东狮湿式氧化法脱硫工程设计在沼气脱硫的应用

0 前言

在当前环境治理日趋严峻的背景下，寻求新能源，发展绿色环保生产工艺成为新的方向。沼气综合利用有很大的市场前景。

沼气主要来源于农业废弃物、工业有机废水、畜禽粪便、城市生化垃圾等。沼气的主要成分：甲烷50%-70%、二氧化碳20%-40%以及少量的氮气、氧气、硫化氢等，其中危害较大的硫化氢含量普遍很高，根据不同的沼气来源差异较大，通常在2000mg/Nm3-50000mg/Nm3之间。当前沼气可用于燃烧发电、副产蒸汽或净化生产CNG和LNG等，无论作为那种用途，在使用前都要将有害气体——H2S进行脱除，从而保证了燃烧后尾气中SO2达标排放，降低大气污染。

1 概况

河北玉锋集团实业有限公司是一家拥有高新技术的玉米深加工企业，沼气来源于有机废水，用来供锅炉燃烧生产蒸汽，公司原有的脱硫装置难以正常运行(经常出现堵塔和出口H2S超标），锅炉烟气排放严重超标。

2017年7月贵公司与长春东狮公司合作，由长春东狮负责该工程的全套设计工作。

（1）该装置设计能力日处理量80000Nm3/d。沼气成分：CH4：55%；CO2：35%；N2：8%；沼气H2S含量38000mg/Nm3；要求净化后≤75mg/Nm3。

东狮公司设计理念：保证沼气脱硫装置长期稳定达标运行。

（2）设计中充分体现该装置的自动化程度高，能够实现日常运行无人值守。整套装置采用DCS控制，该装置中4台贫液泵和2台富液泵以及加压风机设定了一键启动和一键停车；循环量实现自动加减量，脱硫塔、贫富液槽液位与贫富液泵连锁自动控制；实现了再生槽液位调节器自动控制；实现了脱硫液自动加碱。

（3）综合考虑建设费用和运行费用，以综合成本最低为目标。

（4）该装置运行无“三废”排放，实现“零”排放。

（5）该项目沼气中H2S含量高达38000mg/Nm3，所以采用空塔喷淋+两级填料塔三级串联组合吸收技术。

脱硫方法选取：按照建设投资和运行消耗等综合费用最低的原则，经工艺计算并结合实际生产数据，采用湿式氧化法脱硫工艺。采用沼气专用888高效催化剂及其配套设备工艺进行脱硫有着显著的特点，可以比传统的ADA、栲胶、KCA等催化剂快的反应速率，将液相中的硫氢酸根氧化成单质硫，从而使液相中的硫化氢对气相的分压值大幅下降，进而大幅度增加沼气中的H2S溶解于液相中的速率，实现其高效脱除沼气中高浓度硫化氢的目的；可以比生物法脱硫操作稳定、简单，操作弹性大等优点。同时，该工艺对脱硫液所接触的设备、管道均具有明显的缓蚀作用。

2 湿法脱硫工艺的基本原理

2.1脱硫原理

气体中的H2S吸收塔内溶于脱硫液后，首先与脱硫液中的碱反应：

H2S＋Na2CO3＝NaHS＋NaHCO3

生成的硫氢化钠在溶液中氧化态催化剂作用下，发生氧化析硫反应，生成单质硫和氢氧化钠，催化剂被还原；同时氢氧化钠和碳酸氢钠反应，生成碳酸钠和水。

NaHS＋［O］＝S＋NaOH NaOH + NaHCO3＝Na2CO3 +H2O

2.2再生原理

再生槽内空气在液相中的相对剧烈运动，使溶液中还原态催化剂得到氧化，同时析出的单质硫相互凝聚，附着在上升空气气泡表面浮出液面离开循环脱硫液，从而使脱硫液又重新具有吸收硫化氢的能力得以再生。

2.3催化原理

在脱硫过程中888催化剂最本质的作用是将气体或液体中的氧迅速地结合在催化剂分子上，同时又迅速地促使结合的氧与液相中电离的硫氢酸根离子反应，使化合态的硫转化成单质硫。由于催化剂的这一作用，大大降低了化学反应的活化能，从而极大地加快了化学反应速率。

3 工艺流程

3.1气相：沼气通过加压风机加压至5Kpa依次从塔底部进入空喷塔和两级填料塔，在塔内与塔顶部喷淋下来的脱硫液逆流接触，完成的传质过程，气体中大部分H2S被脱硫液吸收。气体经塔内气液分离段除掉气体中夹带的脱硫液后送去锅炉燃烧。

3.2液相：从再生槽出来的贫液经1#、2#和3#贫液泵加压后分别输送至空喷塔和两级填料塔，与沼气逆流接触吸收沼气中的H2S气体，吸收H2S后的脱硫液汇流进入到富液槽，富液经再生泵加压后进入再生槽喷射器，富液高速通过喷射器喷嘴时，其吸气室形成负压自动吸入空气，富液与空气两相并流经喷射器喉管、扩散管由尾管排出并由再生槽底部向上流动，完成脱硫催化剂的氧化再生的同时富液中的悬浮硫颗粒被空气浮选形成泡沫飘浮在再生槽上部。

再生槽上部分离出的硫泡沫流入泡沫槽、经泡沫泵送到板框压滤机，压滤的硫膏自动进入熔硫釜，由蒸汽加热制成品硫磺。过滤后滤液直接返回脱硫系统。

4 主要设备

沼气脱硫装置主要设备见表1，其中最为重要的塔内件包括：液体初始分布器、液体再分布器、高效雾化喷头、喷射器等设备由我公司根据该项目的工艺特点进行计算设计、制作，方能达到最终的运行效果。

5 运行效果

经过5个多月的设计、制作、安装、调试等环节，该装置于2018年1月18日安装调试完毕，在我公司现场工程师指导下一次性开成功。

6 结语

本次设计充分考虑了沼气中高硫含量、高二氧化碳的特点，融入了东狮新的脱硫工艺设计理念，从空塔气速、液气比、循环量、停留时间、填料选型、加碱和催化剂的位置以及自控连锁方式等多方面详细计算设计。本次开车的成功验证的设计的科学性、准确性、合理性，同时该装置高效的脱硫效率也为业主从根本上解决了锅炉烟气SO2超标的难题。