脱硫再生一体化系统在煤气脱硫中的应用

2022-01-04缪云阳魏后超刘宏林

江苏建材 2021年6期

缪云阳，魏后超，刘宏林

（安徽科清环境工程有限公司南京分公司，江苏南京 210000）

0 引言

在煤气化项目中，一般清洁燃煤气化装置采用循环流化床气化炉，配套脱硫系统处理煤气中的硫化氢，以便煤气清洁利用。

脱硫系统作为煤气化工程总承包项目的子系统，上游为除尘系统，下游为煤气加压系统，目前市场中主要采用湿式氧化法，脱硫副产品为硫磺。脱硫系统主要包括脱硫塔、富液槽、贫液槽、再生槽、硫泡沫槽、压滤机、熔硫釜及配套循环泵等。由于厂区内早期规划未充分考虑煤气脱硫空间，因此在配套新建脱硫装置过程中，经常遇到场地空间小，现场布置紧凑，无合理的安装、检修位置等情况，需将脱硫塔、富液槽、贫液槽及再生槽集成一体，形成脱硫再生一体塔，从而优化脱硫系统，保证排放达标情况下满足现场布置。

1 工艺原理及特点

在脱硫塔和再生槽内发生的主要化学反应见式（1）~（4）：

2 脱硫工艺流程

含硫化氢的煤气由管道送入脱硫塔底部，煤气在塔内由下向上流动，与来自脱硫塔顶部喷淋下的脱硫液（也可称为贫液）逆流接触，煤气中的硫化氢被碱液吸收，脱除硫化氢后的煤气经脱硫塔顶的高效除雾器进行气液分离除去夹带的液滴后外送至下一道工序使用。吸收硫化氢后的脱硫液（也可称为富液），经过塔内的中间液体分布器及填料进入塔底的富液槽，再经脱硫循环泵加压后送至脱硫塔顶部的喷射器入口。脱硫富液高速经过喷射器喷嘴，在吸气室形成负压，大量的空气进入喷射器吸气室，并与脱硫富液一起高速通过喷射器喉管，在此处脱硫富液与空气进行传质反应，完成大部分的氧化反应。反应后的脱硫富液顺着喷射器尾管到达再生槽底部，和氧化反应生成的单质硫在空气的浮选下，通过槽内液体浮选板由再生槽底部上升到再生槽顶部。含有单质硫的泡沫，通过再生槽泡沫溢流堰流到硫泡沫槽储存，再经硫泡沫泵加压后送至后处理系统制成硫磺。分离泡沫后的脱硫贫液直接由再生槽贫液出口通过液位调节器流到脱硫塔顶部，再由脱硫塔顶部液体初分布器均匀分布到填料上，与塔底上来的煤气逆流接触完成下一个循环，脱硫贫液不需再回流至贫液槽。

3 脱硫工艺流程示意图

脱硫工艺流程如图1所示，将脱硫塔、富液槽、贫液槽及再生槽集成一体，形成脱硫再生一体塔，整个塔体由下往上分为富液槽、脱硫塔、再生槽，取消了贫液槽，贫液由塔顶再生槽直接溢流至脱硫塔液体分布盘。

图1 脱硫工艺流程

4 脱硫再生一体化系统与常规脱硫系统对比

以某清洁粉煤气化项目脱硫系统为例，设计选用60 kNm3/h清洁燃煤气化装置，采用循环流化床气化炉，额定单套产气量60 000 Nm3/h。脱硫系统作为清洁粉煤气化项目的子系统，上游为除尘系统，下游预留煤气加压系统。脱硫系统预留占地面积1 170 m2（约45 m×26 m），主要用于脱除系统煤气中的硫化氢，以便煤气清洁利用，脱硫副产品为硫膏。脱硫塔进口煤气正常压力7.5~8.5 kPa，脱硫塔进口煤气温度为（40±5）℃，其成分如表1所示。

表1 脱硫进口煤气成分

脱硫整体设计性能要求如表2所示。

表2 单套脱硫性能要求（设计）

两套工艺流程中，除了脱硫吸收循环系统，其余公共系统部分均相同，现对选用脱硫再生一体化系统与常规脱硫系统进行深度对比，主要有以下几点：

（1）投资成本对比

经核算对比，常规脱硫系统虽然有液封槽、贫液槽、富液槽、相关的循环泵及配套的工艺、电气、仪控、土建等设备材料，但是相比于脱硫再生一体化装置，塔槽高度降低，塔槽壁厚相对减薄，土建基础减少，循环泵扬程减少，功率下降，综合来看，两种工艺系统投资成本基本相当。

（2）运行检修对比

脱硫再生一体化塔设备数量少，流程简单，不会出现因设备数量多，导致其中某一设备出现故障或损坏的情况下造成整体设备停运的情况，并且设备数量少更有利于减少检修费用。同时，采用一体化塔使得脱硫区空地更大，更有利于装置的施工建设及后期检修。

（3）设备数量对比

常规脱硫系统包含以下设备：脱硫塔1台、液封槽1台、富液槽1台、富液泵1台、贫液槽1台、贫液泵2台、再生槽1台。

脱硫再生一体化系统包含以下设备：1台脱硫再生塔、2台脱硫循环泵。

由此可见，脱硫再生一体化系统减少了设备数量，从而减少了占地面积，在保证性能指标达标的情况下满足空间紧凑厂区施工需求。

（4）运行成本对比

由于两种工艺是同一个煤气参数及指标，仅对脱硫吸收循环系统的电耗进行对比。

常规脱硫系统中富液泵（一开一备）及贫液泵（一开一备）煤气参数需按流量1 200 m3/h、扬程65 m、功率400 kW计算，一年电耗（运行时间8 000 h、需用系数0.75）=400×2×0.75×8 000=4800 000 kWh，电耗成本（电价0.4元）=4800 000×0.4/10 000=192万元。

脱硫再生一体化系统中脱硫循环泵（一开一备）煤气参数需按流量1 200 m3/h、扬程85 m、功率500 kW计算，一年电耗（运行时间8 000 h、需用系数0.75）=500×0.75×8 000=3000 000 kWh，电耗成本（电价0.4元）=3 000 000×0.4/10 000=120万元。

由以上可见，脱硫再生一体化系统比常规脱硫系统每年运行成本少192-120=72万元，提高了整个项目的效益。