生物脱硫技术在煤化工酸性气脱硫中的应用.pdf
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1、2023 年 6 月肥料与健康39 DOI:10.3969/j.issn.2096-7047.2023.03.009生物脱硫技术在煤化工酸性气脱硫中的应用刘 洋1,张福亭2(1.奎屯锦疆化工有限责任公司 新疆奎屯 833200;2.伊犁新天煤化工有限责任公司 新疆伊宁 835000)摘 要:生物脱硫技术是利用碱液吸收酸性气中的硫化氢,然后在硫黄杆菌的生化作用下产生硫黄,再经脱水、熔硫等操作,实现酸性气净化和硫黄回收的目的。介绍了生物脱硫技术的原理、工艺流程、操作要点及控制指标、主要设备、运行效果。实际运行结果表明,生物脱硫技术脱硫效率高、运行稳定,处理后的排放废气完全满足相关国家标准的要求。关
2、键词:生物脱硫;酸性气;硫黄杆菌;硫黄;气体净化中图分类号:TQ113.26+4.1文献标志码:B文章编号:2096-7047(2023)03-0039-04Application of Biological Desulfurization Technology in Acid Gas Desulfurization of Coal Chemical IndustryLIU Yang1,ZHANG Futing2(1.Kuitun Jinjiang Chemical Co.,Ltd.,Kuitun,Xinjiang 833200,China;2.Yili Xintian Coal Chemic
3、al Co.,Ltd.,Yining,Xinjiang 835000,China)Abstract:The biological desulfurization technology uses the alkali liquor to absorb the hydrogen sulfide in the acid gas,and then generates sulfur under the biochemical action of thiobacillus,and then through dehydration,sulfur melting and other operations to
4、 achieve the purpose of acid gas purification and sulfur recovery.The principle,process flow,operation key points,control indexes,main equipments and operation effect of biological desulfurization technology are introduced.The actual operation results show that the biological desulfurization technol
5、ogy has high desulfurization efficiency,stable operation,and the treated exhaust gas completely meets the requirements of relevant national standards.Keywords:biological desulfurization;acid gas;thiobacillus;sulfur;gas purification作者简介:刘洋(1987),男,大学本科,工程师,主要从事煤化工生产管理工作; 国内某煤化工项目气化装置选用水煤浆气化工艺,净化采用耐硫变
6、换、低温甲醇洗、液氮洗工艺,净化后的合成气送至氨合成装置。在生产过程中,低温甲醇洗产生的酸性气通过生物脱硫技术进行处理。与传统的硫回收工艺相比,生物脱硫工艺酸性气中硫化氢脱除率高,工艺流程简单,建设费用、维护费用低,日常消耗少,操作弹性大,产生的硫黄亲水性好,不易堵塞设备和管道,装置运行可靠度高,无需增设尾气处理装置,而且酸性气处理过程中无二次污染。本文主要对生物脱硫技术在煤化工行业中的应用进行阐述和探讨。1 酸性气的产生及来源 煤中的硫在水煤浆气化炉内高温燃烧形成H2S,并随粗煤气进入低温甲醇洗单元。因 H2S与甲醇同为极性分子,易形成氢键,因此 H2S 在甲醇中有很好的溶解度。粗煤气经甲醇
7、洗涤塔内的甲醇洗涤后,CO2、H2S 等气体均溶解在甲醇40 肥料与健康第 50 卷 第 3 期中。洗涤后的甲醇经减压闪蒸、低压解析、N2气提除去甲醇中大部分的 CO2后,富含 H2S 的甲醇经热再生塔加热气提再生,甲醇与 H2S 之间的氢键断裂。从热再生塔顶部出来的富含 H2S 的酸性气体流量约 1 870 m3/h(标态),其中 H2S 为25.38%(体积分数,下同)、COS 为 0.02%、CO2为72.35%,经冷却分离后送至硫回收装置。2 生物脱硫的原理 生物脱硫技术主要是采用硫黄杆菌来处理酸性气中的 H2S,而硫黄杆菌是在自然界中产生,通过遗传培育或改良而来。硫黄杆菌的繁殖生长很
8、快,4 h 就可以翻倍且成对数增长,而且对工艺条件、生产环境等都有很强的适应性,其生长过程中所需的能量主要来源于硫化物的氧化过程,碳源则来自于酸性气中的 CO2。来自低温甲醇洗单元的酸性气进入 H2S 吸收塔内与碱性溶液逆向接触,酸性气中的 H2S 和CO2被碱液吸收分别生成 HS-、CO2-3、HCO-3(H2S+OH-=HS-+H2O,H2S+CO2-3=HS-+HCO-3,CO2+OH-=HCO-3,HCO-3+OH-=CO2-3+H2O)。吸收了酸性气中 H2S 和 CO2的溶液进入生物反应器底部与空气混合,溶液中的 HS-与 O2反应生成硫和 OH-(2HS-+O2=2S+2OH-,
9、8SxHS-+4O2=S8+8Sx+8OH-),溶液中的 CO2-3、HCO-3分解释放出 OH-和 CO2(CO2-3+H2O=HCO-3+OH-;HCO-3=CO2+OH-),碱液得到再生后循环使用。生物反应器内若 O2过量,会发生副反应生成硫酸盐和硫代硫酸盐(HS-+2O2=SO2-4+H+,2HS-+2O2=S2O2-3+H2O)。在高浓度硫化物的作用下,生物菌的活性会降低,产生的硫酸盐和硫代硫酸盐增多。为减少副反应的发生,须合理控制生物反应器内空气的通入量,防止 O2过剩。同时将硫黄脱水机分离出来的液体排至污水处理装置,并向生物反应器内补充新鲜水和碱液维持系统平衡。3 生物脱硫工艺流
10、程 生物脱硫工艺流程见图 1。图 1 生物脱硫工艺流程 来自低温甲醇洗单元的酸性气进入原料气分离器进行气液分离,得到的气体从下塔底部进入H2S 吸收塔,与来自塔顶富含 NaOH、NaHCO3的碱性吸收液逆向接触,脱除 H2S 后的气体从 H2S吸收塔顶部出塔,送至 COS 水解单元。吸收了H2S 的吸收液(富液)从底部进入生物反应器与空气混合,富液中的 HS-在空气和硫黄杆菌的共同作用下转化为元素硫,得到再生的吸收液通过顶部兼有收集和除气功能的构件被单独排出进入泵槽。泵槽内的溶液由底部流出后分为两路,一路经贫液泵加压、贫液冷却器冷却后送至 H2S 吸收塔顶部作为吸收液循环利用,另一路进入硫黄沉
11、降槽回收硫黄;生物反应器顶部排出的气体中含 H2S 质量浓度通常在 6 mg/m3以下,通过引风机直接排放。进入硫黄沉降槽的贫液采用重力沉降的方式回收硫黄,硫黄沉降槽内的液体通过上部溢流管线进入沉降液槽内,再经沉降液槽排液泵加压后送至生物反应器内回收利用。从硫黄沉降槽底部出来的硫浆通过硫浆泵送入硫黄脱水机,脱水后的硫浆送至熔硫单元,在蒸气的加热下,水从熔硫釜上部蒸发分离,单质硫在釜内下沉至高温区熔融成液体硫,出釜硫黄先送至硫黄坑储存,然后经液硫泵送到硫黄造粒单元制成成品硫黄。硫黄脱水机分离出来的液体进入滤液罐内,一部分经滤液泵返回生物反应器顶部,其余作为装置排水送至污水处理装置。从 H2S 吸
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