内应考虑通风，院特别是放硫室必续有机械通风设施。 以某厂处

39、理煤气量30000m3h为例，其脱硫部分布置如图816所示，设备编号、规格如表86所示(表上编号与图中的件号相对应)。 煤气的贮运一、设置煤气储柜的作用及选用条件 煤气储存设备的名称很多，极不统一。为了叙述方便起见，现将12kPa(约1200mmH20)的低压煤气储存设备统称为“低压煤气储柜”(以下简称“煤气柜”)，6003000kPa(约630kgfcm2)的中压煤气储存设备统称为“中压煤气储罐”(以厂简称“煤气储罐”)。工厂在建立煤气储柜以后，可以获得以下一些效益：1解决煤气生产的不平衡问题 如水煤气炉、半水煤气炉等，由于这些煤气炉的生产均有间歇性，只有在气化阶段才会产生煤气，其余时间就无

40、法供气，从而迫使用户中断用煤气。而在建立煤气柜以后，就可以连续、稳定地供给用户以需要曲煤气。2调节用量的不平衡，保持管网压力稳定 一般的工业用户都有一个用量波动的问题，由于煤气用量的波动，使管网压力忽高忽低，很不稳定。为了适应这种状况，煤气发生炉的生产也必须随之而变化，又造成生产的不稳定，而建立煤气柜以后，就可比较圆满地解决这个问题。3节约并有效地利用能源 正如上述，目前一般的发生炉煤气站在解决供需的不平横方面采用如下三种办洗 1、改变某几台炉的生产操作状况，使之增加或减少煤气产量来满足用户需要； 2、经常有热备用炉，当用量变化较大时可以起动热备用炉； 3、当用户负荷突然降低较多时，只有用放散

41、来解决。由于煤气发生炉的能力要按最大用量来考虑，在正常情况下就不能全负荷操作，因而使气化效率和热效率降低，增加了煤耗，热备炉也需要消耗少量燃料，时间较长时也是一个不小的数量；放散当然是最大的浪费，但如果没有煤气柜也是不可避免的，例如在某个加热炉临时检修或两班制操作的生产车间，就有可能调节不过来而放散煤气。所以设置煤气柜以后，就可以有效地避免能源的浪费。 虽然设置煤气柜有以上优点，但也有其缺点。首先是一次投资较高、占地较大；其次还有目前煤气储存设备的压力分级范围太少的问题(只有2-12kPa和2-3MP两种)，不能满足各种条件下煤气站的需要。所以是否要建煤气储柜应根据需要和可能而定。有的是必须的

42、，例如水煤气站的低压气柜，有的是按照压力条件和总图布置可能以设置为好，例如波动较大的或两班操作的生产厂；其余各种情况就需要根据条件来定，必要时要作出技术经济比较才能决定。 现将常用的低压煤气柜及中压气体储罐概况介绍于下供选择之用。二、低压煤气柜 低压煤气柜种类很多国内、外常用的有以下几种： (一)湿式煤气柜 由于湿式煤气柜易于加工制造及安装，生产操作及维护方便，所以是国内目前应用最多的一种低压煤气柜。 湿式煤气柜因下部没有水封槽而得名，水封的作用是防止煤气超出。湿式煤气柜一般分为25节，随煤气量的不同可逐节上升。节数则随煤气容量而定，容量愈大则节数越多各节靠煤气的上浮力升高，其上升各节的钢板重

43、量与煤气的上浮力相等(上浮力煤气柜截面积x煤气压力)，所以随着储存煤气容量的变化煤气柜的压力也相应地变化其波动范围为135kPa，最高压力不超过4kP。 湿式煤气柜各节之间均有水封以防止煤气泄漏，其水封构造如图99示意。在湿式煤气柜中又可分为直立导轨式及螺旋导轨式两种，是以导轨的直立上、下滑动或螺旋行进而区分的。直立式煤气柜借助于安装在水槽顶部四周框架内的垂直立柱作为导轨。这种煤气柜结构简单，维修方便，但钢材单耗(每立方米容积消耗钢树量)较多，故一般只用于容量较小的湿式煤气柜(5000m3以下)。直立式煤气柜的结构如图9-10示意。旋转式煤气柜的可动节侧壁外面装有与水平夹角成45的螺旋形导轨。

44、在导轮的控制下，柜身成螺旋形缓慢上升，故较为平稳。其钢材耗量(以同样容量作比较)一般可比直立式节省2535，但结构比较复杂，维修工作量也比直立式大一些。螺旋式湿式煤气拒的结构如图911示意。现将目前国内常用的一些湿式煤气柜主要规格及技术参数列于表9-3。在湿式煤气柜的不同结构中，国内另外还有两种类型：一种是混凝土的水槽，由于在实践中发现煤气和水均有不少泄漏，虽然省了钢材，但安全受到影响，不能推荐故表中未列入，另一种是环形水槽式，即在水槽下部加一个帽形隔板，这样就使得煤气柜只有底部一圈边环中有水，从而减小了基础的负荷，而且中间部分还可以作仓库使用，但实践证明这种煤气柜结构复杂、钢材消耗多，一旦漏

45、水就必绥整个系统停产时才能检修，所以一般只在地质条件很差的地区(例如上海)才有所应用，其参数如表93，表中只列了一项20万m3环形水槽式湿式煤气柜，供参考用。（二）干式煤气柜由于干式煤气柜具有压力稳定、耐压较高、基础小、省水、没有污染、寿命长等优点，所以虽然基建投资略高，(一般高出10一50，容积愈小，高出愈多。到300000m3以上估计干式柜的投资将低于湿式柜)，但从50年代开始在国外已逐步用干式代替湿式。目前据初步统计，各种类型的干式煤气柜已占煤气柜总数的90以上。 目前在我国仍以湿式煤气柜为主，但正在逐步向干式方向发展。解放前只有日本人在中国建了三座干式煤气拒：其中有二座建在鞍钢，其容积

46、分别为18万m3和8万m3(均为稀油密封式)，另有一座2000m3干式煤气柜(干油密封式)在大连煤气公司。现在鞍钢的两座因年久失修已被拆除，大连的那一台发挥了试验柜的作用，目前也已被更大的干式煤气柜所代替。 为什么过去我国没有推广干式煤气柜呢？看来主要是技术上的原因。首先是焊接技术，由于干式煤气柜主要靠活塞的上、下移动来储存或放出煤气，所以活塞周边的密封是关键问题，如果柜体变形，则不是活塞被卡住就是产生较大空隙，以致泄漏煤气，因此对柜体的制造精度要求较高，对焊接要求很严。现在我国这方面的焊接和弯制、加工技术均已过关，而且也有了专门的制造厂，就不存在这个问题了。其次，活塞与柜体之间需要动密封，这

47、也是一项相当复杂的技术，通过多年的研究，采用了带弹簧压板的密封油槽，这个问题也获得了解决。 1985年以后我国干式煤气柜有了飞速的发展。除了宝钢引进了3台干式煤气枢(1台15万m 3干油密封式、1台12万m3稀油密封式、1台8万m3布帘式)以外，在冶金工业和城市煤气工业中己投产或即将投产的国产2万5万m3干式煤气柜已有40多台；有4台812万m3和2台15万m3。干式煤气拒已经投产，还有多台2030万m3的干式煤气柜正在计划中；。今后还将不断地有更多的于式煤气柜投产。目前国内、外常用的低压干式煤气柜有以下三种：稀油密封式、干油密封式和布帘式。规分别简介切下。1稀油密封式 以称MAN型(原西德M

48、AN公司专利，现该公司己并入Leffer公司)，它采取以稀油循环作为活塞密封的方式。在活塞的周边设置了一整套弹簧(或重锤)、滑板等密封机构，在密封油槽中灌以能流动的、中等粘度的、耐寒的密封油。活塞移动时有小部分油通过密封机构漏下去，流至下部柜体油槽，再流至油水分离器将水分离出来，然后用油泵将密封油打上为如此循环使用。密封油的要求如下： (1)要有良好的水分分离性能。按照德国标淮，其要求为:密封油70m3和煤气冷却水50cm3，在200cm3玻璃圆筒内混备振荡后静止1h，要求能分离出45m3以上的水分；(2)粘度较高，且在温度升高时粘度变化不大； (3)较低的凝固点，要求低于建柜地区冬季极端最低

49、温度。 据此，我国目前根据不同地区的气温情况采用各种相应牌好的冷冻机油或专用的气柜用油作为密封油。 稀油密封式的密封部分构造示意见图9-12。稀油密封式煤气柜一般做成正多边形。煤气压力一般为4-6kPa，最高可达8-10kPa(在增加配重以后)。此种煤气柜的规格及主要参数参见表94。(是北京钢铁设计研究总院按照国内通用的MAN型煤气柜的标准尺寸编制的设计系列)。此外，宝钢还从日本引进了1台12万m3类型的煤气柜，国内还有8万m3的类型,但均因不在标准系列，未列入表9-4。 稀油密封式煤气柜的结构如图913所示。 由于此种煤气柜与其他两种干式煤气柜相比在技术上比较容易掌握，虽然电耗略多但安全可靠，故我国目前现有国产的这些干式煤气柜均为稀油密封式，在国外亦以此种型式居多。 2干油密封式 也称可隆型。这种煤气柜的主要特点是活塞部分所用密封油是干的润滑油脂而不是稀油，因此称为干油密封式。其活塞周边的密封机构是用树胶与棉或其它织品制成多层的密封垫圈，通过配重将密封垫圈紧密地压在侧板内面，并且在密封垫圈内注入特定的润滑油脂，使活塞既能平滑的运行，又防止煤气的泄露。干油密封式另一个特点是可以承受较高的煤气压力，它是三种干式气柜中储气压力最高的(612kPa)。柜体一般设计成圆筒形，活塞是碟形的，以承受较高压