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        888-JDS脫硫催化劑在貴州和云南市場焦爐氣脫硫的應用情況

        濕式氧化法脫硫因效率高、建設投資相對較少、流程簡單、易操作、生產穩定的優點被國內焦化行業廣泛應用。近年來煉焦行業在國內得到迅速猛進的發展,因此副產的焦爐煤氣在化工行業的應用也越來越被重視,這也推動了以焦爐氣為原料的后繼產品的多元化的發展進程。如:以焦爐氣為原料來制造甲醇、用作城市煤氣、發電等等。然而,由于焦爐氣成分的特殊性,有害物質多而復雜,因此要想更好的利用焦爐氣就必須盡可能地脫除這些有害物質。其中H2S的脫除則是一個重要環節。

        目前國內焦爐氣采用濕式氧化法脫除H2S工藝很多,如:有的采取前置脫硫,有的采取后置脫硫;有的在風機前脫硫,有的在風機后脫硫等等。所有這些工藝的應用其根本的思路就是如何充分利用堿源的問題。而對于催化劑的選擇和應用則沒有得到足夠的重視。我們知道,焦爐氣中含有苯、萘、焦油以及HCN等有害物質,在脫硫前都無法完全被脫除掉,而這些有害物質一旦進入系統,對脫硫將帶來嚴重的影響。尤其對脫硫催化劑影響較大,致使很多催化劑很難適應這種工況脫硫,即使勉強應用,也會造成系統脫硫效率低、副鹽高,溶液外排量大,環境污染嚴重等問題。在這種情況下,我公司氣體凈化設計研究中心通過模擬焦爐氣成分和實際脫硫液組分,進行數以千次的科學實驗,最終研制開發了新一代產品焦爐氣專用脫硫催化劑,自投放市場后引起行業界的極大關注。現將貴州、云南地區部分廠家應用的情況簡單的匯總一下。

        1 應用情況

        1.1貴州水鋼集團有限責任公司

        水鋼集團有限責任公司是貴州省的一個大型鋼鐵企業,其屬下煤焦化分公司年產焦炭140萬噸,所產生的煤氣經過凈化處理后用于焦爐加熱、粗苯工段管式爐加熱及民用煤氣使用。采用自產回收氨水作堿源加888-JDS催化劑的濕式氧化法脫硫。處理焦爐煤氣量約25000m3/h,入口H2S5~7g/m3;出口要求H2S含量<100mg/m3。氣體用做城市煤氣,雙塔串聯流程,高塔再生工藝。回收硫膏送硫酸工序。

        主要設備:

        脫硫塔ф4400 H34556,2座F15.9m2,V液91.185m3(兩塔液高3m計)填料H 3.5m×3加捕霧層H1.5m,輕瓷梅花環填料。

        再生塔ф3400~4400 H45552,2座,塔內裝有液體分配盤,4塊篩板,F14.726m2,V液1139.8m3(兩塔)。

        溶液循環槽ф7000,H7842, V液192.3m3(H5m計)加熱蛇管ф57×3.5F20m2。

        事故槽ф7400,H8800,V全327m3。

        硫泡沫槽ф3800,H5674×2座,V全23m3加熱蛇管ф32×2.5,F7.9m2。

        低位槽ф2400,L5700,V全23.9m3。

        溶液緩沖槽ф3000,L300,V全21.2m3。

        溶液循環泵Q625m3/h,H61m×3臺

        自2009年5月開車以來,出口控制在100mg/m3 ,主要數據如下:

        1.2貴州黔貴天能焦化

        貴州黔貴天能焦化業是貴州省的企業,年產焦炭120萬噸,采用自產回收氨水作堿源,加888-JDS催化劑的濕式氧化法脫硫。處理焦爐煤氣量約30000m3/h,入口H2S5~7g/m3;出口要求H2S含量<100mg/m3。雙塔并聯流程,高塔再生工藝。回收硫膏送硫酸工序。自2010年11月20日應用來效果如下:

        由于該廠采用自產氨水作為堿源,造成堿度偏低,所以兩塔并聯。

        1.3云南天大焦化

        年產焦炭60萬噸,采用自產回收氨水作堿源,加888-JDS催化劑的濕式氧化法脫硫。處理焦爐煤氣量約20000m3/h,入口H2S5~6g/m3;煤氣暫時不用,出口要求H2S含量<200mg/m3。雙塔串聯流程,高塔再生工藝。回收硫膏送硫酸工序。自2010年10月3日應用來效果如下:

        入口H2S含量g/Nm3

        1.4云南瀘西紅河焦化廠

        年產焦炭30萬噸,采用自產回收氨水作堿源,加888-JDS催化劑的濕式氧化法脫硫。處理焦爐煤氣量約8000m3/h,供電廠用,入口H2S4~6g/m3;出口要求H2S含量<100mg/m3。煤氣發電用,雙塔串聯流程,高塔再生工藝。回收硫膏送硫酸工序。自2006年5月20日應用來效果如下:

        以上煤氣由于用途的關系,對出口要求不是很高,所以總堿度和催化劑含量控制的都比較低,脫硫效率提高空間還是很大的。

        2 焦爐氣脫硫設計值得關注的幾個問題

        最近幾年,隨著焦化技術的不斷進步,為了達到更好的脫硫效果,很多廠在實際運行中有了些變化,這些變化應該說還是值得借鑒的。

        2.1脫硫塔的設置

        對于焦爐氣脫硫由于進口H2S含量一般都很高,從幾克到幾十克每標方不等。在脫硫工程設計時一般都設計成雙系統既可并聯操作、亦可串聯運行。雙脫硫塔并聯操作時,脫硫系統阻力小,單塔負荷低不容易堵塔。但脫硫效率不如雙塔串聯運行時高。考慮到焦爐氣入口硫化氫較高,脫硫裝置最好采用雙塔串聯的運行方式。

        從不斷提高脫硫效率的角度來考慮,尤其是焦爐氣制甲醇要求出口小于20mg/m3,焦化廠脫硫也應該采用串聯流程。為了克服塔阻力和塔堵的問題,脫硫塔的噴淋密度應大于50m3/m2·h,同時加強硫泡沫的浮選,降低懸浮硫含量等來減少堵塔的幾率。

        另外,前塔可以嘗試空塔噴塔(即采用高效霧化噴頭取代輕瓷填料),后塔采用空塔噴淋+填料的復合型塔(即脫硫塔的中、下段采用高效霧化噴頭、空塔噴淋,上段使用填料)的科學組合方式。目前這種組合方式已廣泛的應用在化肥行業,具有工作硫容大、溶液循環量小,脫硫效率高,系統壓降小等諸多優點,效果十分理想。我想這也可作為今后焦爐煤氣脫硫發展的方向,不過由于焦爐氣成分復雜,脫硫液比較臟,所以采用空塔噴淋堵塞問題還需要解決。除此之外,超重力脫硫技術的發展也值得大家關注。

        2.2再生方式的探討

        目前焦爐氣脫硫的再生采用高塔再生和噴射再生兩種方式。這兩種方式各有特色。

        高塔再生采用空壓機提供的壓縮空氣,需要動力。壓縮送風相對穩定,液位、泡沫溢流可以自動控制,由于再生塔比較高,操作不是太方便,但有很多廠增加了視頻監控系統后,操作起來比以前方便多了。再生槽再生采用噴射器自吸空氣,再生槽再生占地面積稍大一些,高度低,不需要空壓機,節省了空壓機的動力消耗。

        高塔再生只有循環泵,貧液從再生塔頂靠位壓自流到脫硫塔內。再生槽再生需要貧液泵和富液泵,單從動力消耗上來講,再生槽再生比高塔再生動力消耗要大些。

        關于再生效果,從我個人來看,噴射再生更便于觀測再生、溢流狀況,稍優于高塔再生,很多廠再生后貧液懸浮硫能達到0.5g/L以下,這在焦化行業屬領先水平。

        關于投資方面,高塔再生占地面積小,但設備投資較大。噴射再生,設備投資相對較小。當然噴射再生時噴射器易發生硫堵而影響吸空氣量,造成再生槽內硫泡沫時好時壞,日常需要維護檢修。具體采用那種再生方式,可根據廠家的實際情況考慮。

        2.3脫硫系統低溫化(以氨為堿源最好在20℃~25℃)

        在沒有煤氣預冷塔的情況下,進入脫硫塔的煤氣溫度高達30℃~35℃。有專家計算過如果溫度能控制在22℃~25℃,氨含量可提高3 g/L~5g/L,H2S的解離度提高近30%。所以,脫硫系統中不設置煤氣預冷卻設備導致脫硫效率低下的教訓,要得到重視。當然很多廠設置了直接式煤氣預冷卻設備效果也不是很好。直接式煤氣預冷卻設備在運行中,冷卻介質與煤氣直接接觸,且噴灑密度較大,煤氣中的焦油、萘等被洗滌混入其中,并懸浮于冷卻氨水中,當冷卻氨水進入冷卻器冷卻時,焦油和萘等雜質會沉附于傳熱壁表面,極大地惡化傳熱條件,有的甚至導致冷卻器嚴重堵塞,以至不得不停運處理。另外直接式煤氣預冷塔存在煤氣冷卻過程中氨的流失,兩次換熱,均需要溫差,以至煤氣難以降至25℃以下。在此基礎上,很多廠選擇間接橫管冷卻器作脫硫前煤氣預冷卻設備,效果很不錯。

        3 主要工藝指標控制

        3.1脫硫溫度

        溫度對吸收反應、再生反應、生成副鹽的反應及硫泡沫的浮選都會產生較大的影響,這是脫硫機理所決定的。

        脫硫塔進口煤氣溫度:力爭≤30℃,液溫要比氣溫高2℃~5℃。

        應設有溶液換熱器,冬季時換熱器走蒸汽,用于加熱脫硫液。在夏季時,換熱器走冷卻水而移走脫硫液的熱量。

        3.2 溶液成份的控制

        脫硫液中氨的濃度應保持在10 g/L~12g/L。

        副鹽含量(Na2S2O3+ NaCNS)≤250 g/L

        3.3 再生空氣量的控制

        高塔再生時,控制再生塔的鼓風強度在110 m3/m2·h~130 m3/m2·h,再生槽再生時根據再生情況可在60m3/m2·h~110 m3/m2·h之間調整。

        3.4 煤氣中焦油霧和萘含量問題

        煤氣中焦油霧含量≤30mg/m3,萘≤200mg/m3。隨焦爐煤氣夾帶的焦油、奈及初苯的洗油等雜質進入脫硫液中都會對脫硫系統產生不利的影響。催化劑活性下降,吸收效果變壞。使再生出的硫泡沫浮選困難,懸浮硫高,黏附在填料上會使塔阻力升高。因此必須嚴格控制初冷器溫度及除萘效果,保證電捕正常工作,控制好洗苯工況、嚴禁夾帶洗油等。

        4 脫硫液的回收和利用

        4.1硫泡沫過濾機的應用

        焦化廠對硫泡沫的處理一般采用連續熔硫制得硫錠或利用過濾機制成硫餅。連續熔硫工藝因脫硫液在熔硫釡內經過加溫后,岀釡的殘液中副鹽升高返回脫硫系統后會使脫硫液的副鹽積累加劇,增加廢液的外排量,同時硫錠因含有焦油等雜質而發黑,售價不高,已被逐漸淘汰。目前比較合理的是用過濾機將硫泡沫過濾制得硫餅外售,過濾后的脫硫液返回系統。過濾機主要有板框壓濾機、轉鼓式真空過濾機、戈爾膜過濾機、離心分離機、DS型硫泡沫專用過濾機等,這里簡單的介紹一下過濾效果較好的由我公司自主研發的DS硫泡沫專用過濾機。

        設備概述:DS型硫泡沫專用真空過濾機是集納米無機膜技術、超聲波技術、自動化控制為一體的新型、高效、節能、環保的固液分離設備,它依據脫硫液組分以及各組分特殊的物化性質采用不同的超微細孔在不影響溶液組分的情況下將硫泡沫中單質硫過濾出來,形成的濾餅可直接裝袋銷售或進熔硫器進行熔硫;因使用納米過濾,過濾后的脫硫液含硫極低,過濾后的溶液清亮透徹濁度低(固形物總含量<50PPm),且由于是物理性過濾,過濾后溶液的物化性質均沒有發生變化,可直接回脫硫系統使用。因此極大節約了能耗、減少了對環境的污染和對系統的危害。

        工作原理:DS脫硫真空過濾機過濾介質利用納米陶瓷技術,在真空力的作用下,只能讓脫硫液通過超微陶瓷膜孔,而溶液中的機械雜質和單質硫以及氣泡卻無法通過,保證無真空損失的原理,極大地降低了真空過濾機能耗和過濾液的固形物含量。

        工作流程:DS脫硫真空過濾機主要包括過濾板、轉子、料漿斗、真空系統、清洗系統、控制系統。工作時浸沒在料斗的過濾板在真空力和毛細作用下,表面吸附成一層物料,濾液通過濾板至排液罐,干燥區濾餅繼續在真空力的作用下脫水。濾餅干燥后通過刮刀卸料,卸料后進入反洗區,通過循環水清洗濾板,從而完成一個工作循環。在過濾機運行7小時后采用超聲波和堿水清洗,以保持過濾機的高效運行。形成的濾餅裝袋處理或去熔硫釜熔硫。濾餅含水量30%左右。

        具體采用那種過濾機應根據硫泡沫量的大小及資金情況來綜合考慮。

        4.2 加強副鹽的處理

        被吸收的H2S大部分轉化為元素硫,再生時用空氣浮選回收,其余生成(NH4)2S2O3和(NH4)2SO4,被吸收的HCN轉化為NH4SCN存在于脫硫液中,這三種銨鹽通常被稱為副鹽,由于廢液中富集催化劑,為將催化劑重復利用,往往將廢液并入吸收液循環使用,但這會使副鹽在體系內不斷累積,當三種副鹽濃度積累到一定濃度后,將嚴重影響反應平衡,同時由于脫硫液粘度增加也會降低脫硫液的活性,進而引起脫硫效果的不斷下降。焦化企業的實際數據顯示,當脫硫液中副鹽濃度增長到350g/L后,脫硫效率會迅速下降。

        目前,國內焦化廠解決脫硫液中副鹽累積的辦法是將部分脫硫液作為備煤用水,另一部分脫硫液進行排放,然后再補充新水。雖然研究表明,在焦爐的煉焦條件下,摻入配煤中脫硫廢液的鹽類,在炭化室內高溫裂解生成硫化氫后,大部分進入荒煤氣中,僅有極少部分參與焦炭反應。所得焦炭含硫量僅增加0.03%~0.05%,焦炭的抗碎和耐磨強度等指標也無明顯變化。而且廢液中的NH4CNS在高溫裂解時轉化為N2、NH3和CO2,并不轉化為HCN,但脫硫液自身的異味和含鹽的環保問題和硫化氫的反復循環的吸收解析,硫的不能徹底分離解析,所以這種處理方式沒有從根本上解決問題。脫硫液副鹽的累積是困擾眾多焦化企業的頭痛問題。根據脫硫再生原理可知,在脫硫再生過程中始終伴隨著副反應的發生,當副反應物的量累積一定的程度時(達到250g/L以上時)就必須進行排放置換。

        而副鹽NH4SCN和(NH4)2S2O3是有較高經濟價值的無機鹽,如果將脫硫液中的副鹽分離回收,不但可以使脫硫液循環使用不必外排,同時可以通過回收副鹽創造經濟效益應用脫硫廢液處理及副鹽資源化利用技術,處理后的氨水全部回收,并可繼續用于脫硫系統。少數大型鋼鐵公司焦化廠采用燃燒還原的方法處理脫硫廢液,其投資和運行費用極高而無法得到推廣。在這方面濟鋼焦化廠增加了副鹽提取設備,實現廢棄物質資源化,這種處理方法值得借鑒。其將脫硫液送往釡內進行抽真空加熱濃縮,副鹽經冷卻后結晶析出,得到Na 2S2O3 和NaCNS的初級產品,然后出售給精細化工廠再進行產品的精制。

        該催化劑在全國焦化行業濕法脫硫應用還是比較普遍,以上總結供大家參考交流。
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