中小规模煤气工程脱硫方式的选择
一、中小规模煤气用户的特点
基于我国的国情及经济特点，在我国，不论民用煤气还是工业用煤气都存在大量的中小型用户。中小型民用煤气及部分中小型工业用煤气（冶金、建材、化工、有色等行业），虽然用气量不大，但对煤气的质量要求却很高。而这些中小城市及中小工业用户又得不到天然气或液化石油气，有的虽然可以得到液化气但价格太高难以承受。因此这些中小城市及中小工业用户不得不使用煤制气。煤制气中的干馏制气（焦炉、直立炉、立箱炉等），煤气质量好、煤气热值高，但存在规模大、投资高、污染环境、焦炭及化产回收等问题，中小用户难以采用，这些中小用户只能采用煤气化制气。根据目前我国各个产煤地的煤炭质量，煤炭气化制得的煤气用于民用除了常规的净化（降温、除尘、除油）外，还都需要脱硫，用于某些要求高的工业制品生产也需要脱硫。下面结合近几年的工作，浅谈一些中小规模煤气工程脱硫方面的问题。
二、煤气中硫的来源及脱除要求
煤气中的硫来自原料煤中，存在形式主要是硫化氢（H2S），亦有少量有机硫（主要是COS）。无论是干馏制气还是气化制气，煤中的硫主要都转化为硫化氢（H2S）。在干馏制气中煤中的硫约有17%转化进入煤气，假设煤的含硫量为1%，则焦炉煤气中的硫化氢（H2S）含量约为5.625g/m3（以每吨煤产焦炉煤气320m3计）；如果是直立炉制气，则煤气中的硫化氢（H2S）含量约为5.140g/m3（以每吨煤产直立炉煤气350m3计）。在气化制气中煤中的硫约有80%转化进入煤气，仍假设煤的含硫量为1%，则无烟煤气化煤气中的硫化氢（H2S）含量约为2.6g/m3（以每吨煤产煤气3300m3计）；烟煤气化煤气中的硫化氢（H2S）含量约为2.8g/m3（以每吨煤产煤气3000m3计）。《城镇燃气设计规范》对民用煤气中硫化氢（H2S）含量的要求为20mg/m3；要求高的工业用户一般对硫化氢（H2S）含量的要求为50mg/m3，因此都需要较为彻底的脱硫。
三、脱硫方案的确定
具体到某项工程，脱硫方案的确定，既要考虑到可行性，又要考虑到经济性。对于用气量较小（比如每小时五、六千立方米以下），而且煤气中含硫量不高的用户，可以考虑单级采用干法脱硫或湿法脱硫（用气量特别小的，比如每小时两、三千立方米以下不宜用湿法）。目前最常用的干法脱硫剂是氧化铁和活性炭。通常，干法脱硫的脱硫工艺流程较为简单，但考虑到环保及经济性，一般都要对脱硫剂再生使用，而氧化铁和活性炭的再生从流程到成本都差别较大。
如采用氧化铁脱硫剂，可以自制或购买成型制品。自制氧化铁脱硫剂，一般采用天然沼铁矿或铁屑掺以木屑、熟石灰及水，其制作成本较低。这种自制的氧化铁脱硫剂，一般脱硫效率较高、脱硫效果较好，但其硫容较低、可再生次数较少。脱硫剂使用一段时间后需要再生，这种自制氧化铁脱硫剂一般采用塔外再生。将脱硫剂取出，放在晒场上充分氧化再生，晒场上脱硫剂的厚度不宜超过300--400毫米，并应定期翻动。这种自制的氧化铁脱硫剂虽然成本低，但制作、再生都需要较大的场地、较多的人工，也比较麻烦，所以现在很多单位购买成型的氧化铁脱硫剂，也有许多单位研制成型的氧化铁脱硫剂销售。这些成型的氧化铁脱硫剂，颗粒均匀、孔隙率大、强度较高、氧化铁含量高、脱硫效率高、硫容大、可再生次数多，其再生可以在塔内进行，一般通入空气即可。氧化铁脱硫剂的使用条件一般限定以下几点：1)温度 正常使用温度以20—30℃为宜。温度过高，将使氧化速度加快，相对降低了硫化速度，使脱硫效率降低，同时温度过高将使硫化铁的水合物（Fe2S3•H2O）失去水分，进而影响脱硫剂的湿度及酸碱度，影响脱硫效果。温度过低，会大大降低硫化速度，使脱硫效率下降，同时也将使煤气中的水分冷凝下来，造成脱硫剂过湿。2)水分 脱硫剂宜保持25%--35%的水分，若水分小于10%将会影响脱硫操作。水分能保持硫化氢与氧化铁的足够接触时间，减少脱硫剂结块，并可溶解部分盐类，防止其包在氧化铁表面，影响脱硫反应的进行。3)含氧量 煤气中含有一定的氧，可以使氧化铁在脱硫的同时实现再生一般以含氧1.0—1.1%为宜。含氧量过高会加速铁的腐蚀和形成煤气胶。4)煤气的杂质含量 煤气中的焦油等杂质要脱除干净，否则容易造成脱硫剂表面被焦油等覆盖而失效。5)酸碱度 氧化铁脱硫一般要求在弱碱性（PH值8—9）的环境下进行，PH值过高过低都会影响脱硫效率。
如采用活性炭作脱硫剂，一般购买脱硫专用活性炭。活性炭能够脱除煤气中的硫化氢及有机硫，这在很早已经被认识到，但工业化应用在煤气工程中是近十几年来的事。这是随着活性炭技术的提高，活性炭生产成本大幅度降低带来的成果。活性炭脱硫具有硫容量大、活性高、孔隙率大、脱硫效率高、机械强度高、耐水性好、气体阻力小、设备简单、操作方便、易于再生、生产费用低、可直接回收硫磺等优点。活性炭脱硫生产主要的工艺条件有：1)温度 正常使用温度可以在27—82℃，但最佳使用温度为32—52℃，因此在寒冷地区使用，脱硫塔应该保温。2)硫化物与氧含量的比值应在1:2以上，氧含量不足时可补充空气。3)相对湿度 煤气的相对湿度应在70—100%，湿度不足时可补充水蒸汽，但不应带液态水进入活性炭床。4)气体中酸碱性要求 活性炭脱硫要求碱性环境，如煤气中不含碱性气体成分，可以使用浸碱活性炭。5)煤气的杂质含量 煤气中的焦油等杂质要脱除干净，否则容易造成活性炭表面微孔被焦油等覆盖而失效。6)压力 操作压力应小于5Mpa，目前一般的煤气生产工艺都不超过此压力。此外，脱硫塔的设计要考虑到空速、线速度等要求。 再生问题：脱硫活性炭的再生，目前一般采用过热蒸汽再生法。这种再生方法设备简单、操作方便、成本较低。活性炭一般可再生20次左右。根据活性炭脱硫的机理，活性炭脱硫后吸附的是单质硫，所以再生操作时，根据单质硫的理化特性和活性炭的吸附与解吸原理，向活性炭层通无氧高温气流（过热蒸汽）使活性炭与吸附其中的单质硫同时得到加热，当温度升高到325℃以上时，硫被熔化成液态或气态而从活性炭孔隙中被解吸出来，随过热蒸汽带出活性炭床外，被送入水冷却槽，硫被冷却成固体而沉于槽底，未被冷凝的气体自烟囱排放。活性炭得到再生继续使用，硫被回收。再生用过热蒸汽在600℃范围内，温度越高越好，再生时间、费用、效率等都与温度有直接关系。
对于用气量稍大（每小时两、三千立方米以上）、煤气中含硫量又不太高的用户可以采用单级湿法脱硫。湿法脱硫属于成熟工艺，主要有直接氧化法、化学吸收法、物理吸收法等。近几十年的变化主要集中在对吸收液的改进上。目前应用最广的是直接氧化法。吸收剂主要有：碳酸钠、氨水。而用得最多的是碳酸钠。氧化剂经历了砷碱、萘醌、栲胶、蒽醌等的逐步改良，最近设计的工程一般使用RTS。一套完整的湿法脱硫系统包括了脱硫、脱硫液再生、脱硫液贮存循环、脱硫液加热、硫磺加工回收等。对于硫磺产量较小的用户，如果上马一套完整的硫磺加工设备，象熔馏釜、硫泡沫槽、真空过滤机等，就显得投资、生产成本太高了。因此，可以适当简化，将不多的硫磺泡沫放入干化池中自然风干，这样就省去了许多设备，也大大降低了生产成本。
对于用气量稍大或煤气中含硫量较高的用户，如果一级干法或湿法脱硫不能满足要求，则可以采用干、湿法串连使用。对于中小型民用煤气用户，因为民用煤气工程的用户发展有一个逐步增加的过程，不可能一下子达到最终规模。所以，工程初期用户数量较少时，可以采用简单实用的干法脱硫并预留湿法脱硫场地，待用户扩大后，若实践证明脱硫费用增加太多或不能满足煤气质量要求，则可以增加湿法脱硫与干法串联使用。
四、结语
总之，中小型煤气工程脱硫方式的选择，应根据煤气的种类、性质、煤气量的大小、煤气中硫化物的含量、煤气质量要求等综合因素全面考虑。并应结合当地资源，考虑脱硫剂的来源、价格、副产品的处理、环境保护等。既要考虑到方案的可行性，又要考虑到投资建设、生产运行的经济性，以达到最佳的效果。
参考文献：（略）
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