煤炭氣化工藝學(xué)-第六章-煤氣的凈化

2023/1/31《煤炭氣化工藝》第六章煤氣的凈化6-1概述6-2固體顆粒的清除-除塵6-3脫硫6-4城市煤氣

2023/1/31《煤炭氣化工藝》掌握煤氣除硫的原理及方法熟悉煤氣的除塵了解我國(guó)城市煤氣知識(shí)目標(biāo)

2023/1/31《煤炭氣化工藝》能掌握煤氣的除硫原理、方法、效果等會(huì)流利的講述常用煤氣的除硫、除塵的工藝流程會(huì)解釋一些實(shí)際操作過(guò)程常出現(xiàn)的問(wèn)題及會(huì)分析影響操作的因素能力目標(biāo)

2023/1/31《煤炭氣化工藝》6-1概述1﹑煤氣的主要成分煤氣的主要成分隨生產(chǎn)方法的不同而有差別：以空氣和水蒸氣為氣化劑的半水煤氣，其主要成分有：H2、N2、CO、CO2、CH4、未反應(yīng)的H2O以水蒸氣-氧氣為氣化劑時(shí)，其主要成分有：H2、CO、CO2、CH4、未反應(yīng)的水蒸氣等。

一、煤氣中的雜質(zhì)及其危害

2023/1/31《煤炭氣化工藝》一、煤氣中的雜質(zhì)及其危害2﹑煤氣雜質(zhì)成分和雜質(zhì)含量煤氣雜質(zhì)成分和雜質(zhì)含量因生產(chǎn)方法的區(qū)別而有所不同，但主要是礦塵、各種硫的化合物、煤焦油等。硫：硫大部分轉(zhuǎn)變成了H2S(約占總量的95％)，但也有極少量COS、SO2以及各種硫醇(C2H5SH)和噻吩(C4H4S)。煤氣中的含硫量與燃料中的硫含量以及加工方法有關(guān)。①以含硫較高的焦炭或無(wú)煙煤為原料制得的煤氣中．硫化氫可達(dá)4～6g／m3，有機(jī)硫O.5～0.8g／m3

；②以低硫煤或焦為原料時(shí)，硫化氫一般為1～2g／m3

，有機(jī)硫?yàn)镺.05～0.2g／m3

。③天然氣中硫化氫含量因煤產(chǎn)地不同而有很大差異，約在0.5～15g／m3范圍內(nèi)變動(dòng)。④重油、輕油中的硫含量亦因石油產(chǎn)地不同而有很大差別。氮：煤中的氮以NH、HCN和各種硫氰酸鹽(酯)的形式出現(xiàn)在氣體中。鹵素：各種鹵素轉(zhuǎn)化成它們相應(yīng)的酸或鹽，其它元素：煤中還有一些被認(rèn)為具有潛在危險(xiǎn)的元素如鍍、砷、硒、鎘、汞和鉛。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》一、煤氣中的雜質(zhì)及其危害3、危害固體雜質(zhì)會(huì)堵塞管道、設(shè)備等，從而造成系統(tǒng)阻力增大，甚至使整個(gè)生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。硫化氧及其燃燒產(chǎn)物(SO2)會(huì)造成人體中毒，在空氣中含有0.1%的硫化氫就能致人死命。硫化物的存在還會(huì)腐蝕管道和設(shè)備，而且給后工序的生產(chǎn)帶來(lái)危害，如造成催化劑中毒、使產(chǎn)品成分不純或色澤較差等

2023/1/31《煤炭氣化工藝》二、煤氣中雜質(zhì)的脫除方法煤氣的凈化包括固體顆粒的清除和氣體雜質(zhì)的凈化．一般分為預(yù)凈化和凈化兩個(gè)階段。固體顆粒的清除：水洗急冷氣體雜質(zhì)的凈化：物理溶劑法

化學(xué)法

2023/1/31《煤炭氣化工藝》一、除塵的原理及方法氣流床氣化的粗煤氣中固體顆粒的清除固定床氣化的粗煤氣中固體顆粒的清除

2023/1/31《煤炭氣化工藝》氣流床氣化的粗煤氣中固體顆粒的清除氣流床氣化的粗煤氣溫度高，固體顆粒含量也高。如K-T法中爐氣出口溫度約為1816℃，并稍具正壓。這時(shí)直接用水來(lái)使氣體急冷．以使其挾帶的熔渣微滴固化，然后使氣體通過(guò)廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，同時(shí)降低煤氣自身溫度到177℃左右。氣體再經(jīng)兩級(jí)文氏洗滌器洗滌凈化和冷卻，溫度降至35℃，然后進(jìn)去脫硫。K-T法除塵凈化的工藝流程如圖6-1所示。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》固定床--連續(xù)式氣化的粗煤氣中固體顆粒的清除（魯奇(Lurgi)氣化法）魯奇(Lurgi)氣化過(guò)程為加壓操作．且氣體中含焦油和油，粗煤氣的預(yù)凈化比較復(fù)雜。從氣化爐出來(lái)的粗煤氣溫度為427～437℃，氣體首先通過(guò)急冷冷卻器，而后通過(guò)廢熱鍋爐，離開(kāi)時(shí)溫度約為154℃。焦油、油和冷凝液在此處收集予以分離。重質(zhì)焦油(大部分顆粒物質(zhì)積聚在此焦油內(nèi))返回到氣化爐。接著進(jìn)行兩級(jí)氣體間接冷卻，在第一級(jí)即中間收集余下的焦油、油和水。在第二級(jí)，氣體被冷卻到30～38℃．此處只收集油和水。最后為了脫除輕質(zhì)油，用洗油對(duì)氣體進(jìn)行逆流洗滌。制取高熱質(zhì)煤氣時(shí)，需在廢熱鍋爐后的工序中加入變換爐。這種配置方式可使氣體的冷卻和再加熱都簡(jiǎn)化到最低程度。另外，重質(zhì)油在變換催化劑上部脫硫，同時(shí)COS和CS2轉(zhuǎn)變成H2S和CO2。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》固定床--間歇式氣化制半水煤氣或水煤氣的中固體顆粒的清除從煤氣爐出來(lái)的半水煤氣先經(jīng)過(guò)燃燒蓄熱室，再經(jīng)過(guò)廢熱鍋爐回收廢熱后，去洗氣塔5后進(jìn)煤氣柜6，煤氣柜體積很大，不僅可以起到儲(chǔ)存氣體的作用，同時(shí)還可以起到重力除塵的作用。從煤氣柜中出來(lái)的氣體再進(jìn)去電除塵器最后除塵。間歇式氣化制半水煤氣或水煤氣時(shí)，廢熱回收和固體顆粒的凈化工藝流程如圖6-3所示。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》煤氣中礦塵清除的主要設(shè)備，按清除原理可分為旋風(fēng)分離器：離心力沉降室：重力沉降，如煤氣柜和廢熱鍋爐就相當(dāng)于重力沉降室電除塵器：依靠高壓靜電場(chǎng)文氏洗滌器：水水膜除塵器：水洗滌塔：水二、除塵的主要設(shè)備

2023/1/31《煤炭氣化工藝》電除塵器電除塵器的主要特點(diǎn)除塵效率高；設(shè)備生產(chǎn)能力范圍較大，即適應(yīng)性較強(qiáng)；流體阻力小電除塵器的分類干式電除塵器：科塵返攪濕式電除塵器：操作連續(xù)、穩(wěn)定，但只能在較低溫度下使用

2023/1/31《煤炭氣化工藝》濕式電除塵器濕式電除塵器的結(jié)構(gòu)：它由除塵室和高壓供電兩部分組成濕式電除塵器的工作原理：在電暈電極上電場(chǎng)強(qiáng)度特別大，使導(dǎo)線上產(chǎn)生電暈放電，在電暈電極線周圍的氣體在高電場(chǎng)強(qiáng)度的作用下發(fā)生電離，帶負(fù)電的離子充滿整個(gè)電場(chǎng)的有效空間。帶負(fù)電的離子在電場(chǎng)的作用下，從電暈電極向沉淀電極移動(dòng)，與粉塵相遇時(shí)，爐氣中的分散粉塵顆粒將其吸附，從而帶電。帶電的粉塵在電場(chǎng)作用下移向沉淀電極．在電極上放電，使粉塵成為中性并聚集在沉淀電極上，干式經(jīng)振打、濕式可用水或其他液體沖洗進(jìn)收塵斗中而被清除。通常電暈極供以負(fù)電．因?yàn)殛庪x子比陽(yáng)離子話躍，陰極電暈比陽(yáng)極穩(wěn)定。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》6-3脫硫一、煤氣脫硫方法分類脫硫技術(shù)原煤脫硫煤氣脫硫煙氣脫硫活性炭法離子變換樹(shù)脂法加氫轉(zhuǎn)化法氧化鐵法氧化錳法氧化鋅法水解轉(zhuǎn)化法分子篩法干法濕法化學(xué)吸收法中和法濕式氧化法物理吸收法物理化學(xué)吸收法

2023/1/31《煤炭氣化工藝》二、化學(xué)吸收法脫硫(一)濕式氧化法濕式氧化法是將氣體中的硫化氫吸收至溶液中，以催化劑作為載氧體，使其氧化成單質(zhì)硫，從而達(dá)到脫硫的目的。其化學(xué)反應(yīng)可用下式表示：硫化氫為酸性氣體，吸收劑必須為堿性物質(zhì)一般常用碳酸鈉(過(guò)去曾用碳酸鉀)、氨水等。根據(jù)所選載氧體的不同，常見(jiàn)的濕式氧化法有改良ADA法、萘醌法、氨水催化法、改良砷堿法、絡(luò)合鐵法、栲膠法等。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》1、改良ADA法(亦稱蒽醌二磺酸鈉法)(1)基本原理：該脫硫法的反應(yīng)機(jī)理可分為四個(gè)階段。在pH8.5～9.2范圍，在脫硫塔內(nèi)稀堿液吸收硫化氫生成硫氫化物在液相中，硫氫化物被偏釩酸鈉迅速氧化成硫。而偏釩酸鈉被還原成焦釩酸鈉。還原性的焦釩酸鈉與氧化態(tài)的ADA反應(yīng)，生成還原態(tài)的ADA，而焦釩酸鈉則被ADA氧化，再生成偏釩酸鈉鹽。還原態(tài)ADA被空氣中的氧氧化成氧化態(tài)的ADA，恢復(fù)了ADA的氧化性能。消耗的碳酸鈉由生成的氫氧化鈉得到T補(bǔ)償?；謴?fù)活性后的溶液循環(huán)使用。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》副反應(yīng)當(dāng)氣體中含有二氧化碳、氧、氰化氫時(shí)，尚有下列副反應(yīng)發(fā)生氣體中混有這些雜質(zhì)是不可避免的?？梢?jiàn)，總有一些碳酸鈉消耗在副反應(yīng)上，因而在進(jìn)行物料平衡計(jì)算時(shí)，應(yīng)把這些反應(yīng)計(jì)入。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》影響溶液對(duì)硫化氫吸收速度的因素溶液的組分包括總堿度、碳酸鈉濃度、溶液的pH值及其他組分溶液的總堿度和碳酸鈉濃度氣體的凈化度、溶液的硫容量及氣相總傳質(zhì)系數(shù)，都隨碳酸鈉濃度的增加而增大。但濃度太高，超過(guò)了反應(yīng)的需要，將更多地按式(6-6)的反應(yīng)生戚碳酸氫鈉。碳酸氫鈉的溶解度較小，易析出結(jié)晶，影響生產(chǎn)。同時(shí)濃度太高生成硫代硫酸鈉的反應(yīng)亦加劇。因此，碳酸鈉的濃度應(yīng)根據(jù)氣體中硫化氫的含量來(lái)決定。在滿足凈化要求的情況下，碳酸鈉的濃度應(yīng)盡量取低些。目前國(guó)內(nèi)在凈化低硫原料氣時(shí)多采用總堿度為0.4mol／L、碳酸鈉為0.1mol／L的稀溶液。隨原料氣中硫化氫含量的增加，可相應(yīng)提高溶液濃度，直到采用總堿度為1.0mol／L，碳酸鈉為0.4mol/L的濃溶液。溶液的pH值

對(duì)硫化氫與ADA／釩酸鹽溶液的反應(yīng)，溶液的pH值高對(duì)反應(yīng)有利。而氧同還原態(tài)ADA／釩酸鹽反應(yīng)，溶液pH值低對(duì)反應(yīng)有利。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)綜合考慮

2023/1/31《煤炭氣化工藝》影響溶液對(duì)硫化氫吸收速度的因素溶液中其他組分偏釩酸鹽與硫化氫反應(yīng)相當(dāng)快。但當(dāng)出現(xiàn)硫化氫局部過(guò)濃時(shí)，會(huì)形成“釩-氧-硫”黑色沉淀。添加少量酒石酸鈉鉀可防止生成“釩-氧硫”沉淀。酒石酸鈉鉀的用量應(yīng)與釩濃度有一定比例，酒石酸鈉鉀的濃度一般是偏釩酸鈉鉀的一半左右。溶度中的雜質(zhì)對(duì)脫硫有很大影響，例如硫代硫酸鈉，硫氰化鈉以及原料氣中夾帶的焦油、苯、萘等對(duì)脫硫都有害溫度吸收和再生過(guò)程對(duì)溫度均無(wú)嚴(yán)格要求。溫度在15～60°C范圍內(nèi)均可正常操作。但溫度太低，一方面會(huì)引起碳酸鈉、ADA、偏釩酸鈉鹽等沉淀；另一方面，溫度低吸收速度慢，溶液再生不好。溫度太高時(shí)，會(huì)使生成硫代硫酸鈉的副反應(yīng)加速。通常溶液溫度需維持在40～45°C。這時(shí)生成的硫磺粒度也較大。壓力脫硫過(guò)程對(duì)壓力無(wú)特殊要求，由常壓至68～65MPa(表壓)范圍內(nèi)，吸收過(guò)程均能正常進(jìn)行。吸收壓力取決于原料氣的壓力。加壓操作對(duì)二氧化碳含量高的原料氣有更好的適應(yīng)性。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》常壓改良ADA法脫硫的生產(chǎn)流程：

2023/1/31《煤炭氣化工藝》加壓ADA法脫硫工藝流程

2023/1/31《煤炭氣化工藝》2萘醌法脫硫本法是一種高效濕式氧化脫硫法，它由濕法脫硫及脫硫廢液處理兩部分組成。本法采用氨水作堿性吸收劑，添加少量1,4-萘醌2-磺酸銨(NQ)作催化劑。（1）原理

2023/1/31《煤炭氣化工藝》（2）影響因素若采用填料再生塔以增加空氣和吸收液的接觸程度，將有助于再生反應(yīng)速度的提高再生后的吸收液回吸收塔循環(huán)過(guò)程中，吸收液逐漸積累了上述反應(yīng)生成的硫磺、酸銨、硫代硫酸銨和硫酸銨等物質(zhì)。為使這些化合物在吸收液中的濃度保持一定，必須提取部分吸收液作脫硫廢液送往廢液處理裝置予以處理。煤氣的停留時(shí)間越長(zhǎng)，吸收效果越好

據(jù)生產(chǎn)實(shí)際資料，入塔煤氣中NH3／H2S<0.5(質(zhì)量比)時(shí)，脫硫效率有下降趨勢(shì)，為使脫硫效率保持在90%以上．此比值需保持在0.7以上。同催化劑維度的平方根值及再生氣體中氧的濃度成正比關(guān)系，與溫度成反比關(guān)系。設(shè)備構(gòu)造吸收液的循環(huán)壁煤氣的停留時(shí)間煤氣中的氨含量再生反應(yīng)速度(H2S離子的減少速度)

2023/1/31《煤炭氣化工藝》（3）優(yōu)點(diǎn)本法以焦?fàn)t煤氣中的氨作為堿源，降低了成本;在脫硫操作中，可把再生塔內(nèi)硫磺的生成量限制在硫氰酸銨生成反應(yīng)所需要的量范圍，過(guò)剩的硫則氧化成硫代硫酸鹽和硫酸鹽。這樣，由于再生吸收液中不含固體硫，不僅改善了再生設(shè)備的操作，而且防止了吸收液起泡，減少丁脫硫塔內(nèi)的壓力損失，避免了氣阻現(xiàn)象的發(fā)生。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》3、栲膠法

改良ADA脫硫方法在操作中易發(fā)生堵塞，而且ADA藥品價(jià)格十分昂貴。用栲膠取代ADA的栲膠法脫硫，則克服了這兩項(xiàng)缺點(diǎn)。(1)栲膠法工藝的特點(diǎn)①栲膠法具有改良ADA法的幾乎所有優(yōu)點(diǎn)。②栲膠既是氧化劑又是釩的絡(luò)合劑，脫硫劑組成比改良ADA法簡(jiǎn)單。

③我國(guó)栲膠資源豐富、價(jià)廉易得，因而脫硫裝置運(yùn)行費(fèi)用比改良ADA法少。④栲膠法脫硫沒(méi)有硫磺堵塔問(wèn)題。⑤栲膠需要一個(gè)復(fù)雜的預(yù)處理過(guò)程才能添加到系統(tǒng)中去，否則會(huì)造成溶液嚴(yán)重發(fā)泡而使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。但近年來(lái)研制出的新產(chǎn)品P型和V型栲膠，可以直接加入系統(tǒng)。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》(2)栲膠及其水溶液的性質(zhì)①栲膠來(lái)自含單寧的樹(shù)皮(如栲樹(shù)、落葉松)、根和莖(如堅(jiān)本、栗木)、葉(如漆樹(shù))和果殼。栲膠的主要成分為單寧，約占66％。栲膠可以無(wú)限制地溶于水中，直到最后成為糊狀。溫度升高，溶解度增大。②栲膠水溶液在空氣中易被氧化。單寧中較活潑的羥基易被空氣中的氧氧化，生成醌態(tài)結(jié)構(gòu)物。因單寧具有與ADA類似的氧化還原性質(zhì)。故栲膠法原理與改良ADA法相似，可以把改良ADA脫硫工藝改成栲膠法。③單寧能與多種金屬離子(如釩、鉻、鋁等)形成水溶性配合物。④在堿性溶液中單寧能與銅、鐵反應(yīng)并在材料表面上形成單寧酸鹽的薄膜，從而具有防腐作用。⑤栲膠水溶液，特別是高濃度栲膠水溶液是典型的膠體溶液。⑥栲膠組分中含有相當(dāng)數(shù)量的表面活性物質(zhì)，導(dǎo)致溶液表面張力下降發(fā)泡性增強(qiáng)。⑦栲膠水溶液中有NaVO3、NaHCO3等弱酸鹽時(shí)易生成沉淀。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》(3)脫硫的化學(xué)反應(yīng)原理

2023/1/31《煤炭氣化工藝》(4)主要影響因素及控制條件a總堿度。溶液的總堿度與其硫容量呈直線關(guān)系。因此提高總堿度是提高溶液硫容量的有效手段。當(dāng)處理低硫原料氣時(shí)可采用0.4mol／L．處理高硫原料氣時(shí)可采用0.8～10mol／L的總堿度。b.NaVO3含量。NaV03含量決定于脫硫液的操硫容．即富液中HS的濃度，符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系，其理論濃度與液相的物質(zhì)的量濃度相等。配制溶液時(shí)常常過(guò)量，過(guò)量系數(shù)1.3～1.5。c.栲膠濃度。栲膠濃度可以從三個(gè)方面考慮：一是作為載氧體，栲膠濃度與溶液中釩含量存在著化學(xué)反應(yīng)量的關(guān)系；二是從配合作用考慮，要求栲膠濃度與釩濃度之間保持一定比例；三是考慮栲膠對(duì)碳鋼的緩蝕作用。d.原料氣中C02的含量。栲膠脫硫液具有相當(dāng)好的選擇性。在適宜條件下，能從含C0299％的氣流中把200mg／m3的H2S脫到45mg／m3以下。但由于吸收CO2后會(huì)使溶液pH值下降，脫硫效率有所降低。e.溫度。常溫范圍內(nèi)．H2S、CO2的脫除率，Na2S203生成率對(duì)溫度不敏感。再生溫度在45℃以下時(shí)，Na2S203生成率很低，超過(guò)45℃急劇上升。因此通常吸收與再生在同一溫度下進(jìn)行，中間不設(shè)冷卻和加熱裝置。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》4、濕法脫硫的主要設(shè)備濕法脫硫塔的塔型很多，有填料塔，湍動(dòng)塔、噴射塔、旋流板塔、篩板塔、空淋塔以及復(fù)合型吸收塔。而最常用的是噴射塔、旋流板塔、填料塔和噴旋塔。

(1)吸收塔可用于濕法吸收脫硫的塔型很多．常用的是噴射塔、旋流板塔、填料塔和噴旋塔。（2）噴射再生槽噴射再生槽有噴射器和再生槽組成

2023/1/31《煤炭氣化工藝》噴射塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)強(qiáng)度大，不易堵塔等優(yōu)點(diǎn)。由于可以承受很大的液體負(fù)荷、單級(jí)脫硫效率不高(70％)因而常被用來(lái)粗脫硫化氫。噴射塔主要由噴射段、噴杯、吸收段和分離段組成1-噴射段；2-噴杯：3-吸收段：4-分離段旋流板塔由吸收段、除霧段、塔板、分離段組成。旋流板塔的空塔氣速約為一般填料塔的2～4倍，一般板式塔的1.5～2倍，與湍動(dòng)塔相近，但達(dá)到同樣效果時(shí)旋流板塔的高度比湍動(dòng)塔低；從有效體積看，三者之中旋流板塔最小；塔壓降小，工業(yè)上旋流板塔的單板壓降一般在98～392Pa之間；操作范圍較大；不易堵塞。1-吸收段：2-除霧段：3-塔板：4-分離段噴射塔、旋流板塔

2023/1/31《煤炭氣化工藝》噴旋塔噴射器結(jié)構(gòu)1-噴嘴；2-吸氣室；3-收縮管；4-混合管；5-擴(kuò)散管6-尾管雙級(jí)噴射器由雙級(jí)噴射器和再生槽組成，再生槽與單級(jí)噴射器再生槽相同。而雙級(jí)噴射器由噴嘴、一級(jí)喉管、二級(jí)喉管，擴(kuò)散管和尾管組成。雙級(jí)噴射器的特點(diǎn)是第一級(jí)喉管較?。孛姹?噴嘴截面與第一級(jí)喉管面之比較大，因而氣液基本是同速的，形成的混合流體中液體是連續(xù)相，氣體是分散相，能量交換比較完全。

與單級(jí)噴射器相比．雙級(jí)噴射器有如下特點(diǎn)。①富液與空氣混合好，氣液接觸表面多次更新，強(qiáng)化了再生過(guò)程，提高了再生效率。②因二次吸人空氣(總空氣吸入量比單級(jí)增加一倍)，富液射流的能量得到更充分地利用。自吸抽氣能力更高，溶液不易反噴。③由于強(qiáng)化了氣液接觸傳質(zhì)過(guò)程，空氣量顯著減少，因而減輕了再生槽排氣對(duì)環(huán)境的污染，減小了再生槽的有效容積。④由于一級(jí)喉管的滑動(dòng)系數(shù)(S)接近于l，氣液接近同速，困而喉管不易堵塞。⑤單級(jí)噴射器改為雙級(jí)投資少，效益顯著。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》(二)中和法中和法主要有氨水法、氫氧化鈉法、碳酸鈉法和醇胺法等中和法在生產(chǎn)中應(yīng)用較少，此處不在敘述。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》優(yōu)點(diǎn)：①干法脫硫設(shè)備簡(jiǎn)單、操作平穩(wěn)、脫硫精度高，已被各種原料氣的大中小氮肥廠、甲醇廠、城市煤氣廠、石油化工廠等廣泛采用。②此法在常、低溫條件下使用的，易再生的脫硫劑將會(huì)有非常廣泛的應(yīng)用前景缺點(diǎn)：①反應(yīng)較慢、設(shè)備龐大，且需多個(gè)設(shè)備進(jìn)行切換操作對(duì)含高濃度硫的氣體不適應(yīng)。②干法脫硫劑的硫容量有限，對(duì)含高濃度硫的氣體不適應(yīng)，需要先用濕法粗脫硫后，再用干法精脫把關(guān)。三、干法脫硫

2023/1/31《煤炭氣化工藝》干法脫硫的主要方法(一)、常溫氧化鐵法(二)、中溫氣化鐵法(三)、氧化鋅法(四)、活性炭法(五)、其他干法脫硫簡(jiǎn)介干法脫硫的主要方法

2023/1/31《煤炭氣化工藝》(一)常溫氧化鐵法1．基本原理脫硫劑呈堿性時(shí)脫硫劑呈酸、中性硫化鐵在有氧氣時(shí)氧化析出硫磺，脫硫劑再生

2023/1/31《煤炭氣化工藝》2、影響脫硫的因素溫度壓力脫硫劑的粒度脫硫劑的堿度常溫氧化鐵脫硫劑的脫硫反應(yīng)速度與溫度有關(guān)，溫度升高，活性增加。溫度降低，活性減小。當(dāng)溫度低于5～lO℃時(shí)，脫硫的活性急劇下降。常溫型氧化鐵脫硫劑的使用溫度以20～40℃為宜，在此溫度范圍內(nèi)，活性較大，硫容量大且較穩(wěn)定氧化鐵脫硫是不可逆反應(yīng)，故不受壓力的影響。但提高壓力可提高硫化氫的濃度，提高脫硫劑的硫容。同時(shí)還可提高設(shè)備的空間利用率，減少設(shè)備投資脫硫劑粒度越小，擴(kuò)散阻力越?。磻?yīng)速度越快；反之則脫硫速度就慢。目前國(guó)內(nèi)常用低溫型氧化鐵脫硫劑為圓柱形．直徑范圍在3～6mm必須控制脫硫劑為堿性，生成極易再生的FeS．使脫硫劑易于再生

2023/1/31《煤炭氣化工藝》(二)中溫氣化鐵法(1)脫硫反應(yīng)1、基本原理還原有機(jī)硫轉(zhuǎn)化脫除硫化氫(2)再生原理

2023/1/31《煤炭氣化工藝》2、脫硫劑的理化性質(zhì)和使用條件國(guó)內(nèi)中溫氧化鐵脫硫劑的主要型號(hào)及特性型號(hào)組分規(guī)格比表面積/（m2/s）堆積密度/（t/m3）強(qiáng)度/MPa研制單位6971MoO37.5%～10%Fe2O3（余量）4×6200—18撫順石油三廠S57-4Fe2O3加促進(jìn)劑6×6———四川石油煉制所CLS-2Fe2O3加促進(jìn)劑14×4——2.4四川石油煉制所LA-1-1Fe2O36×515～251.4～1.820～24化工化肥研究所

2023/1/31《煤炭氣化工藝》3、主要影響因素及控制溫度壓力氣體組分氧化鐵脫硫?qū)俎D(zhuǎn)化吸收型。有機(jī)硫經(jīng)催化加氫，分解為無(wú)機(jī)硫。而后被氧化鐵吸收。有機(jī)硫加氫分解有一定的溫度要求．一些有機(jī)硫在150～250℃就開(kāi)始熱分解，甲硫醇300℃開(kāi)始分解，而乙硫醚的分解溫度為400℃。當(dāng)原料氣中有機(jī)硫含量較高時(shí)，適當(dāng)提高脫硫反應(yīng)溫度有利于有機(jī)硫的氫解,提高脫硫效率。但硫化氫的吸收要求采用較低的溫度，以提高對(duì)硫化氫的吸收率，降低凈化氣中硫化氫的濃度。因此，綜合兩方面的因，通常脫硫反應(yīng)溫度控制在250～300。硫化氫的脫除反應(yīng)為等分子反應(yīng)，壓力對(duì)反應(yīng)平衡投有影響。但提高壓力可提高硫化氫的分壓，從而提高脫硫效率

水蒸氣的存在對(duì)該脫硫過(guò)程的影響較為明顯，水蒸氣含量越低，對(duì)脫硫越有利。溫度對(duì)該脫硫過(guò)程的影響是：升高溫度，脫硫反應(yīng)平衡常數(shù)減小，硫化氫平衡分壓增大；而溫度降低，平衡濃度減小，脫硫效果提高。當(dāng)氣流中有氫氣存在時(shí)，則生成的硫化鐵可與氫發(fā)生下列反應(yīng)：從而使硫化氫含量增大，影響脫硫效率

2023/1/31《煤炭氣化工藝》(三)氧化鋅法1、基本原理脫硫機(jī)理的解釋(1)轉(zhuǎn)化機(jī)理(2)吸收機(jī)理一些有機(jī)硫化合物在它們的熱穩(wěn)定溫度下，由于氧化鋅和硫化鋅的催化作用而分解成烯烴和硫化氫，后者隨即被氧化鋅吸收。噻吩在操作溫度下還不易分解，故在氧化鋅上基本不被脫除。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》2、主要影響因素及控制條件影響氧化鋅脫硫的因素較多，主要有下列幾個(gè)方面(1)有害雜質(zhì)

氯砷氯與脫硫劑中鋅在其表面形成氯化鋅薄層．覆蓋在氧化鋅表面．阻止硫化氫進(jìn)入脫硫劑內(nèi)部，從而大大降低脫硫劑的性能。砷對(duì)脫硫劑有毒害，一般應(yīng)控制在O.001％以下。(2)反應(yīng)溫度一般氧化鋅脫除硫化氫在較低溫度(200℃)即很快進(jìn)行。而要脫除有機(jī)硫化物，則要求在較高溫度(350～400℃)下進(jìn)行。操作溫度的選擇不僅要考慮反應(yīng)速度、需要脫除的硫化物種類、原料氣中水蒸氣含量，還要考慮氧化鋅脫硫劑的硫容量與溫度的關(guān)系，提高操作溫度可提高硫容量，特別在200～400℃之間增加較明顯。但不要超過(guò)400℃，以防止烴類的熱解而造成結(jié)炭。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》2、主要影響因素及控制條件(3)空速與線速脫硫反應(yīng)需要一定的接觸時(shí)間，如果空速太大，反應(yīng)物在脫硫劑床層停留時(shí)間過(guò)短，會(huì)使穿透硫容下降。因此操作壓力較低時(shí)，空速應(yīng)選低些。氧化鋅吸收硫化氧的反應(yīng)平衡常數(shù)很大，如果空速過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致氣體線速度太小，從而使反應(yīng)變成擴(kuò)散控制。因此必須保證一定的線速度，也就是要選擇合適的脫硫槽直徑，一般要求脫硫槽的高徑比大于3。(4)操作壓力提高操作壓力對(duì)脫硫有利，可大大提高線速度，有利于提高反應(yīng)速度。因此操作壓力高時(shí)．空速可相應(yīng)加大。(5)水汽含量水蒸氣的存在對(duì)氧化鋅脫硫影響不大，但當(dāng)水蒸氣含量較高而溫度也高時(shí)，會(huì)使硫化氫的平衡濃度大大超過(guò)對(duì)脫硫凈化度指標(biāo)的要求。而且水蒸氣高時(shí)，還會(huì)與金屬氧化物反應(yīng)生成堿。氧化鋅最不易發(fā)生水合反應(yīng)，當(dāng)催化劑中非氧化鋅成分較高時(shí)，會(huì)不同程度降低催化劑的抗水合能力。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》3、氧化鋅脫硫劑使用情況①單用氧化鋅：適用于含硫量低、要求凈化氣精度高的場(chǎng)合。②同鈷鉬加氫轉(zhuǎn)化催化劑或鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化催化劑串聯(lián)使用。適用于含復(fù)雜有機(jī)硫(如噻吩)的天然氣、油田氣、石油加工氣、輕油等。③酸性氣洗滌+鈷鉬催化轉(zhuǎn)化+氧化鋅脫硫。適用于油田伴生氣之類總硫含量較高的氣態(tài)烴脫硫④鈷鉬加氫轉(zhuǎn)化+酸性氣洗滌+氧化鋅脫硫。適用于含有較高有機(jī)硫的液化石油氣等氣態(tài)烴。⑤兩個(gè)(或一個(gè))鈷鉬加氫(其間設(shè)氣提塔)，后設(shè)氧化鋅脫硫。適用于石腦油，含硫小于50×10-6

時(shí)可只用一個(gè)鈷鉬加氫槽。

2023/1/31《煤炭氣化工藝》(四)活性炭法應(yīng)用活性炭脫除工業(yè)氣體中硫化氫及有機(jī)硫化物，稱為活性炭脫硫。1．基本原理在一般條件下，該反應(yīng)速度較慢。而活性炭對(duì)這一反應(yīng)具有良好的催化作用，并兼有吸附作用。硫化氫及氧在活性炭表面的反應(yīng)分兩步進(jìn)行。第一步：活性炭表面化學(xué)吸附氧，形成作為催化中心的表面氧化物第二步:氣體中的硫化氫分子碰撞活性炭表面，與化學(xué)吸附的氧發(fā)生反應(yīng)，生成的硫磺分子沉積在活性炭的孔隙中。沉積在活性炭表面的硫，對(duì)脫硫反應(yīng)也有催化作用。活性炭脫除硫化氫氣體時(shí)，還發(fā)生下列副反應(yīng):

2023/1/31《煤炭氣化工藝》影響脫硫的主要因素及控制條件(1)、活性炭的質(zhì)量活性炭的質(zhì)量可由其硫容量與強(qiáng)度直接判斷。在符合一定強(qiáng)度的條件下活性炭的硫容量高，其脫硫效果也就好。在活性炭中添加某些化合物后，可以顯著提高活性炭的脫硫性能，甚至改變活性炭脫硫的產(chǎn)物。除上述的氨外，已知能夠增大活性炭脫硫性能的化合物有銨或堿金屬的碘化物或碘酸鹽、硫酸銅、氧化銅、碘化銀、氧化鐵、硫化鎳等。(2)、氧及氨的含量氧及氨的含量氧和氨都是直接參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。對(duì)脫除硫化氫來(lái)說(shuō)．工業(yè)生產(chǎn)中氧含量一般控制在超過(guò)理論量的50％，或者使脫硫后氣體中殘余氧含量為0.l％。含硫化氫lg／m3的工業(yè)氣體，活性炭脫硫時(shí)，要求氧含量為0.05％，對(duì)含硫化氫10g／m3的工業(yè)氣體，含氧0.5％便.足夠了。(3)、相對(duì)濕度在室溫下進(jìn)行脫硫時(shí)，高的氣體相對(duì)濕度能提高脫硫效率，最好是氣體被水蒸氣所飽和。但需要注意的是，進(jìn)人活性炭吸附器的氣體，不能帶液態(tài)水。否則會(huì)使活性炭浸濕，活性炭的空隙被水塞滿失去脫硫能力。(4)、脫硫溫度溫度對(duì)活性炭脫硫的影響比較復(fù)雜。對(duì)硫化氫來(lái)講-當(dāng)氣體中存在水蒸氣時(shí)，脫硫的溫度范圍為27～82℃．最適宜溫度范圍為32～54℃。低于27℃時(shí)，硫化氫被催化氧化的反應(yīng)速度較慢；溫度高于82℃時(shí)，由于硫化氫及氨在活性炭孔隙表面水膜中的溶解作用減弱．也會(huì)降低脫硫效果。當(dāng)氣體中存在水蒸氣時(shí)，則活性炭脫除硫化氫的能力反而隨溫度的升高而加強(qiáng)。(5)、煤焦油及不飽和烴活性炭對(duì)煤焦油有很強(qiáng)的吸附作用。煤焦油不但能夠堵塞活性炭的孔隙．降低活性炭的硫容量及脫硫效率，而且還會(huì)使活性炭顆粒黏結(jié)在一起，增加活性炭吸附器的阻力，嚴(yán)重影響脫硫過(guò)程的進(jìn)行。另外，氣體中的不飽和烴會(huì)在活性炭表面發(fā)生聚合反應(yīng)．生成分子量大的聚合物，同樣會(huì)降低活性炭的硫容量，減少使用時(shí)間，并且降低脫硫效率。(四)活性炭法

2023/1/31《煤炭氣化工藝》活性炭的再生活性炭作用一段時(shí)問(wèn)后，會(huì)失去脫硫能力。因活性炭的空隙中聚集了硫及硫的含氧酸鹽。需要將這些硫及硫的含氧酸鹽從活性炭的孔隙中除去，以恢復(fù)活性炭的脫硫性能，這叫做活性炭的再生。活性炭再生方法較多，較早的方法是利用S2-與堿易生成多硫根離子的性質(zhì)，以硫化銨溶液把活性炭中的硫萃取出來(lái)，反應(yīng)式為：6-47此法再生徹底，副產(chǎn)品硫磺純度高（f≥99％)。缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，操作復(fù)雜，并且污染環(huán)境。目前出現(xiàn)了一些新的再生方法幾種。主要有以下幾種。①用加熱氨氣通入活性炭吸附器，從活性炭吸附器再生出來(lái)的硫在120～150℃變?yōu)橐簯B(tài)硫放出，氮?dú)庠傺h(huán)使用。②用過(guò)熱蒸汽通入活性炭吸附器，把再生出來(lái)的硫經(jīng)冷凝后與水分離。③用有機(jī)溶劑再生。(四)活性炭法再生方法

2023/1/31《煤炭氣化工藝》活性炭脫硫過(guò)熱蒸汽再生工藝流程

2023/1/31《煤炭氣化工藝》(1)熔融碳酸鹽脫硫(2)我國(guó)高溫脫硫研究情況我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家，將煤轉(zhuǎn)化為電能等清潔能源，是我國(guó)能源的發(fā)展趨勢(shì)。高溫脫硫是提高煤炭熱利用率的重要步驟，對(duì)此我國(guó)對(duì)高溫脫硫也進(jìn)行了大量的研究，并且取得了一些成果，但仍然處于起步階段。例如以氧化鋅及氧化鋅-氧化錳為主要成分的兩種脫硫劑，可以在200～450℃下進(jìn)行工作。以鋼廠赤泥為原料的高溫煤氣脫硫劑研制及脫硫與再生研究，都取得了相應(yīng)的進(jìn)展。高溫煤氣脫硫存在的問(wèn)題國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的高溫煤氣脫硫劑中，大體主要是金屬氧化物及復(fù)合金屬氧化物，其適應(yīng)溫區(qū)為300～900℃。雖然國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高溫煤氣凈化脫硫研究已有20多年的歷史，但至今未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。目前大型以煤為原料的電廠均采用常溫濕法脫硫工藝。主要原因有幾個(gè)方面，如脫硫劑的粉化和高溫煤氣脫硫過(guò)程中的副反應(yīng)等。高溫脫硫工藝中的設(shè)備材質(zhì)也是一大難題。其他高溫脫硫簡(jiǎn)介日本東京工業(yè)大學(xué)oshidal利用熔融的碳酸鹽作為脫硫劑，這種過(guò)程主要的優(yōu)點(diǎn)是在600～800℃既可脫硫又可脫除氯。其熔融碳酸鹽的組成是：Li2CO3:K2CO3=62:38。在合成氣中CO2和H2O的存在對(duì)脫硫過(guò)程有不利的影響。其他高溫脫硫簡(jiǎn)介

2023/1/31《煤炭氣化工藝》除了前面介紹的脫硫方法外，目前使用的還有氧化錳法(價(jià)廉易得而能同時(shí)脫除有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫)、分子篩法(適于含低硫天然氣)，加氫脫硫(與其他脫硫方法配合)等。而羰基硫的脫除比較困難．現(xiàn)多是將羰基硫氫解或水解成無(wú)機(jī)硫后再進(jìn)行脫除。干法脫硫的主要設(shè)備是脫硫槽，不論采用哪一種脫硫劑，脫硫槽的結(jié)構(gòu)都基本相同。常用結(jié)構(gòu)如圖6-14和圖6-15所示。

圖6-14加壓脫硫槽l-殼體;2-耐火球;3-鐵鋼絲;4-脫硫劑5-箅子板;6-支撐;a-氣體進(jìn)口;b氣體出口c1,c2,c3,c4-測(cè)溫口

圖6-15常壓脫硫槽1-殼體;2-耐火球;3-鐵鋼絲;4-脫硫劑;5-托板;a-人孔;b-氣體進(jìn)口;c-氣體出口其他干法脫硫簡(jiǎn)介

2023/1/31《煤炭氣化工藝》煤氣的分類按其用途可分為燃料煤氣合成煤氣管道煤氣還原煤氣按煤氣的熱值可分為高熱值煤氣中熱值煤氣低熱值煤氣按氣化劑不同可分為空氣煤氣混合煤氣水煤氣半水煤氣第四節(jié)城市煤氣

2023/1/31《煤炭氣化工藝》煤氣的分類按所采用的原料又可分為煤煤氣油煤氣按處理方法不同可分為物理添加法化學(xué)轉(zhuǎn)化法向低熱值煤氣中添加高熱值的天然氣或液化氣，使其達(dá)到城市煤氣的熱值要求。將煤氣中的二氧化碳和硫化氫去除后，再將一氧化碳變換成氫氣或轉(zhuǎn)化成甲烷=前者稱為一氧化碳的變換