生爐煤氣中的硫來源于氣化用煤,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,比國家規(guī)定的SO2的最高排放濃度指標(biāo)高出許多。所以,無論從環(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分有兩種:熱煤氣脫硫和冷煤氣脫硫。在我國,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。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年代初國外出現(xiàn)ADA法以來,我國也先后研制開發(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,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,吸收過程伴隨化學(xué)反應(yīng)過程,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)
基于我國的國情及經(jīng)濟(jì)特點(diǎn),在我國,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。
煤氣中硫的來源及脫除要求煤氣中的硫來自原料煤中,存在形式主要是硫化氫,亦有少量有機(jī)硫。無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。