中小規(guī)模煤氣工程脫硫方式的選擇
一、中小規(guī)模煤氣用戶的特點(diǎn)
基于我國的國情及經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，在我國，不論民用煤氣還是工業(yè)用煤氣都存在大量的中小型用戶。中小型民用煤氣及部分中小型工業(yè)用煤氣（冶金、建材、化工、有色等行業(yè)），雖然用氣量不大，但對煤氣的質(zhì)量要求卻很高。而這些中小城市及中小工業(yè)用戶又得不到天然氣或液化石油氣，有的雖然可以得到液化氣但價(jià)格太高難以承受。因此這些中小城市及中小工業(yè)用戶不得不使用煤制氣。煤制氣中的干餾制氣（焦?fàn)t、直立爐、立箱爐等），煤氣質(zhì)量好、煤氣熱值高，但存在規(guī)模大、投資高、污染環(huán)境、焦炭及化產(chǎn)回收等問題，中小用戶難以采用，這些中小用戶只能采用煤氣化制氣。根據(jù)目前我國各個(gè)產(chǎn)煤地的煤炭質(zhì)量，煤炭氣化制得的煤氣用于民用除了常規(guī)的凈化（降溫、除塵、除油）外，還都需要脫硫，用于某些要求高的工業(yè)制品生產(chǎn)也需要脫硫。下面結(jié)合近幾年的工作，淺談一些中小規(guī)模煤氣工程脫硫方面的問題。
二、煤氣中硫的來源及脫除要求
煤氣中的硫來自原料煤中，存在形式主要是硫化氫（H2S），亦有少量有機(jī)硫（主要是COS）。無論是干餾制氣還是氣化制氣，煤中的硫主要都轉(zhuǎn)化為硫化氫（H2S）。在干餾制氣中煤中的硫約有17%轉(zhuǎn)化進(jìn)入煤氣，假設(shè)煤的含硫量為1%，則焦?fàn)t煤氣中的硫化氫（H2S）含量約為5.625g/m3（以每噸煤產(chǎn)焦?fàn)t煤氣320m3計(jì)）；如果是直立爐制氣，則煤氣中的硫化氫（H2S）含量約為5.140g/m3（以每噸煤產(chǎn)直立爐煤氣350m3計(jì)）。在氣化制氣中煤中的硫約有80%轉(zhuǎn)化進(jìn)入煤氣，仍假設(shè)煤的含硫量為1%，則無煙煤氣化煤氣中的硫化氫（H2S）含量約為2.6g/m3（以每噸煤產(chǎn)煤氣3300m3計(jì)）；煙煤氣化煤氣中的硫化氫（H2S）含量約為2.8g/m3（以每噸煤產(chǎn)煤氣3000m3計(jì)）。《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》對民用煤氣中硫化氫（H2S）含量的要求為20mg/m3；要求高的工業(yè)用戶一般對硫化氫（H2S）含量的要求為50mg/m3，因此都需要較為徹底的脫硫。
三、脫硫方案的確定
具體到某項(xiàng)工程，脫硫方案的確定，既要考慮到可行性，又要考慮到經(jīng)濟(jì)性。對于用氣量較小（比如每小時(shí)五、六千立方米以下），而且煤氣中含硫量不高的用戶，可以考慮單級采用干法脫硫或濕法脫硫（用氣量特別小的，比如每小時(shí)兩、三千立方米以下不宜用濕法）。目前最常用的干法脫硫劑是氧化鐵和活性炭。通常，干法脫硫的脫硫工藝流程較為簡單，但考慮到環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性，一般都要對脫硫劑再生使用，而氧化鐵和活性炭的再生從流程到成本都差別較大。
如采用氧化鐵脫硫劑，可以自制或購買成型制品。自制氧化鐵脫硫劑，一般采用天然沼鐵礦或鐵屑摻以木屑、熟石灰及水，其制作成本較低。這種自制的氧化鐵脫硫劑，一般脫硫效率較高、脫硫效果較好，但其硫容較低、可再生次數(shù)較少。脫硫劑使用一段時(shí)間后需要再生，這種自制氧化鐵脫硫劑一般采用塔外再生。將脫硫劑取出，放在曬場上充分氧化再生，曬場上脫硫劑的厚度不宜超過300--400毫米，并應(yīng)定期翻動(dòng)。這種自制的氧化鐵脫硫劑雖然成本低，但制作、再生都需要較大的場地、較多的人工，也比較麻煩，所以現(xiàn)在很多單位購買成型的氧化鐵脫硫劑，也有許多單位研制成型的氧化鐵脫硫劑銷售。這些成型的氧化鐵脫硫劑，顆粒均勻、孔隙率大、強(qiáng)度較高、氧化鐵含量高、脫硫效率高、硫容大、可再生次數(shù)多，其再生可以在塔內(nèi)進(jìn)行，一般通入空氣即可。氧化鐵脫硫劑的使用條件一般限定以下幾點(diǎn)：1)溫度 正常使用溫度以20—30℃為宜。溫度過高，將使氧化速度加快，相對降低了硫化速度，使脫硫效率降低，同時(shí)溫度過高將使硫化鐵的水合物（Fe2S3•H2O）失去水分，進(jìn)而影響脫硫劑的濕度及酸堿度，影響脫硫效果。溫度過低，會(huì)大大降低硫化速度，使脫硫效率下降，同時(shí)也將使煤氣中的水分冷凝下來，造成脫硫劑過濕。2)水分 脫硫劑宜保持25%--35%的水分，若水分小于10%將會(huì)影響脫硫操作。水分能保持硫化氫與氧化鐵的足夠接觸時(shí)間，減少脫硫劑結(jié)塊，并可溶解部分鹽類，防止其包在氧化鐵表面，影響脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。3)含氧量 煤氣中含有一定的氧，可以使氧化鐵在脫硫的同時(shí)實(shí)現(xiàn)再生一般以含氧1.0—1.1%為宜。含氧量過高會(huì)加速鐵的腐蝕和形成煤氣膠。4)煤氣的雜質(zhì)含量 煤氣中的焦油等雜質(zhì)要脫除干凈，否則容易造成脫硫劑表面被焦油等覆蓋而失效。5)酸堿度 氧化鐵脫硫一般要求在弱堿性（PH值8—9）的環(huán)境下進(jìn)行，PH值過高過低都會(huì)影響脫硫效率。
如采用活性炭作脫硫劑，一般購買脫硫?qū)Ｓ没钚蕴俊；钚蕴磕軌蛎摮簹庵械牧蚧瘹浼坝袡C(jī)硫，這在很早已經(jīng)被認(rèn)識到，但工業(yè)化應(yīng)用在煤氣工程中是近十幾年來的事。這是隨著活性炭技術(shù)的提高，活性炭生產(chǎn)成本大幅度降低帶來的成果。活性炭脫硫具有硫容量大、活性高、孔隙率大、脫硫效率高、機(jī)械強(qiáng)度高、耐水性好、氣體阻力小、設(shè)備簡單、操作方便、易于再生、生產(chǎn)費(fèi)用低、可直接回收硫磺等優(yōu)點(diǎn)。活性炭脫硫生產(chǎn)主要的工藝條件有：1)溫度 正常使用溫度可以在27—82℃，但最佳使用溫度為32—52℃，因此在寒冷地區(qū)使用，脫硫塔應(yīng)該保溫。2)硫化物與氧含量的比值應(yīng)在1:2以上，氧含量不足時(shí)可補(bǔ)充空氣。3)相對濕度 煤氣的相對濕度應(yīng)在70—100%，濕度不足時(shí)可補(bǔ)充水蒸汽，但不應(yīng)帶液態(tài)水進(jìn)入活性炭床。4)氣體中酸堿性要求 活性炭脫硫要求堿性環(huán)境，如煤氣中不含堿性氣體成分，可以使用浸堿活性炭。5)煤氣的雜質(zhì)含量 煤氣中的焦油等雜質(zhì)要脫除干凈，否則容易造成活性炭表面微孔被焦油等覆蓋而失效。6)壓力 操作壓力應(yīng)小于5Mpa，目前一般的煤氣生產(chǎn)工藝都不超過此壓力。此外，脫硫塔的設(shè)計(jì)要考慮到空速、線速度等要求。 再生問題：脫硫活性炭的再生，目前一般采用過熱蒸汽再生法。這種再生方法設(shè)備簡單、操作方便、成本較低。活性炭一般可再生20次左右。根據(jù)活性炭脫硫的機(jī)理，活性炭脫硫后吸附的是單質(zhì)硫，所以再生操作時(shí)，根據(jù)單質(zhì)硫的理化特性和活性炭的吸附與解吸原理，向活性炭層通無氧高溫氣流（過熱蒸汽）使活性炭與吸附其中的單質(zhì)硫同時(shí)得到加熱，當(dāng)溫度升高到325℃以上時(shí)，硫被熔化成液態(tài)或氣態(tài)而從活性炭孔隙中被解吸出來，隨過熱蒸汽帶出活性炭床外，被送入水冷卻槽，硫被冷卻成固體而沉于槽底，未被冷凝的氣體自煙囪排放。活性炭得到再生繼續(xù)使用，硫被回收。再生用過熱蒸汽在600℃范圍內(nèi)，溫度越高越好，再生時(shí)間、費(fèi)用、效率等都與溫度有直接關(guān)系。
對于用氣量稍大（每小時(shí)兩、三千立方米以上）、煤氣中含硫量又不太高的用戶可以采用單級濕法脫硫。濕法脫硫?qū)儆诔墒旃に嚕饕兄苯友趸ā⒒瘜W(xué)吸收法、物理吸收法等。近幾十年的變化主要集中在對吸收液的改進(jìn)上。目前應(yīng)用最廣的是直接氧化法。吸收劑主要有：碳酸鈉、氨水。而用得最多的是碳酸鈉。氧化劑經(jīng)歷了砷堿、萘醌、栲膠、蒽醌等的逐步改良，最近設(shè)計(jì)的工程一般使用RTS。一套完整的濕法脫硫系統(tǒng)包括了脫硫、脫硫液再生、脫硫液貯存循環(huán)、脫硫液加熱、硫磺加工回收等。對于硫磺產(chǎn)量較小的用戶，如果上馬一套完整的硫磺加工設(shè)備，象熔餾釜、硫泡沫槽、真空過濾機(jī)等，就顯得投資、生產(chǎn)成本太高了。因此，可以適當(dāng)簡化，將不多的硫磺泡沫放入干化池中自然風(fēng)干，這樣就省去了許多設(shè)備，也大大降低了生產(chǎn)成本。
對于用氣量稍大或煤氣中含硫量較高的用戶，如果一級干法或濕法脫硫不能滿足要求，則可以采用干、濕法串連使用。對于中小型民用煤氣用戶，因?yàn)槊裼妹簹夤こ痰挠脩舭l(fā)展有一個(gè)逐步增加的過程，不可能一下子達(dá)到最終規(guī)模。所以，工程初期用戶數(shù)量較少時(shí)，可以采用簡單實(shí)用的干法脫硫并預(yù)留濕法脫硫場地，待用戶擴(kuò)大后，若實(shí)踐證明脫硫費(fèi)用增加太多或不能滿足煤氣質(zhì)量要求，則可以增加濕法脫硫與干法串聯(lián)使用。
四、結(jié)語
總之，中小型煤氣工程脫硫方式的選擇，應(yīng)根據(jù)煤氣的種類、性質(zhì)、煤氣量的大小、煤氣中硫化物的含量、煤氣質(zhì)量要求等綜合因素全面考慮。并應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源，考慮脫硫劑的來源、價(jià)格、副產(chǎn)品的處理、環(huán)境保護(hù)等。既要考慮到方案的可行性，又要考慮到投資建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，以達(dá)到最佳的效果。
參考文獻(xiàn)：（略）
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