LO—CAT硫磺回收技術在IGCC電站中的應用

趙凱

摘要：凈化脫硫技術則是IGCC電站實現零排放、零污染的關鍵技術。IGCC電站采用了美國Merichem公司LO-CAT硫回收技術，此裝置工藝簡單，操作方便，低污染低排放。本文著重對IGCC電站的LO-CAT技術應用進行介紹，以及該裝置開車調試過程中出現的種種問題、采取的解決措施和方法進行一系列闡述。

關鍵詞：IGCC電站；LO-CAT；硫磺回收

1.前言

如今，我國由工業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內最為廣泛應用的煙氣脫硫方法，但工藝較復雜，且易對環境造成二次污染。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技術回收硫磺。本文介紹了L0-CAT自循環硫回收裝置在IGCC電站中的實際應用情況，以期為我國IGCC電站在脫硫裝置改造方案的規劃設計時提供方案參考和優化選擇。

2.LO-CAT工藝技術介紹

2.1化學反應機理

LO-CAT硫回收技術是一種可再生的H2S脫除技術，采用鐵離子絡合物液體催化劑，在常溫下H2S 直接轉化成元素硫。同時，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使用。其主要化學反應如下：

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，在空氣的作用下發生一系列氧化還原反應，反應后的LO - CAT試劑，由循環泵經恒溫換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，硫單質固體送至熔硫釜進一步除掉其中液體成分，最終由造粒機進行造粒送至硫磺料倉。

3.LO-CAT工藝在IGCC電站中的應用

IGCC電站安裝了兩套相同的自循環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99. 99%。

設計參數

氣體來源為4652Nm3/h含胺酸性氣，58Nm3/hr富酸性氣

工藝參數如下：

裝置類型 LO-CAT自動循環

鐵濃度（ppm w/w） 500

溶液PH值 8.0-9.0

反應溶液溫度（°C） 48-52

每套裝置真空帶式過濾機進料率 4.5 m3/hr

（表2）

3.1運行中的技術分析

（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，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，在以上范圍內鐵離子不會發生沉淀。其次當溶液PH小于7時，H2S的吸收量就會減少，而當PH大于7時，吸收H2S的量就會增加。

（2）生成的硫單質的沉降

吸收氧化塔中反應生成的硫單質在初期和催化劑螯合在一起，很難沉降。只有當硫的質量分數達到0.1%～0.2%，硫粒徑達到15?m，才能促使小顆粒聚集增長成大顆粒。其次就是如果硫顆粒表面附著了氣泡或者碳氫化合物，顆粒也很難沉降。只有通過添加ARI-600表面活化劑，潤濕硫顆粒使之加速沉降。

（3）空氣注入量

反應器內空氣注入量大小會影響酸性氣的吸收反應效果和鐵催化劑的氧化再生效果。IGCC電站選取的鼓風機設計流量為155 m3/min，剛開始送入量較小，約5000 m3/hr，根據鼓泡效果逐步提高送入量，并作出入口閥開度和風量的曲線，以尋找鼓泡效果最佳時所對應的鼓風量。

4.調試過程中容易出現的問題

由于LO-CAT脫硫技術首次應用在國內IGCC電站中，在調試過程中容易遇到的問題如下：

4.1鼓風機鼓泡不均勻，鼓泡效果不好

原因：鼓風機將空氣經過膠皮鴨舌噴嘴送入氧化吸收塔內，膠皮鴨舌噴嘴靠鋼箍固定在母管上，鋼箍的松緊會影響到噴嘴進氣量的大小

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，啟動鼓風機，出口流量約5000 Nm?/h，根據鼓泡效果調整橡膠管鋼箍，調整鼓泡效果

4.2真空過濾機運行期間，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）用高壓水槍對濾布進行沖洗，實在不行可以更換合適的濾布；

（2）查看真空泵運行是否正常，真空度是否合適，查看密封水是否運行正常。

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；

（2）表面活性劑過量；

（3）消泡劑過量。

措施：（1）依據“燒杯試驗”添加消泡劑；

（2）降低鼓風量；

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

（4）對溶液進行取樣并檢查硫磺是否過細。

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，減少彎頭；

（2）控制熔硫釜加熱蒸汽流量，盡量保證溫度、壓力穩定，使硫磺更好沉降。

5.結束語

LO-CAT工藝技術在國內外發展非常快，技術上也非常的成熟，而應用于IGCC電站脫硫更體現了其優越性。目前IGCC電站的污染物排放量僅為常規燃煤電站的1/10，脫硫效率可達99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右，真正實現了綠色發展。

參考文獻：

[1] LO-CAT II硫化氫氧化工藝操作維護手冊.

[2]龍增兵，劉瑾，蔣樹林.LO-CAT工藝技術在天然氣凈化中的應用及研究進展[J].江蘇化工