关于采用常温氧化铁对新中变半水煤气进行预脱硫的建议
时间：2022-09-12 02:49:37
摘要：净化新中变由于原设计中干法脱硫采用中温氧化锌（ZnO）工艺，而半水煤气中含硫量较高，致使氧化锌使用时间较短，且氧化锌价格高，约3万/吨，造成新中变系统脱硫成本居高不下， 本文提出了采用常温氧化铁对新中变半水煤气进行预脱硫的改进措施。
关键词：中温氧化锌 常温氧化铁 新中变系统 水煤气
一、项目概况
化肥厂净化车间新中变系统作用是先将半水煤气干法脱硫后，再入中变炉进行一氧化碳变换。由于原设计中干法脱硫采用中温氧化锌（ZnO）工艺，而半水煤气中含硫量较高，致使氧化锌使用时间较短，且氧化锌价格高，约3万/吨，造成新中变系统脱硫成本居高不下，成为一个技术难题。
二、现状分析
随着科学技术的发展，常温精脱硫技术得到广泛的运用，以湖北省化学研究所气体净化研究中心为主的许多单位先后开发了新一代活性炭、氧化铁、水解催化剂等，在催化剂的性能及使用效果上有了长足的进展。以常温氧化铁脱硫剂为例，同以前相比其具有以下优点：硫容更大、脱硫精度更高、空速大大增加、强度高、水煮不粉化等，其缺点是有机硫脱除率低，一般在其前面用水解催化剂进行有机硫转化（因我公司有机硫含量还需多级水解，且反应在60℃左右进行，流程较复杂，此处暂不考虑），但由于其价格仅为3000-5000元/吨，约为氧化锌价格的1/6-1/4，而硫容却与氧化锌相近（特别是有少量氧气时脱硫与再生可同时进行，硫容更大，另外再生操作也较方便），因半水煤气中有部分无机硫（又有少量氧气），可考虑先用氧化锌将半水煤气中的无机硫脱除（同时可脱除少量有机硫），以减少脱硫费用。
三、实施方案
1.脱硫原理
常温氧化铁脱硫原理：Fe2O3+H2S FeSX+FeS+H2O
Fe2O3 脱硫剂与H2S作用，视气体中的氧含量多少，可生成硫化亚铁、二氧化硫、多硫化铁或单质硫。
2.常温氧化铁物化指标
湖北省化学研究所气体净化研究开发中心T703（原EF—2）及河南长葛市乾元化工厂CEF—2氧化铁脱硫剂指标如下：
三、工艺计算
1.已知条件
半水煤气平均硫含量：～100mg/Nm3 （其中H2S约17 mg/Nm3）
半水煤气平均气量：6500Nm3/h
新中变ZnO填装量：29t
ZnO平均使用时间：1年（以8000小时计）
氧化铁脱硫剂容：15%（重量，下同）
2.目前ZnO工作硫容计算
总气量×硫含量 6500×8000×100
工作硫容= ZnO = 29×1000×1000000 =18%
3.氧化铁脱硫剂填装量计算（以8000小时计）
设氧化铁可脱除半水煤气中总硫约20mg/Nm3（主要为H2S）
6500×8000×100
氧化铁重量= 29×1000×1000000 =6.933t/h 年
氧化铁脱硫剂堆密度约0.7t/ m3，故其填装体积：6.933÷0.7=9.9 m3
4.可替代ZnO脱硫剂量6.933×（15%÷18%）=5.778 t/年
5.工艺流程及现场布置
现场布置：主要是氧化铁脱硫槽布置，可考虑两个方案：
5.1放在油、水分离器两侧（如果允许的话），优点是分离器不动，仅需氧化铁槽的土建及管道施工，缺点是设备布置过密；
5.2放置在合成厂房北侧，此处比较宽松，但需将油水分离器也迁到该处。
另外建议脱硫槽气体下进上出，槽底设导淋。
5.3设备确定
条件：触媒填装量：取10m3，分两层填装（且装4层耐火球，每层高度约100mm），可由设计处设计，机修制作。
建议设备直径：DN1800mm，设备材料、厚度及高度根据工艺条件确定。
四、投资估算
氧化铁槽 约6万元
管道、阀门 约1.5万元
土建、安装 约2万元
合计： 约9万元
五、效益估算
年购买氧化铁脱硫剂费用（以0.4万元/t计）：
10×0.7×0.4=2.8万元
年节省ZnO费用（以2.1万元/t计）
5.78×2.1=12.1万元
年创造效益：12.1-2.8=9.3万元
且增加氧化铁脱硫槽后，可防止湿法脱硫发生故障时对氧化锌及新中变触媒的侵蚀，同时氧化铁脱硫时可吸收半水煤气中氧气，对减少后工序超温事故有好处。
六、结论与建议
1.结论
增加半水煤气预脱硫装置年经济效益9.3万元，一年可回收成本。
2.建议
2.1若考虑氧化铁脱硫剂再生，成本还会降低；
2.2若能用废催化剂制作氧化铁脱硫剂，效益会进一步提高。
2.3预脱硫槽也可填装活性炭，可根据两者性能及效益加以选择。
2.4本文主要针对不同触媒之间效益的对比，若考虑检修周期还需进行详细设计。
参考文献
[1] 汪碧容，周斌，吴玫. 合成氨厂半水煤气脱硫技术现状及展望[J]. 广州化工， 2011，39（8）， 29-30.
[2] 王文善. 国内外脱硫技术的发展状况及需要研究的问题[ J]. 小氮肥设计技术， 2006， 27（2）： 1-6.
