LO—CAT硫磺回收技術(shù)在IGCC電站中的應(yīng)用

趙凱

摘要：凈化脫硫技術(shù)則是IGCC電站實(shí)現(xiàn)零排放、零污染的關(guān)鍵技術(shù)。IGCC電站采用了美國(guó)Merichem公司LO-CAT硫回收技術(shù)，此裝置工藝簡(jiǎn)單，操作方便，低污染低排放。本文著重對(duì)IGCC電站的LO-CAT技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行介紹，以及該裝置開車調(diào)試過程中出現(xiàn)的種種問題、采取的解決措施和方法進(jìn)行一系列闡述。

關(guān)鍵詞：IGCC電站；LO-CAT；硫磺回收

1.前言

如今，我國(guó)由工業(yè)造成的二氧化硫排放約占二氧化硫排放量的80﹪，因此，控制二氧化硫排放的工作顯得尤為重要。目前石灰石-石膏濕法煙氣脫硫已成為國(guó)內(nèi)最為廣泛應(yīng)用的煙氣脫硫方法，但工藝較復(fù)雜，且易對(duì)環(huán)境造成二次污染。而IGCC電站則采用MDEA溶液脫除合成氣中的硫化氫，然后采用LO-CAT技術(shù)回收硫磺。本文介紹了L0-CAT自循環(huán)硫回收裝置在IGCC電站中的實(shí)際應(yīng)用情況，以期為我國(guó)IGCC電站在脫硫裝置改造方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)提供方案參考和優(yōu)化選擇。

2.LO-CAT工藝技術(shù)介紹

2.1化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

LO-CAT硫回收技術(shù)是一種可再生的H2S脫除技術(shù)，采用鐵離子絡(luò)合物液體催化劑，在常溫下H2S 直接轉(zhuǎn)化成元素硫。同時(shí)，鐵離子催化劑被還原成亞鐵離子，用過的催化劑用空氣氧化再生后循環(huán)使用。其主要化學(xué)反應(yīng)如下：

吸收：H2S（氣）+2 Fe3+→2H++S0+2 Fe2+

再生：1/2 O2（氣）+H2O+2 Fe2+→2OH-+2 Fe3+

2.2 LO-CAT工藝流程

在吸收氧化塔中，加入LO - CAT試劑，在空氣的作用下發(fā)生一系列氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)后的LO - CAT試劑，由循環(huán)泵經(jīng)恒溫?fù)Q熱器后返回至吸收氧化塔。生成的硫磺漿液沉降到吸收氧化塔錐底，由硫磺漿液泵送至真空帶式過濾裝置除去其中液體成分，硫單質(zhì)固體送至熔硫釜進(jìn)一步除掉其中液體成分，最終由造粒機(jī)進(jìn)行造粒送至硫磺料倉(cāng)。

3.LO-CAT工藝在IGCC電站中的應(yīng)用

IGCC電站安裝了兩套相同的自循環(huán)LO-CAT脫硫裝置。每套裝置，可以處理含有15.74 vol% H2S 的2326 Nm3/hr的含胺酸性氣以及含7.50 vol% H2S的29 Nm3/hr的富酸性氣。正常每天能產(chǎn)25.23噸的硫磺，排放的尾氣中H2S的含量小于4ppmv，脫硫效率可高達(dá)99. 99%。

設(shè)計(jì)參數(shù)

氣體來源為4652Nm3/h含胺酸性氣，58Nm3/hr富酸性氣

工藝參數(shù)如下：

裝置類型 LO-CAT自動(dòng)循環(huán)

鐵濃度（ppm w/w） 500

溶液PH值 8.0-9.0

反應(yīng)溶液溫度（°C） 48-52

每套裝置真空帶式過濾機(jī)進(jìn)料率 4.5 m3/hr

（表2）

3.1運(yùn)行中的技術(shù)分析

（1）吸收氧化塔中溶液的PH值的控制

通常吸收氧化塔溶液的PH值控制在8. 0～8. 5范圍內(nèi)，一方面由于硫回收工藝使用的催化劑是鐵的螯合劑ARI-340，ARI-350，在以上范圍內(nèi)鐵離子不會(huì)發(fā)生沉淀。其次當(dāng)溶液PH小于7時(shí)，H2S的吸收量就會(huì)減少，而當(dāng)PH大于7時(shí)，吸收H2S的量就會(huì)增加。

（2）生成的硫單質(zhì)的沉降

吸收氧化塔中反應(yīng)生成的硫單質(zhì)在初期和催化劑螯合在一起，很難沉降。只有當(dāng)硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.1%～0.2%，硫粒徑達(dá)到15?m，才能促使小顆粒聚集增長(zhǎng)成大顆粒。其次就是如果硫顆粒表面附著了氣泡或者碳?xì)浠衔铮w粒也很難沉降。只有通過添加ARI-600表面活化劑，潤(rùn)濕硫顆粒使之加速沉降。

（3）空氣注入量

反應(yīng)器內(nèi)空氣注入量大小會(huì)影響酸性氣的吸收反應(yīng)效果和鐵催化劑的氧化再生效果。IGCC電站選取的鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量為155 m3/min，剛開始送入量較小，約5000 m3/hr，根據(jù)鼓泡效果逐步提高送入量，并作出入口閥開度和風(fēng)量的曲線，以尋找鼓泡效果最佳時(shí)所對(duì)應(yīng)的鼓風(fēng)量。

4.調(diào)試過程中容易出現(xiàn)的問題

由于LO-CAT脫硫技術(shù)首次應(yīng)用在國(guó)內(nèi)IGCC電站中，在調(diào)試過程中容易遇到的問題如下：

4.1鼓風(fēng)機(jī)鼓泡不均勻，鼓泡效果不好

原因：鼓風(fēng)機(jī)將空氣經(jīng)過膠皮鴨舌噴嘴送入氧化吸收塔內(nèi)，膠皮鴨舌噴嘴靠鋼箍固定在母管上，鋼箍的松緊會(huì)影響到噴嘴進(jìn)氣量的大小

措施：用脫鹽水給氧化吸收塔上水，保持液位在鴨舌噴嘴以上約20厘米處，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，出口流量約5000 Nm?/h，根據(jù)鼓泡效果調(diào)整橡膠管鋼箍，調(diào)整鼓泡效果

4.2真空過濾機(jī)運(yùn)行期間，吸收效果不好，硫的含水量大

原因：（1）皮帶濾布使用時(shí)間過程沒有清洗；

（2）真空泵密封損壞，抽真空效果不好。

措施：（1）用高壓水槍對(duì)濾布進(jìn)行沖洗，實(shí)在不行可以更換合適的濾布；

（2）查看真空泵運(yùn)行是否正常，真空度是否合適，查看密封水是否運(yùn)行正常。

4.3氧化吸收塔溶液起白色的肥皂狀的泡

原因：（1）溶液中的硫磺過細(xì)；

（2）表面活性劑過量；

（3）消泡劑過量。

措施：（1）依據(jù)“燒杯試驗(yàn)”添加消泡劑；

（2）降低鼓風(fēng)量；

（3）等泡沫出來后，可使溶液的溫度比正常溫度高5℃，以便蒸發(fā)掉過多的消泡劑；

（4）對(duì)溶液進(jìn)行取樣并檢查硫磺是否過細(xì)。

4.4熔硫釜頂部澄清返回液管線堵塞

原因：（1）澄清液返回冷卻器設(shè)置不合理，彎曲端頭太多；

（2）熔硫釜中硫磺不能很好的沉降下來。

措施：（1）重新改造冷卻器，減少?gòu)濐^；

（2）控制熔硫釜加熱蒸汽流量，盡量保證溫度、壓力穩(wěn)定，使硫磺更好沉降。

5.結(jié)束語(yǔ)

LO-CAT工藝技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展非常快，技術(shù)上也非常的成熟，而應(yīng)用于IGCC電站脫硫更體現(xiàn)了其優(yōu)越性。目前IGCC電站的污染物排放量?jī)H為常規(guī)燃煤電站的1/10，脫硫效率可達(dá)99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右，真正實(shí)現(xiàn)了綠色發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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