東獅濕式氧化法加壓脫硫新工藝（一）

我們國家一次能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“富煤，少油，貧氣”狀態(tài)，煤炭在我國經(jīng)濟發(fā)展中有著舉

足輕重的位置，在煤基化工煤制合成氣過程中煤中的硫在氣化過程中會大多以無機硫化物及

少量機硫化物的形式轉(zhuǎn)化到氣相中。燥氣中的硫是以不同形式的硫化物存在的，其中大部分

是以硫化氫形式存在的無機硫化物，還有少量的有機硫化物（主要有線基硫、二硫化碳、硫

醉、硫醍等），有機硫化物在氫環(huán)境中較高溫度下大部分可以轉(zhuǎn)化成硫化氫。因此，在通常

情況下，煤氣脫硫也主要圍繞硫化氫的脫除問題而進行，濕式氧化法脫硫以成熟穩(wěn)定的技術(shù)

特點在過去的幾十年為傳統(tǒng)煤化工行業(yè)的發(fā)展作出J'很大的貢獻，這幾年隨著新型煤化工的

發(fā)展尤其是煤氣化裝置大型化的發(fā)展，氣體凈化技術(shù)大多由低溫甲醇洗等濕式非氧化法工藝

配套完成。但是低溫甲醇洗工藝投資大，在低溫甲醇洗工藝中，硫化氫沒有發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，

而是被富集到酸性氣體中，目前采用克勞斯工藝對酸性氣體中的硫化氫進行處理。克勞斯硫

回收是一種針對高硫含量酸性氣的催化氧化流程，流程長，投資大。目前中小型煤氣化及傳

統(tǒng)的煤制合成氣工藝凈化技術(shù)的選擇和改造處于一個十分尷尬的局面，采用低溫甲醇洗投資

大流程長酸性氣體達標排放存在較大難度；如何采用成熟的濕式氧化法脫硫技術(shù)提升，使用

“新理念，新技術(shù)，新組合”來一次性完成硫化氫的脫除問題，縮短流程，減少投資，滿足

新型煤化工的氣體凈化的設(shè)計和傳統(tǒng)煤化工的氣體凈化的改造。

近兩年來，東獅公司在濕法脫硫領(lǐng)域圍繞行業(yè)需求勇于探索敢于創(chuàng)新，研發(fā)了新政傳質(zhì)

技術(shù)，融入了最新的設(shè)計理念，采用富液增容技術(shù)，無填料傳質(zhì)技術(shù)，閃蒸控制技術(shù)等專利

專用技術(shù)，成功地開發(fā)了加壓合成氣濕法脫硫新工藝。很好地滿足高壓，高二氧化碳，高硫

化氫，高凈化度的“四高”工況條件下的脫硫需要。這一專有技術(shù)已經(jīng)在多套潔凈煤氣化的

濕法脫硫裝置中成功應(yīng)用，并取得很好地效果；這一技術(shù)的應(yīng)用還可以在傳統(tǒng)的合成氨尿素

廠對加壓脫硫塔進行改造也可將半脫停掉在變脫中完成硫化氫的直接脫除大大的簡化了流

程降低了費用。還可以和PSA脫碳工藝組合使用在中小氣量的氣化工藝中代替低溫甲醇洗等

脫硫脫碳工藝，技術(shù)優(yōu)勢明顯。

一、研發(fā)背景

傳統(tǒng)煤化工的變換氣脫硫承擔(dān)著粗脫和精脫之間的脫硫重擔(dān)，壓力一般在0.8?3XPa

不等，脫后硫化氫指標一般在10mg/Nm3以下，半水燥々:經(jīng)過變換大部分有機硫轉(zhuǎn)化為無機

硫硫化氫，變換氣脫硫起到了一個再脫硫的作用，變換過程C0變換成CO2,變換氣脫硫存在

著C02影響問題，且CO2分壓越高影響越大。東獅技術(shù)團隊二十幾年現(xiàn)場服務(wù)過程中還發(fā)現(xiàn)

對于加壓脫硫，脫硫塔如果選用填料塔形式，在加壓條件下操作，氣液接觸時間較長受氣體

中較高C0?含量的影響，硫泡沫的聚合和浮選困難，容易引起填料塔堵塔，帶液，效率低；

溶液PH控制困難很難檢測到有效成分碳酸鈉大多都以碳酸氫鈉的形式存在；脫硫液硫容低

脫硫液循環(huán)量大，動力消耗高等問題一度制約著濕式氧化法脫硫技術(shù)在加壓脫硫的應(yīng)用，成

為技術(shù)瓶頸。

新型煤化工的發(fā)展尤其是潔凈煤氣化技術(shù)的技術(shù)進布，合成氣呈現(xiàn)出：高壓，高C（M

高H2S,高凈化度”等特點。大氣量的氣體凈化大多采用低溫甲醉洗工藝，投資大，流程長，

中小氣量的裝置很難接受低溫甲醇洗的投資和硫I可收投資代價。成熟穩(wěn)定的濕法脫硫技術(shù)如

何在新型煤化工的脫硫成功應(yīng)用成為行業(yè)關(guān)注的焦點，和PAS等脫碳工藝聯(lián)合使用完成脫硫

脫碳的技術(shù)配置降低投資是行業(yè)所需。

二、加壓脫硫設(shè)計理念

合成氣在高二氧化碳分壓條件下煤氣中的CO2對脫硫液組分，吸收再生和硫泡沫的聚合

浮選等過程影響很大。在高壓高硫化氫高二氧化碳高凈化度的“四高”工況下的脫硫設(shè)計對

技術(shù)要求是很特殊的，必須采用高效的傳質(zhì)技術(shù)利用硫化氫快速反應(yīng)和高選擇性吸收的特點,

在吸收過程設(shè)計減少在塔內(nèi)氣液接觸的時間從而減少高二氧化碳分壓對脫硫液組分的影響，

完成快速吸收的技術(shù)配置；在再生過程設(shè)計采用慢速再生的設(shè)計理念，重點使用富液增容，

能量回收，高效閃蒸等方面的技術(shù)應(yīng)用，特殊情況下可考慮增設(shè)富液槽。我們在工程設(shè)計中

充分利用高二氧化碳的特點在吸收過程采用富液增容技術(shù)，無填料傳質(zhì)技術(shù)，組合反應(yīng)技術(shù)

完成吸收過程設(shè)計，大大提高了脫硫效率。

三、“四高”工況的脫硫設(shè)計主要技術(shù)及設(shè)計特點

脫硫塔結(jié)構(gòu)型式較多，目前大多廠家以填料塔為主，填料塔以散裝填料為多。散裝填料

塔具有結(jié)構(gòu)簡單、氣液接觸面積大、阻力小、操作彈性大和運行穩(wěn)定等特點，但填料脫硫塔

在“四高”工況下的脫硫問題也越來越突出，液氣比大，填料塔楮塞的現(xiàn)象越來越嚴重，有

的已經(jīng)嚴重影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)。在“四高”工況下的脫硫必須改變傳統(tǒng)模式和理念設(shè)計

才能滿足加壓原料氣脫硫的生產(chǎn)需要和發(fā)展需要因此對于脫硫塔內(nèi)件及填料的改造已迫在

眉睫。

3.1無填料傳質(zhì)技術(shù)（專利號為：201610855852.8）的開發(fā)及工業(yè)化的成功應(yīng)用是目

前解決這一問題的關(guān)鍵技術(shù)。是一種全新的硫化氫脫除的傳質(zhì)形式。和現(xiàn)有技術(shù)相對比，無

填料傳質(zhì)技術(shù)包括氣體均布裝置；氣液湍動裝置，氣汽傳質(zhì)裝置組成具有如下特點：

（1）采用了模塊化設(shè)計，每層塔板都包含有大量的微型氣泡發(fā)生器，這些微型氣泡發(fā)

生器在塔盤上呈三角形分布，分布均勻，無死角，這樣更有利于氣體均布；微型氣泡發(fā)生器

的出氣管與塔盤垂直，周圍開若干排出氣孔，由于特殊的設(shè)計，液體不會通過氣體通道進入

下部塔盤，因此不會出現(xiàn)氣液搶道的問題。

（2）在持液層內(nèi)增加氣液湍動裝置強化傳質(zhì)，利用專用的破泡結(jié)構(gòu)，使得氣泡在上升

過程中不能聚集，氣泡破泡后重新分配,氣液接觸界面不斷更新,從而極大地提高脫硫效率，

或者在同樣的脫硫效率下，可以降低塔盤持液層的高度，從而使得整個系統(tǒng)阻力下降。

（3）無填料脫硫塔通過對氣泡發(fā)生過程和分布狀況的優(yōu)化，利用高二氧化碳分壓及二

氧化碳發(fā)泡性的的特點，采用專門的技術(shù)控制在液面以上存在氣汽傳質(zhì)區(qū)，大大提高了脫硫

精度，含硫氣體經(jīng)過無填料脫硫塔的吸收后，可達到高氣體凈化和脫硫效率。

無填料傳質(zhì)技術(shù)具有以下功能和特點：

（1）如果用于新塔設(shè)計，在直徑不變的情況下，塔的高度要比填料塔降低1/3左右。

（2）無論用于新塔設(shè)計還是舊塔改造，該裝置投入運行后，脫硫液的硫容要增加一倍

左右，這樣溶液的循環(huán)量要比填料塔降低50%左右。

（3）該裝置在用于新塔設(shè)計時，由于塔的高度大幅度降低，因此在選取泵的揚程時也

要比原來低10米左右，這樣大大降低了脫硫系統(tǒng)的動力消耗。

（4）由于氣液接觸時間大幅度降低，由于接觸時間短脫硫原料氣中C0?對脫硫液組分

的影響將得到有效的改善，這更加有利于脫硫液對硫化氫的選擇性吸收、溶液的再生、硫泡

沫的浮選以及降低NaHCOs的生成率。

（5）如果用于舊塔改造，該裝置投入運行后，該塔的生產(chǎn)能力將提高30%以上。

（6）如果用于新塔設(shè)計，與填料塔相比，可節(jié)省30?50%的一次性投資費用。

3.2富液增容技術(shù)

處理低含硫氣體的加壓脫硫設(shè)計硫容一般都比較低在0.05g/L左右,塔底富液只要在合

適的條件下還是具有H2s的吸收能力。我們采用塔底富液吸收器完成氣體的初始分布和富液

的第一次增容吸收；采用對沖式管道反應(yīng)技術(shù)和塔底霧化技術(shù)組合使用完成富液的第二次增

容，大大的提高了硫容，提高了凈化度，降低了循環(huán)量，減少了動力消耗。

對沖式管道反應(yīng)技術(shù)（專利號：201621085277.X）

對沖式管道反應(yīng)器是我公司近兩年推出的一種新型的氣液反應(yīng)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、反

應(yīng)快捷、效率高、運行費用低的特點，深受用戶好評。其工作原理是利用氣液兩相相向高速

流動產(chǎn)生的沖擊力，使氣液高度混合形成高速湍流的泡沫區(qū)，在這一區(qū)域內(nèi)，氣液兩相相互

包裹（形成互為分散相狀態(tài)），接觸面積非常大。對沖式管道反應(yīng)器有三個液液反應(yīng)過程,

分別是：泡沫區(qū)、并流區(qū)和二次湍流混合區(qū)，這使得對沖式管道反應(yīng)器能夠在很短的時間內(nèi)

取得較高的氣液反應(yīng)效率。

對沖式管道反應(yīng)器有以下幾個特點：

（1）凈化效率高，對沖式管道反應(yīng)器凈化反應(yīng)迅速、快捷、充分，效率而于填料塔、

噴淋塔等傳統(tǒng)設(shè)備；

（2）能耗低，對沖式管道反應(yīng)器利用了氣液體的運動能量，用較少的脫硫液即能達到

較高的脫硫效率，其硫容高于其它任何?種脫硫方法；

（3）噴嘴不易堵塞，操作穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)阻力低且永不變化，不產(chǎn)生硫堵現(xiàn)象；

（4）投資低，應(yīng)用范圍廣。對沖式管道反應(yīng)器不僅可以用于脫硫過程，也可以用于其

它氣體凈化過程，包括傳質(zhì)、吸收降溫、除塵等場合。同樣的脫硫效率投資只有填料塔的五

分之一到三分之一。另外對沖式管道反應(yīng)器只是一根豎管道，幾乎不占用任何空間。

采用該技術(shù)的脫硫裝置與傳統(tǒng)裝置比較，具有操作簡單、脫硫效率高、脫硫液用最少、

不產(chǎn)生硫堵、占地面積小等特點，是對現(xiàn)有脫硫技術(shù)的補充與發(fā)展。運行阻力小，常壓和加

壓脫硫均可適用，對于現(xiàn)有裝置，在塔前串一套本裝置，可以大大地減輕脫硫塔的負荷，降

低脫硫液用量，提高脫硫精度，對于兩塔串聯(lián)運行的，有可能減少一級脫硫塔。

3.3閃蒸控制技術(shù)

在“四高”工藝條件下，氣體中0）2對脫硫液成分的影響顯著增大，我公司采用了閃蒸

控制技術(shù)，傳統(tǒng)的臥式閃蒸槽已經(jīng)無法滿足工藝要求。使用解吸效率更高的閃蒸塔。閃蒸塔

內(nèi)設(shè)置了數(shù)層?xùn)|獅專用不同結(jié)構(gòu)的解吸塔板，采用霧化與高效閃蒸的控制技術(shù)設(shè)計。在二氧

化碳分壓在1.6MPa以內(nèi)，通過能量問收、閃蒸、氣提，可以將在吸收過程中溶解在脫硫液

中的CO?基本解吸出來，減少了CO?對溶液的影響。閃蒸后的脫硫液依靠余壓進入再生槽噴

射器，完成脫硫液的再生和硫單質(zhì)的浮選過程，減少了能源消耗。

四、中小氣量加壓氣億配套硫化氫的脫除及傳統(tǒng)煤化工取消常脫宜接變脫脫除硫化氫的

技術(shù)應(yīng)用案例

高含硫氣體脫硫，日前在生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題較多，如果使用傳統(tǒng)的填料塔來做，通過這

幾年工業(yè)化生產(chǎn)的實際情況看、會面臨堵塔的問題。而且CO?含量越高、壓力等級越高，這

種現(xiàn)象就越明顯。隨著新型煤化工的發(fā)展和加壓氣化技術(shù)的需要，濕式氧化法脫硫技術(shù)如何

滿足該工況的設(shè)計是行業(yè)關(guān)注的焦點也是東獅人的研究重點。尤其是固定床配置的傳統(tǒng)煤化

工脫硫包含常壓脫硫和加壓脫硫兩級脫硫，存在著運行費用高，管理流程長等問題，在這個

領(lǐng)域也可以采用采用這一技術(shù)配置完成脫硫改造，降低費用，提高競爭力。

本應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計采用了組合反應(yīng)技術(shù)技術(shù)和無填料傳質(zhì)技術(shù)及富液增容技術(shù)相結(jié)合的

工藝方案。這種工藝方案可以從很大程度上降低運行費用，降低投資，提高效率，解決了堵

塔帶液效率低的問題。

新工藝的應(yīng)用領(lǐng)域：

加壓粉煤氣化，多元料漿氣化氣脫硫：濕式非氧化法脫ILS；傳統(tǒng)領(lǐng)域的氣體脫硫。

應(yīng)用案例：

紹興化工有限公司是浙江康恩貝集團旗下一家具有40多年化工生產(chǎn)歷史的國有轉(zhuǎn)民營

的化工企業(yè)，公司主要產(chǎn)品有液氨、液體二氧化碳、工業(yè)氫氣、農(nóng)用碳酸氫鉞、氨水、甲醇

等。2015年，該公司的《總濃度廢液資源化處理，無公害示范裝置EPC工程項目》由西北

化工研究院總包。長春東獅公司于2015年7月同西北化工研究院訂了《工藝技術(shù)設(shè)計包授

權(quán)使用合同》。本項目采用了長春東獅所擁有的以下專利、專有技術(shù)及核心設(shè)備：東獅濕法

硫化氫吸收運行費用

類別形式?jīng)]備投資硫容再生醫(yī)量碳竣鈉PH

設(shè)備配置（電耗）

可降低泡沫鬃合好，可控制在

無填料傳質(zhì)2級大于0.2gLQ:小于700m*h4gL

30%到40%質(zhì)量優(yōu)8.38.8

空噴-填料大多無泡沫，幾乎

3級較大0.05gL1500/200On3h很難到8

傳質(zhì)質(zhì)量差為零

根據(jù)無填料傳質(zhì)裝置的在這一工況使用的工程經(jīng)驗和對比來看具有以下特點：

（1）投資省：如果用于新塔設(shè)計，塔徑塔高要比填料塔小，最高可減少1/3左右，由

于塔的高度大幅度降低，因此在選取泵的揚程時也要比原來低10米左右，可節(jié)省設(shè)備投資

30%；由于傳質(zhì)的高效性在高硫吸收過程可減少?級吸收進?步降低設(shè)備投資。

（2）硫容高運行費用低：無論該內(nèi)件用于新塔設(shè)計還是舊塔改造，脫硫液的硫容要增

加一倍以上，溶液的循環(huán)量要比填料塔大幅度降低，大大的降低了電耗，由于采用無填料傳

質(zhì)技術(shù)的設(shè)計塔高大幅降低，可進一步降低電耗。

（3）彈性大效率高：在氣液接觸充分時，硫化氫具有飛速且有良好選擇性吸收的特點，

無填料傳質(zhì)技術(shù)氣液接觸時間短，可以減少原料氣中C0?對脫硫液的影響，有利于脫硫液對

硫化氫的選擇性吸收；有利于溶液的再生、硫泡沫的聚合和浮選及PH的控制。

五、固定床煤氣化生產(chǎn)合成氨裝置加壓脫硫采用無填料傳質(zhì)技術(shù)應(yīng)用：

中小型合成氨廠大多采用固定床氣化，近幾年有的乜采用富氧連續(xù)氣化生產(chǎn)合成氣，傳

統(tǒng)的凈化工藝配置是常壓脫硫?全低變?變脫?脫碳，加壓脫硫吸收采用填料塔設(shè)計的居多。

通過十幾年的運行情況來看填料塔在加壓脫硫使用出現(xiàn)了很多問題且壓力越高問題越嚴重:

堵塔問題，帶液問題，效率低的問題，再生無泡沫且堿度控制難的問題。東獅公司在2007

已開發(fā)了QYD傳質(zhì)內(nèi)件應(yīng)用于加壓脫硫代替填料塔，有的與填料段組合使用，使用過程因廠

家不同也出現(xiàn)了不同的問題有的出現(xiàn)過阻力大的問題，有的出現(xiàn)過效率低問題，有的出現(xiàn)過

帶液問題，有的也出現(xiàn)再生無泡現(xiàn)象，尤其在與填料段組合使用時為了保證凈化度也出現(xiàn)過

填料段堵得個別現(xiàn)象。對變脫吸收塔的徹底取消填料吸收一直是東獅研發(fā)團隊的奮斗目標。

我們在認真總結(jié)填料塔，QYD傳質(zhì)技術(shù)在脫硫應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上于2016年開發(fā)了無填料傳

質(zhì)技術(shù)經(jīng)過中試并于2017年成功的應(yīng)用于工業(yè)化的加壓脫硫的改造，徹底解決了填料塔出

現(xiàn)的堵塔，阻力大，效率低帶液等問題。

新工藝的應(yīng)用領(lǐng)域：

傳統(tǒng)煤化工生產(chǎn)合成氣的氣體凈化工藝的3.OMpa以內(nèi)的變換氣脫硫的改造或整體設(shè)計

領(lǐng)域

傳統(tǒng)煤化工在常壓和加壓脫硫過程統(tǒng)一考慮硫化氫在加壓脫硫中脫除的改造和設(shè)計

通遼金煤加壓原料氣脫硫采用無填料傳質(zhì)技術(shù)改造案例：

生產(chǎn)能力：十五萬噸乙二醇，十萬噸草酸

設(shè)計氣量15萬m3/h

該公司因擴產(chǎn)改造,變換氣脫硫由原有兩套直徑3米脫硫塔并聯(lián)，不能滿足擴產(chǎn)后需求,

因受現(xiàn)場條件限制只能采用直徑3米三塔并聯(lián)的方式。

采用我公司新型無填料傳質(zhì)技術(shù)，每塔僅需4層塔板即可滿足進口H2s200mg/Nm3,出

口H2sCOmg/Nn?的要求，而且塔高只有26米。

原再生槽設(shè)計偏小，腐蝕嚴重，同時更換了再生槽。由我公司提供設(shè)備圖紙和噴射器。

氣體成分:H2s入口W200mg/Nm3,出口H￡W10mg/Nm3,系統(tǒng)壓差V30Kpa。

通遼金煤0.8MPa變脫改造前后對比

類別

費用

前后運行

組分

'溶海

阻力

運行

周期

運行

H2s

脫后

量

循環(huán)

投資

）

（電耗

幾乎為

碳酸鈉

前

改造

a

30kp

900

堵塔

存在

大

-

gNm

201n

高

難控制

零;PH

塔

填料

4

就少1

塔徑

后

改造

高；PH

碳酸鈉

pa阻

15k

3

減少1

塔高

3

Nm

Img

堵塔

永不

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高

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塔

最小

增料

滿足

-lg

QYD

高；

鈉較

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最低

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3

50kpa

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5mg'

堵塔

存在

較高

居中

高

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,

密度

噴淋

料段

料塔

同填

：

的效果

改造后

液堿

脫硫