煤氣脱硫

1、煤氣脱硫方法

發生爐煤氣中的硫來源於氣化用煤，主要以H2S形式存在，氣化用煤中的硫約有80%轉化成H2S進入煤氣，假如，氣化用煤的含硫量為1%，氣化後轉入煤氣中形成H2S大約2-3g/Nm3左右，而陶瓷、高嶺土等行業對煤氣含硫量要求為20-50mg/Nm3；假如煤氣中的H2S燃燒後全部轉化成SO2為2.6g/m3左右，比國家規定的SO2的最高排放濃度指標高出許多。所以，無論從環保達標排放，還是從保證企業最終產品質量而言，煤氣中這部分H2S都是必須要脱除的。

煤氣的脱硫方法從總體上來分有兩種：熱煤氣脱硫和冷煤氣脱硫。在我國，熱煤氣脱硫仍處於試驗研究階段，還有待於進一步完善，而冷煤氣脱硫是比較成熟的技術，其脱硫方法也很多。

冷煤氣脱硫大體上可分為幹法脱硫和濕法脱硫兩種方法，幹法脱硫以氧化鐵法和活性炭法應用較廣，而濕法脱硫以砷鹼法、ADA、改良ADA和栲膠法頗具代表性。

2、幹法脱硫技術

煤氣幹法脱硫技術應用較早，最早應用於煤氣的幹法脱硫技術是以沼鐵礦為脱硫劑的氧化鐵脱硫技術，之後，隨着煤氣脱硫活性炭的研究成功及其生產成本的相對降低，活性炭脱硫技術也開始被廣泛應用。

2.1氧化鐵脱硫技術

最早使用的氧化鐵脱硫劑為沼鐵礦和人工氧化鐵，為增加其孔隙率，脱硫劑以木屑為填充料，再噴灑適量的水和少量熟石灰，反覆翻曬製成，其PH值一般為8-9左右，該種脱硫劑脱硫效率較低，必須塔外再生，再生困難，不久便被其他脱硫劑所取代。TF型脱硫劑應用較廣，該種脱硫劑脱硫效率較高，並可以進行塔內再生。

氧化鐵脱硫和再生反應過程如下：

(1)脱硫過程

2Fe(OH)3+3H2SFe2S3+6H2O

Fe(OH)3+H2S=2Fe(OH)2+S+2H2O

Fe(OH)2+H2S=FeS+2H2O

(2)再生過程

2Fe2S2+3O2+6H2O=4Fe(OH)3+6S

4FeS+3O2+6H2O=4Fe(OH)2+4S

氧化鐵脱硫劑再生是一個放熱過程，如果再生過快，放熱劇烈，脱硫劑容易起火燃燒，這種火災現象曾在多個企業發生。

2.2活性炭脱硫技術

活性炭脱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，煤氣中的H2S在活性炭的催化作用下，與煤氣中少量的O2發生氧化反應，反應生成的單質S吸附於活性炭表面。當活性炭脱硫劑吸附達到飽和時，脱硫效率明顯下降，必須進行再生。活性炭的再生根據所吸附的物質而定，S在常壓下，190℃時開始熔化，440℃左右便昇華變為氣態，所以，一般利用450-500℃左右的過熱蒸汽對活性炭脱硫劑進行再生，當脱硫劑温度提高到一定程度時，單質硫便從活性炭中析出，析出的硫流入硫回收池，水冷後形成固態硫。

活性炭脱硫的脱硫反應過程如下：

2H2S+O2=S+2H2O

3、濕法脱硫技術

濕法脱硫應用較早的方法是氨洗中和法，自從上世紀50年代初國外出現ADA法以來，我國也先後研製開發了改良型ADA法、MSQ法、KCS法以及栲膠法等脱硫技術。

與幹法脱硫相比，濕法脱硫技術的應用相對要稍晚一些，最早濕法脱硫技術是在焦爐煤氣和水煤氣的淨化方面首先應用，隨着人們對發生爐煤氣高淨化度的要求，濕法脱硫技術才開始應用於發生爐煤氣行業。濕法脱硫技術應用於發生爐煤氣淨化與其在焦爐煤氣和水煤氣的淨化方面的應用略有不同，脱硫設備、工藝和操作參數都略有調整。

濕法脱硫可以歸納分為物理吸收法、化學吸收法和氧化法三種。物理吸收法是採用有機溶劑作為吸收劑，加壓吸收H2S，再經減壓將吸收的H2S釋放出來，吸收劑循環使用，該法以環丁礬法為代表；化學吸收法是以弱鹼性溶劑為吸收劑，吸收過程伴隨化學反應過程，吸收H2S後的吸收劑經增温、減壓後得以再生，熱砷鹼法即屬化學吸附法；氧化法是以鹼性溶液為吸收劑，並加入載氧體為催化劑，吸收H2S，並將其氧化成單質硫，氧化法以改良ADA法和栲膠法為代表。2020年，在發生爐煤氣的濕法脱硫技術中，應用較為廣泛的是栲膠脱硫法。它是以純鹼作為吸收劑，以栲膠為載氧體，以NaVO2為氧化劑。其脱硫及再生反應過程如下：

(1)吸收：

在吸收塔內原料氣與脱硫液逆流接觸硫化氫與溶液中鹼作用被吸收：

H2S+Na2CO2=NaHS+NaHCO2

(2)析硫：

在反應槽內硫氫根被高價金屬離子氧化生成單質硫：

NaHS+NaHCO2+2NaVO2======S↓+Na2V2O2+Na2CO2+H2O

(3)再生氧化

在噴射再生槽內空氣將酚態物氧化為醌態：

2HQ+1/2O2====2Q+H2O

以上過程按順序連續進行從而完成氣體脱硫淨化。另有資料和實驗證實，在酚被氧化為醌的同時有雙氧水生成，故再生氧化也可按下式表達：

2HQ+O2====2Q+H2O2生成雙氧水

H2O2+V+4====V+5+H2O

HS_+V+5====S0↓+V+4

圖3濕法栲膠脱硫和再生工藝流程

(1)氣體流程：

降温、除塵、除焦油的冷煤氣由煤氣加壓機升壓至1800～2000mm水柱，進入脱硫塔底部，自下而上與塔內噴淋的脱硫液逆流接觸，將煤氣中的H2S脱除至50mg/Nm3以下，脱硫後的煤氣從脱硫塔頂部引出，經捕滴器脱除水份後，送至用户。

(2)溶液流程：

從脱硫塔頂噴淋下來的溶液，吸收硫化氫後，稱為富液，經脱硫塔液封槽引出至富液槽。在富液槽內未被氧化的硫氫化鈉被進一步氧化，並析出單質硫，此時，溶液中吸收的硫以單質懸浮狀態存在。出富液槽的溶液用再生泵加壓後，打入再生槽頂部，經噴射器進入噴射再生槽，同時吸入足夠的空氣，以達到氧化栲膠和浮選硫膏之目的。再生好的溶液稱為貧液，貧液經液位調節器進入貧液槽，出貧液槽的貧液用脱硫泵打入脱硫塔頂部，經噴頭在塔內噴淋，溶液循環使用。

再生槽浮選出的單質硫呈泡沫懸浮於液麪上，溢流至硫泡沫槽內，上部清液回貧液槽循環使用，沉澱出的硫膏入熔硫釜生成副產品硫磺。

4、幹法脱硫與濕法脱硫技術綜合比較

4.1幹法脱硫的優缺點

4.1.1幹法脱硫的優點

在選用反應活性好硫容高的脱硫劑的前提下，幹法脱硫脱硫效率高，比較適宜處理含H2S較低的煤氣，因為，煤氣中H2S過高會造成脱硫劑很快失效。

4.1.2幹法脱硫的缺點

(1)乾式氧化鐵法脱硫

設備笨重，脱硫劑再生大多為間歇再生，每次再生完畢，必須用蒸汽將塔內的殘餘空氣吹淨，煤氣分析合格後，方能倒塔送氣，否則會引起爆炸；另外，更換脱硫劑時，操作勞動強度大，操作不當很容易起火燃燒，較為危險。

(2)乾式活性法脱硫

脱硫劑再生使用的過熱蒸汽不易獲得，而且再生效果很難達到要求，多數廠家乾脆就不再生，而是取出後更換新的活性炭。

乾式脱硫，由於硫的吸附，會增加脱硫劑牀層的阻力，即而引起煤氣壓力波動，不利於窯前煤氣的正常燃燒；另外，採用乾式脱硫，脱硫效率隨着脱硫劑應用時間增加而不斷降低，不利於控制最終產品質量；而且，由於幹法脱硫大多屬於間歇再生，為了不影響企業連續生產，必須設置備用脱硫塔，造成設備閒置浪費。

4.2濕式栲膠法脱硫優缺點

4.2.1濕式栲膠法脱硫優點

濕式栲膠法脱硫整個脱硫和再生過程為連續在線過程，脱硫與再生同時進行，不需要設置備用脱硫塔；煤氣脱硫淨化程度可以根據企業需要，通過調整溶液配比調整，適時加以控制，淨化後煤氣中H2S含量穩定。

4.2.2濕式栲膠法脱硫缺點

設備較多，工藝操作也較複雜，設備投資較大

4.3運行成本比較

從煤氣站脱硫系統運行費用來看，活性炭脱硫和氧化鐵法脱硫較濕法栲膠脱硫要略低一些，但考慮幹法脱硫需要再生的費用，則幹法脱硫和濕法栲膠脱硫方法比較，其運行成本相差不大。最近，我公司研製成功了一種新型濕法脱硫劑，可以替代價格較貴的栲膠和礬，使濕法脱硫成本大大降低，其運行成本已經低於幹法脱硫。

5、幹法脱硫與濕法脱硫技術結合應用

對於一些對煤氣中的H2S比較敏感的行業，可以結合幹法脱硫與濕法脱硫技術的優點，將兩種脱硫方法結合起來應用，利用濕法脱硫先將煤氣中的大部分H2S脱除，然後，再利用幹法脱硫對煤氣中的H2S進行精脱，從而，達到較高的脱硫淨度。這樣既利用了濕法脱硫可以在線調整的優點，又利用了幹法脱硫脱硫效率高的優點，並克服了由於幹法脱硫脱硫劑硫容因素造成的脱硫劑失效過快的問題。