COREX煤气干法脱硫剂的比选_工程实践

摘要

摘要：分析了煤气干法脱硫的技术参数，介绍了常用干法脱硫剂(常温氧化铁脱硫剂、活性炭脱硫剂)的性能，对影响干法脱硫剂性能的工艺参数进行了分析。对COREX煤气干法脱硫剂的选用

摘要：分析了煤气干法脱硫的技术参数，介绍了常用干法脱硫剂(常温氧化铁脱硫剂、活性炭脱硫剂)的性能，对影响干法脱硫剂性能的工艺参数进行了分析。对COREX煤气干法脱硫剂的选用进行了技术经济性分析，最终选用活性炭作为脱硫剂。

关键词：COREX煤气；干法脱硫；氧化铁脱硫剂；活性炭脱硫剂

Comparative Selection of Dry Desulfurization Agents for COREX Coal Gas

XU Yong

Abstract：The technical parameters for dry desulfurization of coal gas are analyzed.The performance of conventional dry desulfurization agents like ambient temperature iron oxide desulfurization agent and activated carbon desulfurization agent is introduced.The process parameters affecting the performance of dry desulfurization agents are analyzed.The techno-economic analysis for selection of dry desulfurization agent for COREX coal gas is carried out，and the activated carbon is selected as desulfurization agent.

Key words：COREX coal gas；dry desulfurization；iron oxide desulfurization agent：activated carbon desulfurization agent

宝钢股份中厚板分公司COREX炉冶炼副产煤气(简称COREX煤气)，供自备电厂发电。COREX煤气中的硫主要以H₂S的形式存在，COREX煤气中的水分与H₂S形成酸性溶液，易造成设备、管道的腐蚀，缩短了设备、管道的使用寿命。因此COREX煤气必须经过脱硫至H₂S质量浓度不大于20mg/m³方可供用户使用。干法脱硫技术是煤气脱硫常使用的一种技术，常用的脱硫剂为氧化铁脱硫剂、活性炭脱硫剂^[1]。本文对COREX煤气干法脱硫剂的比选进行探讨。

1 煤气干法脱硫技术

1.1 技术参数

干法脱硫技术是以固定床作为酸性组分的反应区，工业上较多使用的干法脱硫技术为氧化铁脱硫法、活性炭脱硫法，一般适用于H₂S质量浓度不超过2400mg/m³的低含硫气体脱硫^[2]。

硫容是评价脱硫剂性能优劣的主要技术参数，在同样的测试环境中，脱硫剂的硫容越高，表示脱硫剂的脱硫效果越好。硫容是在一定测试条件下，煤气通过脱硫剂，使H₂S与脱硫剂反应生成单质硫被脱硫剂吸附，从而测定单位质量脱硫剂所能吸收的硫的质量。硫容彬的计算式为：

式中w——硫容

m₁——测试后脱硫剂的干燥质量，g

m₀——测试前脱硫剂的质量，g

根据测试终止点的不同，分为以下3种硫容：

① 穿透硫容，指将煤气通过脱硫剂层，将脱硫后煤气中刚出现H₂S成分时作为测试终止点得出的硫容。②工作硫容，指将煤气通过脱硫剂层，将脱硫后煤气中H₂S质量浓度达到20mg/m³时作为测试终止点得出的硫容。即反映单位质量脱硫剂在确保工艺脱硫指标时所能吸收硫的质量，因此实际工作中我们往往关注的是工作硫容。③饱和硫容，指将煤气通过脱硫剂层，将脱硫后煤气中H₂S质量浓度与脱硫前煤气H₂S质量浓度相同时作为测试终止点得出的硫容。即反映单位质量脱硫剂所能吸收的最大的硫质量。

由于氧化铁脱硫剂存在再生问题，因此将未进行过再生的工作硫容称为单程工作硫容，将再生过多次的工作硫容称为累积工作硫容。

硫容主要受工艺参数中空间速度(指单位时间内单位体积脱硫剂通过的煤气的体积，简称空速)、脱硫剂工作温度、H₂S质量浓度影响。

1.2 氧化铁脱硫法

最早使用的氧化铁脱硫剂为沼铁矿、人工氧化铁，为增加其孔隙率，以木屑作为脱硫剂填充料，再喷洒适量的水和少量熟石灰，反复翻晒制成，其pH值一般为8～9，这种氧化铁脱硫剂的脱硫效率较低，必须采取塔外再生，再生困难。目前，国内外应用较多的常温氧化铁脱硫剂，可进行塔内再生。常温氧化铁脱硫剂的脱硫、再生反应为：

① 脱硫反应

Fe₂0₃·H₂0+3H₂S→Fe₂S₃·H₂0+3H₂0

Fe₂0₃·H₂0+3H₂S→2FeS+S+4H₂0

② 再生反应

常温氧化铁脱硫剂再生为放热过程，若再生过快，放热剧烈，单质硫易发生自燃。虽然常温氧化铁脱硫剂再生可令脱硫剂硫容大幅提高，但由于单质硫易发生自燃，须严格控制塔内工作温度。为避免出现事故，实际应用常温氧化铁脱硫剂时，较少进行再生反应。

1.3 活性炭脱硫法

活性炭脱硫剂是最早使用的干法脱硫剂之一，至今已有逾70年的历史。初期采用的活性炭脱硫设备庞大，再生和硫回收过程较复杂，在20世纪50年代逐渐被湿法脱硫法取代。近年来由于活性炭脱硫剂的再生方法得以改进和简化，又开发了用于精脱硫的活性炭脱硫剂和常温精脱硫技术，因此活性炭脱硫法又重新回到人们的视线。活性炭脱硫剂具有硫容大、适应性强、可再生使用等优点。但活性炭脱硫剂仅限于有氧的情况下使用，无氧时脱硫能力很低。活性炭脱硫法的脱硫原理为：

H₂S+0₂→H₂0+S

2 常用干法脱硫剂

2.1 氧化铁脱硫剂

① 常用常温氧化铁脱硫剂性能

工业中常用的5种常温氧化铁脱硫剂的性能见表1^[3]。这5种常温氧化铁脱硫剂均由氧化铁加特种助剂、制孔剂、稳定剂制成，主要成分相同，但由于不同厂家的调制配方不同，在一定测试条件下的单程工作硫容不同。由表1可知，EF-2型常温氧化铁脱硫剂相对其他4种常温氧化铁脱硫剂，单程工作硫容最高，在同样的脱硫需求下，使用量最小，可降低脱硫塔的造价。

表1 工业中常用的5种常温氧化铁脱硫剂的性能

型号	EF-2	DSF-03	CT-8A	TG-1	T501
单程工作硫容/%	22.5	22.0	18.0	8.0	5.0

② 工艺参数对EF-2脱硫剂性能的影响

a. 空速。EF-2型常温氧化铁脱硫剂的单程工作硫容随空速的增大而下降，空速增大1倍，单程工作硫容下降20%～30%。

b. 工作温度。当煤气中含水量一定时，无论处于不饱和状态还是饱和状态，单程工作硫容受工作温度影响较小。但煤气中含有氧气时，EF-2常温氧化铁脱硫剂易发生连续的脱硫与再生反应，因此工作温度一般应控制在50℃以下，避免单质硫发生自燃。

c. H₂S质量浓度。煤气中H₂S质量浓度对EF-2型常温氧化铁脱硫剂的单程工作硫容影响较小。

2.2 活性炭脱硫剂

① 常用活性炭脱硫剂性能

工业中常用的5种活性炭脱硫剂性能见表2^[3]。这5种活性炭脱硫剂均由活性炭加特种助剂、稳定剂制成，主要成分相同。由于不同厂家的调制配方不同，活性炭脱硫剂在一定测试条件下的硫容不同。由表2可知，DSC-02型活性炭脱硫剂相对其他4种活性炭脱硫剂，工作硫容最高，在同样的脱硫需求下，使用量最小，可降低脱硫塔的造价。

表2 工业中常用的5种活性炭脱硫剂性能

型号	RS-1	DSC-02	ZY3.0	T102	新华5号
穿透硫容/%	15.O	24.0	13.0	27.0	21.0
工作硫容/%	23.0	48.0	21.O	37.7	31.0
饱和硫容/%	38.0	55.O	30.0	50.0	44.0

② 工艺参数对DSC-02脱硫剂性能的影响

a. 空速。DSC-02型活性炭脱硫剂的硫容随空速的增大而减小，这是由于空速增大可减小外膜扩散阻力，并缩短H₂S分子在固定床中的停留时间，使固定床层过早被穿透。

b. 工作温度。硫容随反应温度的升高而减小，在常温下饱和硫容可达55%，脱硫反应速度随工作温度的升高而提高。

c. H₂S质量浓度。在一定条件下增加煤气中H₂S质量浓度有利于脱硫反应的进行。

3 COREX煤气脱硫剂比选分析

测试工况下，煤气流量为21×10⁴m³/h，H₂S质量浓度≤154mg/m³，要求脱硫后H₂S质量浓度≤20mg/m³，脱硫塔连续工作。针对以上测试工况，脱硫量按134mg/m³计算，年脱硫量为246.5t/a。设定脱硫塔数量一定，空速选取为500h。EF-2型常温氧化铁脱硫剂、DSC-02型活性炭脱硫剂的技术经济性参数见表3。

表3 两种脱硫剂的技术经济性参数

脱硫剂种类	EF-2	DSC-02
脱硫剂更换周期/a	0.5	1.0
脱硫剂年费用/元	657.4×10⁴	616.3×10⁴

由测试结果可知：

① COREX煤气温度为50℃，在该温度下，常温氧化铁、活性炭脱硫剂的工作硫容均基本不受影响。但COREX煤气中氧的体积分数为0.1%，导致EF-2型常温氧化铁脱硫剂在塔内发生连续的脱硫与再生反应。由于常温氧化铁脱硫剂再生反应为放热反应，加之再生时对温度要求非常严格，因此选用EF-2型常温氧化铁脱硫剂存在一定的安全隐患，而DSC-02型活性炭脱硫剂则不受影响。

② 脱硫反应后的常温氧化铁脱硫剂在卸料过程中，与空气大范围接触，反应放出大量热量，脱出的单质硫极易自燃，从而发生事故。因此，卸料过程常采用喷水方法，降低白燃可能性。这就造成常温氧化铁脱硫剂更换时，现场环境恶劣。在更换活性炭脱硫剂时，可直接采用气体抽吸卸料或重力卸料方式，节省人工，现场环境相对较好，因此活性炭脱硫剂更适用于COREX煤气脱硫。

4 结论

① EF-2型常温氧化铁脱硫剂与DSC-02型活性炭脱硫剂在适当的空速和工作温度条件下都有较高的硫容，但DSC-02型活性炭脱硫剂的工作硫容更高。

② 不但DSC-02型活性炭脱硫剂的费用比EF-2型常温氧化铁脱硫剂低，而且前者的更换周期可延长1倍，更换时的安全性及现场环境更优，更适用于COREX煤气脱硫。

参考文献：

[1] 胡万林，王斌，夏荣新，等.TG-F干法脱硫技术在高硫煤气中的应用[J].煤气与热力，1996，16(2)：7～11.

[2] 沈春红，夏道宏.国内外脱硫技术进展[J].石化技术，1996，6(1)：44-47.

[3] 吴家文，宋考平，王朋真.大庆油田天然气干法脱硫剂的比选与应用[J].油田化学，2007，24(4)：328-332.

(本文作者：许泳宝钢工程技术集团有限公司上海 201900)