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1.4脱硫系统低温化(以氨为碱源最好在20℃~25℃)
焦炉煤气中的氨和硫化氢在气相中并未发生化学反应,但一旦进入液相则立即发生化学反应,形成新的化合物。硫化氢溶于水,其溶解度决定于溶液温度,温度降低则硫化氢的溶解度增高,换句话说硫化氢的吸收是放热反应,且在溶液中H2S的浓度<5%时,气液相的H2S平衡受亨利定律pH2S=HC支配,
式中PH2S—平衡时,液体表面H2S的分压,×10-6mmHg
H—亨利系数,×10-6mmHg
C—单位体积溶液中H2S的摩尔分数
而亨利系数的大小取决于温度,且随温度的升高而升高,如下列数据所表示的。
温度,℃05101520253040
亨利系数H:0.2030.2390.2780.3210.3670.4140.4630.566
可见,欲提高H2S的吸收推动力,降低吸收温度是最有效的措施之一。当然提高液相的碱度提也能有效降低液相表面的PH2S值。
在没有煤气预冷塔的情况下,进入脱硫塔的煤气温度高达30℃~35℃。有专家计算过如果温度能控制在22℃~25℃,氨含量可提高3g/L~5g/L,H2S的解离度提高近30%。所以,脱硫系统中不设置煤气预冷却设备导致脱硫效率低下的教训,要得到重视。当然很多厂设置了直接式煤气预冷却设备效果也不是很好。直接式煤气预冷却设备在运行中,冷却介质与煤气直接接触,且喷洒密度较大,煤气中的焦油、萘等被洗涤混入其中,并悬浮于冷却氨水中,当冷却氨水进入冷却器冷却时,焦油和萘等杂质会沉附于传热壁表面,极大地恶化传热条件,有的甚至导致冷却器严重堵塞,以至不得不停运处理。另外直接式煤气预冷塔存在煤气冷却过程中氨的流失,两次换热,均需要温差,以至煤气难以降至25℃以下。在此基础上,很多厂选择间接横管冷却器作脱硫前煤气预冷却设备,效果很不错。
1.5脱硫工段的位置
考虑到对传统净化流程的改造和脱硫工艺的选择,很多厂煤气净化脱硫位置为:初冷器→电捕焦油器→鼓风机→中间冷却器→脱硫→洗苯塔→间接终冷塔。流程说明如下:
⑴初冷器选用横管冷却器,并设有轻质焦油喷洒洗萘装置,用低温水冷却,保证集合温度为22℃左右。这项工艺操作对后流程的打通,关系十分密切。
⑵为保证脱硫温度,在脱硫塔前,必须设有煤气中间冷却器,确保脱硫的低温吸收。
⑶为提高脱硫液中氨含量,将氨水蒸馏塔的氨气补充到脱硫液中,以提高脱硫效率。
目前很多厂考虑到煤气流程中温度梯度的合理性,采用了全负压工艺流程。如由我公司设计某厂全负压操作工艺流程:初冷器→洗苯塔→电捕焦油器→脱硫塔→鼓风机→硫氨塔→脱硫。
全负压脱硫与上面提到的流程的比较如下:
⑴由于脱硫工序后置,前面设置了洗苯、电捕焦油器等设备减轻了煤气中夹带的焦油、苯、萘等有机杂质,提高了苯、萘、焦油的回收率。
⑵温度变化控制合理。煤气经初冷器冷凝降温,即使再经过洗苯、洗萘、除油、除尘等处理,温度低于30℃,满足氨法脱硫要求的吸收温度。脱硫后充分利用了鼓风机的压缩热能,将煤气温度提升至48℃~58℃,又满足了硫铵生产50℃左右最佳操作温度,系统温度实现自动控制,煤气无须再经历预冷和预热的两次换热处理,减少了水、电消耗以及剩余氨水循环降温过程的氨损失,既节能又降耗。
⑶降低了投资和运行费用。由于不再使用对脱硫煤气降温的预冷塔、剩余氨水冷却器、循环冷却氨水换热器、循环冷却氨水泵和对硫铵的煤气预热器等设备,极大的减轻了企业运行费用。
2催化剂的选择
纵观国内外的脱硫脱氰技术,目前我国采用的典型脱硫脱氰技术主要有TH法(通称湿式氧化法)、FRC法(通称催化氧化法)、AS法(通称氨硫联合洗涤法)、改良ADA法、HPF法(通称催化氧化氨法)、东狮888-JDS法、栲胶法MEA、VACA法(亦称真空碱法)等。为了使大家对我国焦化行业现行的脱硫技术有一个较全面的了解,下面对我国焦化行业中比较有代表性的几种脱硫技术作一个列举。
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