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干法脱硫技术

干法脱硫技术

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现代社会的发展,社会各界对于能源的需求十分巨大,天然气作为优质的清洁能源, 其产业在良好的社会形势下, 得到了快速稳定的发展。 科学技术的提升,促进了其各项技术的发展, 其中干法脱硫剂工艺技术语天然气生产过程中极为重要的技术之一, 其对于天然气的质量有着决定性的作用。 基于此, 本文就干法脱硫工艺技术进行分析与研究。

一、碱法脱硫技术

碱法脱硫技术属于化学脱硫法的一种,是指使用酸碱度在 9 至 11 之间的强碱弱酸盐溶液作为吸收剂, 将硫元素吸收, 较为典型的即是碳酸盐法。 如果是以碳酸钠作为溶液, 在吸收塔内把原料气和碳酸钠溶液进行融合入, 使之发生化学反应,其会生成碳酸氢钠( NaHC3O)及硫氢化钠( NaHS)。先将富液吸收大量的硫化氢,再采用真空碳酸盐法,利用蒸汽对其进行蒸馏,再次形成溶液,将该方  法和克劳斯法有机结合,硫磺纯度可以达到 99.6%左右,该过程中需要使用蒸汽及大量冷却水, 能耗较大。 热碳酸盐法是指在减少压力的情况下, 利用蒸汽对其进行加热再生,使之透析出硫化氢气体,并生成碳酸钠( Na2CO3),如果原料中的氧气及二氧化碳较为丰富,即可以使用该方法。

二、物理吸收法

1. 工艺概况

物理吸收法的吸收剂一般是使用较为特殊的有机复合物, 其对于硫化氢等气体具有良好的溶解性, 可以实现脱硫的目的。 现代较为常用的物理吸收法有多乙二醇二甲醚法、低温甲醇法、 N甲基吡咯烷酮法等,其中低温甲醇法的优势十分 显著,运用的较为广泛。其又称为冷甲醇法,其基本原理是由于低温条件下,甲  醇能够有效的吸收硫化氢等酸性气体,如果温度由 20℃降低至零下 40℃,二氧化碳在其中的溶解度会提升 6 倍左右;如果温度保持在零下 40 至零下 50℃,硫化氢的溶解度则要超过二氧化碳, 约为二氧化碳的 6 倍左右,可以利用该性质分别吸收硫化氢及二氧化碳。该工艺在脱硫的过程中不仅能够实现后期的净化目标,并能够分别将其中需要处理的各种成分一一进行回收处理,包括二氧化碳、硫化氢、羰基硫等, 将二氧化碳进行回收后可以英语制作尿素; 利用克劳斯法可以在硫化氢溶液中回收硫磺, 充分利用资源。 该方式对于天然气的净化效果十分限制,能够将硫含量降低至 0.1 μ L/L 以内,且反应的过程中不会出现气泡的现象,因此不会造成设备的腐蚀。 但是由于甲醇具有一定的镀锌, 应在设备中设置制冷装备,使得操作及维修工作存在一定的难度。

2. 主要流程

首先需要把原料天然气中二氧化碳的含量控制到一定范围内, 有计划的将硫化氢除去, 并使用闪蒸再生塔系统脱去酸性组成成分, 该工艺能够较为自主的选择脱去其中的有机硫,还可以改变天然气的烃露点,使之更加符合要求。

三、生物脱硫法

生物脱硫法是较为新型的天然气处理技术, 主要是先利用某些微生物、 细菌的特点, 把硫化氢转变为单质硫, 最后将其回收处理。 现代使用的生物脱硫方法一般是在良好的环境中, 使用有机微生物或酶, 对硫成分形成催化反应, 使得非水溶性硫化物转变为水溶性化合物,再脱去其中的硫成分。有学者运用 Bio-SR 工艺,将铁盐的吸收作用和氧化亚铁硫杆菌相结合,进行了硫化氢的脱除实验,

实验效果较为良好,脱除效率高达 98.4%。但是该项技术尚未成熟,在国内尚处

于实验探索的过程中, 如果将其应用于工业方面, 其需要较长的时间进行初始化运行,微生物稳定也有难度,需要较高的技术。

四、烟气脱硫传统工艺

(一)湿法脱硫技术

烟气湿法脱硫技术是世界上广为应用的脱硫技术。 到目前为止, 碳酸氢钠生产厂家可供选择的湿法脱硫技术较多,主要有石灰石  /    石灰—石膏法、氢氧化镁(氧化镁)法、氢氧化钠法、亚硫酸钠法、氨法、海水法等。其中,石灰石  / 石灰—石膏法因其工艺具有技术成熟、效率较高(﹥ 90%)、运行可靠、操作简单、烟气中的粉尘对  脱硫过程影响小, 以及原料来源丰富、 成本低廉、运行可靠和钙利用率高 (﹥ 90%) 等优点,其装机容量占现有工业脱硫装置总容量的 85%。但是,目前我国大型烟 气脱硫装置一般采用国外低 PH浆液空塔喷淋技术,运行过程液气比高、 PH低, 投资及维护成本高。 除此之外还存在吸收剂消耗量大、 生成物难处理、 易产生二次污染等问题。除此之外,该方法易在设备内形成积垢,且存在堵塞、腐蚀与磨损的弊端。以 500MW燃煤电厂为例, 采用石灰石 / 石灰—石膏法每年消耗石灰 6.1万 t (或石灰石 13.2 万 t ),生成废渣 43.8 万 t 。即使是改良后的双碱法也由于N a2SO4 难以再生,需要不断向系统补充  NaOH或 Na2 Co3,造成碱的消耗增多。

超重力脱硫技术是北京化工大学开发的一种湿法脱硫新工艺,于  2010 年在巨化硫酸厂实现工业化应用,形成了 20 万 t/a 硫酸工业尾气 SO2 深度脱除与资源化利用成套产业化装置和工艺。 超重力技术利用强化宏观传质和微观混合过程的方法, 减少设备内物料的停留时间,  大幅缩小设备的尺寸与质量, 生产强度得到提高、易于操作,开停车、维护与检修方便。超重力脱硫在巨化硫酸厂的运行结果表明:其脱硫效率高达 98%以上,尾气排放的 SO2 浓度低于 200mg/m,是一种值得推广的湿法烟气脱硫技术,应用前景广阔。

(二)干法脱硫技术

干法脱硫工艺是在完全干燥、 没有液相参与的状态下, 通过应用一定的技术手段将烟气中的 SO2 分解或固定下来,以减少 SO2 的排放。

传统的干法烟气脱硫技术是将固体状态的石灰粉料直接喷射到炉膛或反应

塔内,通过化学反应,吸收固定烟气中的 SO2。干法烟气脱硫反应物和反应产物均为固态干粉, 不存在腐蚀、 结垢及废水处理等问题。 传统的干法脱硫流程还具备设备简单、投资小、占地少、施工周期短、反应过程烟气温降小和有利于烟囱  排气扩散等优点。 但是由于反应发生在气固界面, 受到扩散环节限制, 其脱硫效率较低(一般仅有 30%~60%)

(三)半干法脱硫技术

在湿法和干法脱硫技术基础上, 结合湿法脱硫工艺反应充分、 效率高, 干法脱硫工艺投资少, 无需废水处理的优势, 开发出了半干法脱硫技术。 它是除了湿法脱硫工艺之外,应用最广的脱硫技术,占市场份额的 10%。半干法脱硫技术是将石灰浆液喷入反应塔中, 借助烟气自身热量使吸收液中的水绝热蒸发后随烟气排出,烟气中 SO2  则以亚硫酸钙 / 硫酸钙的形式固定后外排。文献以氧化锌烟尘 为吸收剂, 浆化后吸收锌冶炼挥发窑烟气, 二氧化硫以亚硫酸盐和硫酸盐的形式 回收,二氧化硫回收率达到 90%以上。

半干法工艺中, 旋转喷雾干燥法使用最为广泛。 该方法由美国 JOY公司和丹麦 NIRO公司合作开发,其核心设备喷雾干燥塔可以同时实现反应吸收和干燥两方面作用。为了保证干燥和吸收过程的充分进行,一般需保证烟气在塔中停留10~12s

 由于干法脱硫工艺在占地、造价、操作、调节、维护、副产品无二次污染等 方面的优点, 这种工艺越来越受到业主方的广泛青睐。 现在各国都在积极研究干法脱硫技术,并使之逐步向设备大型化、系统简单化、控制自动化发展,所以国

内干法、半干法应用的比例也在逐步提高。 随着对干法脱硫工艺的深入认识、 研

究和改进以及对脱硫灰综合利用的开发, 干法脱硫工艺将会有更加广阔的应用前景。

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