一种气体冷却、脱硫和富液再生一体化集成装置及工艺的制作方法

本发明属于湿法脱硫技术领域，尤其涉及一种气体冷却、脱硫和富液再生一体化集成装置及工艺。

背景技术：

煤炭分级分质利用是煤炭深加工的途径之一，而煤热解是煤炭分级分质利用的龙头。煤热解也称煤干馏或热分解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，把煤里面的焦油和煤气蒸发出来，得到焦油、煤气、半焦（兰炭）的过程。生产的煤焦油、兰炭和煤气，可进一步加工成燃料油和高端化学品，实现分质利用。

煤炭根据硫含量的多少可分为低硫煤（＜1.0wt%）、中硫煤（1.0~2.0wt%）、中高硫煤（2.0~3.0wt%）和高硫煤（＞3.0wt%）。煤炭热解后，45~65%的硫被固定在固态煤焦中，15~25%的硫进入到液态煤焦油中，另外15~25%的硫进入到气态热解产物煤气中。煤热解过程产生的煤气中含有大量氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳以及少量c2以上组分、杂质（焦油、苯、萘、氨等），另外伴随煤热解产生的焦油需要进一步加氢获得高品质燃料油、化学品等。煤气中硫以h2s为主，还含有少量有机硫如羰基硫、二硫化碳、甲基硫等。这些形态硫的存在对管道设备造成腐蚀而且会造成各种合成催化剂中毒，为确保煤气的后续加工处理利用，必须将煤气中的硫加以脱除。

针对煤气中硫组分特点，目前常用的湿法脱硫，尤其以包括碳酸钠碱液法、氨水法等为主，能够将硫脱至100mg/nm³以下，通过在脱硫液中添加特定催化剂成分，最低可脱至20mg/nm³以下。常规的湿法脱硫（包括碳酸钠碱液法、氨水法等）设备包括气体冷却塔、脱硫吸收塔、氧化再生塔、富液槽、贫液槽、硫泡沫槽、熔硫釜等，均采用分体分散布置。由于煤气量一般较大，特别是对于高浓度的含硫煤气，常规填料吸收塔传质效率不高，使得这些设备尺寸均较大，加之一般常压煤气需风机加压后煤气温度升高，还需设煤气冷却塔等设备。使得整个装置的占地面积较大，而且常规冷却塔冷却效率低、常规脱硫塔的吸收硫后的富液硫容低、脱硫液再生循环量大，需要使用输送泵进行大量中转，由此产生大量电能消耗，导致整套湿法脱硫装置的设备投资大、运行成本高。

另外由于一些原料气的温度较高且含有较多的机械杂质粉尘，若直接进行湿法脱硫，不仅会影响脱硫效果，而且夹带的粉尘容易造成填料塔堵，出现气体偏流，使脱硫塔运行阻力明显增加，进一步严重影响脱硫过程的进行。常规的湿法脱硫设备无法适应该类气源工况，需要额外增加一套预处理设备，无疑显著增加了设备投资和装置占地面积。

技术实现要素：

针对现有的湿法脱硫装置（包括氨水法、碳酸钠碱液法等）存在上述设备投资大、复杂气源工况适应能力差、运行成本高、占地面积大的问题，本发明提供了一种气体冷却、脱硫和再生一体化集成装置及工艺，本发明是通过如下手段实现的：

一种气体冷却、脱硫和再生一体化集成装置，包括高效洗涤冷却器（2）、脱硫塔（5）、富液喷射氧化再生槽（18）、基座（32）和富液泵（33）；

所述高效洗涤冷却器（2）安装于脱硫塔（5）进气口前外挂塔体侧壁上；

所述高效洗涤冷却器（2）与脱硫塔（5）的连接处在塔内设置有进口气液分离器（6）；

所述脱硫塔（5）从顶部到底部依次设置有富液喷射氧化再生槽段（18）、除沫器（16）、贫液分布器（15）、吸收脱硫段、升气分布器（11）、富液槽段（10）、喷淋冷却段（7）、进口气液分离器（6）和冷却水槽段（28）；

所述富液喷射氧化再生槽段（18）的侧壁上设置有液位调节器（22）、贫液出口（23）以及硫泡沫出口（19）；

所述脱硫塔（5）在除沫器（16）上方的侧壁上设置脱硫净化气出口（17）；

所述脱硫塔（5）与贫液分布器（15）上方的侧壁上设置有贫液入口（25）；

所述脱硫塔（5）在富液槽段（10）部位的侧壁上设置富液槽段液位计（27）；

所述脱硫塔（5）在富液槽段（10）的下方侧壁上设置有富液出口（9）；

所述富液出口（9）的下方的气体冷却段还设置有喷淋冷却水入口（8）；

所述富液出口（9）与富液泵（33）入口通过管道连接；

所述富液泵（33）出口与喷射器（21）入口通过管道连接；

所述脱硫塔（5）在冷却水槽段（28）部位的侧壁上设置冷却水槽段液位计（29）；

所述脱硫塔（5）在所述冷却水槽段（28）部位的侧壁上分别设置冷却水出口（30）和排污口（31）。

进一步的，所述所述高效洗涤冷却器（2）内部安装有喷嘴（3），所述喷嘴（3）为1层或2层，喷嘴（3）的安装角度为45°~120°，进一步优选安装角度为90°。

进一步的，所述富液喷射氧化再生槽段（18）的顶部设置多组喷射器（21）和再生空气出口（26）。

进一步的，所述再生槽段贫液出口（23）与所述脱硫塔贫液入口（25）通过管道（24）在脱硫塔贫液入口前塔壁外挂加装安全液封相连接。

进一步的，所述吸收脱硫段从上至下依次设置吸收脱硫ii段（14）和吸收脱硫i段（13），吸收脱硫i段（13）和吸收脱硫ii段（14）的高度比例为1:1~4；所述吸收脱硫i段（12）内装填有增强气液传质的填料；所述收脱硫ii段（14）内装填有增强气液传质的填料；所述吸收脱硫i段（12）和吸收脱硫ii段（14）的分界处设置有气液再分布器（13）。

本发明还公开了一种采用上述气体冷却、脱硫和富液再生一体化集成装置的工艺，包括以下步骤：

（ⅰ）高效洗涤冷却：高温含硫含尘气体首先进入高效洗涤冷却器（2），冷却水通过高效洗涤冷却器（2）内配置的喷嘴（3）向上喷出泡沫，与自上而下的含硫气体形成湍流接触，随后气液两相顺流流动，再一次进行湍流混合的洗涤冷却反应，完成气体的预降温冷却和除尘；

（ⅱ）气液分离：高效洗涤冷却器（2）出来的气液混合物进入脱硫塔（5）内设置的进口气液分离器（6）气液分离，分离出的气体继续向上流动，液体水向下流动进入冷却水槽段（28）中；

（ⅲ）喷淋冷却：来自进口气液分离器（6）的气体进入喷淋冷却段（7）与冷却喷淋段（7）上部喷淋下来的冷却水逆流接触，进一步完成气体的降温和除尘，冷却后的气体经喷淋冷却段（7）与富液槽段（10）间的隔离装置中的升气分布器（11）进入脱硫塔富液槽段（10）上方，喷淋冷却段（7）的冷却水则向下流动，与高效洗涤冷却器（2）在喷淋冷却段（7）中的进口气液分离器（6）分离的冷却水在冷却水槽段（28）中混合；

（ⅳ）吸收脱硫段：来自喷淋冷却段（7）的含硫气体经升气分布器（11）进入吸收脱硫段与从富液喷射氧化再生槽段（18）送来的贫液逆流接触，进行脱硫反应，使气体中的硫组分反应完全，反应后的净化气继续向上升至气体除沫段；

（ⅴ）净化气除沫：携带有雾状液滴的净化气进入除沫器（16）中，将雾状液滴分离除去，最后净化气从脱硫塔（5）侧壁上设置的脱硫净化气出口（17）送出至下游工段；

（ⅵ）富液再生：脱硫塔富液槽段（10）部位的富液通过富液泵（33）输送至脱硫塔（5）顶部的富液喷射氧化再生槽段（18），富液中的硫化物与喷射器自吸入的空气，在喷射器（21）和富液喷射氧化再生槽段（18）内发生一系列氧化反应，将富液中硫化物等物质氧化生成单质硫泡沫，其富液转化为贫液，并送去吸收脱硫段，实现循环脱硫-再生过程。

进一步的，步骤（ⅰ）所述高效洗涤冷却使用循环冷却水作为冷却介质，冷却效率为50~80%。

进一步的，步骤（iv）所述吸收脱硫段和步骤（vi）富液再生过程中富液和贫液中均含有dkt-6催化剂。

进一步的，步骤（iv）所述吸收脱硫段脱硫工艺操作时，空塔气速为液泛速度的40~80%。

进一步的，所述脱硫工艺的总脱硫效率为95~99.99%。

通过本发明所提供的一个或多个技术方案，至少实现了如下技术效果和优点：

1、将高效洗涤冷却器及喷淋冷却塔、冷却水槽、富液槽、吸收脱硫i和ii段、气液分离器、液体再分布器、除沫器、富液氧化再生槽等设备或功能段设备融为一体，集成化整体设备结构紧凑。设备整合为一体、占地面积大大地减少。具有气流流动畅通、阻力降小、节能降耗的特点，且各部件公用率高，无需额外设置冷却塔、富液槽和贫液槽，节省了大量材料，设备投资更省。

2、脱硫装置增设了高效洗涤冷却器，利用其特殊结构，能够将温度高、含尘高的含硫原料气进行高效降温和除尘，无须额外设置降温、除尘设备，投资更省。

3、在脱硫塔上集成设置富液氧化再生槽段，富液经集成装置内部功能设备再生后获得的贫液利用位差可直接进入脱硫塔内进行脱硫，无须设置贫液泵，设备投资更省且运行能耗也更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的气体冷却、脱硫和富液再生一体化集成装置及工艺示意图，图中1——含硫气体入口，2——高效洗涤冷却器，3——喷嘴，4——高效洗涤冷却水入口，5——脱硫塔，6——进口气液分离器、7——喷淋冷却段，8——喷淋冷却水入口，9——富液出口，10——富液槽段，11——升气分布器，12——吸收脱硫i段，13——气液再分布器，14——吸收脱硫ii段，15——贫液分布器，16——除沫器，17——脱硫净化气出口，18——富液喷射氧化再生槽段，19——硫泡沫出口，20——喷射器富液入口，21——喷射器，22——液位调节器，23——再生槽段贫液出口，24——管道，25——脱硫塔贫液入口，26——再生空气出口，27——富液槽段液位计，28——冷却水槽段，29——冷却水槽段液位计，30——冷却水出口，31——排污口，32——基座，33——富液泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1所示，本发明中的气体冷却、脱硫和富液再生一体化集成装置主要包括高效洗涤冷却器（2）、脱硫塔（5）、基座（32）和富液泵（33）。所述高效洗涤冷却器（2）安装于所述脱硫塔（5）进气口前外挂塔体侧壁上；所述高效洗涤冷却器（2）与所述脱硫塔（5）的连接处在塔内设置有进口气液分离器（6）；所述高效洗涤冷却器（2）内部安装有喷嘴（3），所述脱硫塔（5）从顶部到底部依次设置富液喷射氧化再生槽段（18）、除沫器（16）、贫液分布器（15）、吸收脱硫ii段（14）、气液再分布器（13）、吸收脱硫i段（12）、升气分布器（11）、富液槽段（10）、喷淋冷却段（7）、进口气液分离器（6）和冷却水槽段（28）；所述富液喷射氧化再生槽段（18）的顶部设置多组喷射器（21）和再生空气出口（26），所述富液喷射氧化再生槽段（18）的侧壁上设置有液位调节器（22）、贫液出口（23）以及硫泡沫出口（19）；所述脱硫塔（5）在所述除沫器（16）上方的侧壁上设置脱硫净化气出口（17）；所述脱硫塔（5）与所述贫液分布器（15）上方的侧壁上设置有贫液入口（25），所述再生槽段贫液出口（23）与所述脱硫塔贫液入口（25）通过管道（24）在脱硫塔贫液入口前塔壁外挂加装安全液封相连接，所述脱硫塔（5）在所述富液槽段（10）部位的侧壁上设置富液槽段液位计（27）；所述脱硫塔（5）在所述富液槽（10）段的下方侧壁上设置有富液出口（9）；所述富液出口（9）下方的气体冷却段还设置有冷却水入口（8；所述富液出口（9）与所述富液泵（33）入口通过管道连接，所述富液泵（33）出口与所述喷射器入口（21）通过管道连接；所述脱硫塔（5）在所述冷却水槽段（28）部位的侧壁上设置冷却水槽段液位计（29）；所述脱硫塔（5）在所述冷却水槽段（28）部位的侧壁上分别设置冷却水出口（30）和排污口（31）。

在具体实施过程的一种实施方式中，根据脱硫工艺实际需要，脱硫吸收段可以仅设置i段，也可以再设置ii段，甚至再设置iii段，其中吸收脱硫i段和吸收脱硫ii段的高度比例为1:1~1:4。为保证脱硫效果，至少有一个脱硫吸收段需装填有增强气液传质的填料，填料可以为散装填料或规整填料等。

进一步的，本发明提供的气体冷却、脱硫和再生一体化集成装置，在高效洗涤冷却器2内部安装有1层或2层喷嘴3，其安装角度为45°~120°，优选安装角度为90°，喷液方向与含硫气体呈逆向湍流接触，气液两相高效传热、传质，实现含硫气体的高效降温、除尘。

通过本发明所提供的气体冷却、脱硫和富液再生一体化集成工艺，包括以下步骤：

（1）高效洗涤冷却：高温含硫含尘含硫气体首先进入高效洗涤冷却器（2），冷却水通过高效洗涤冷却器（2）内配置的喷嘴（3）向上喷出形成泡沫状区，与自上而下的含硫气体形成气液两相高速逆向呈湍流接触，达到高效传热、传质效果，随后气液两相顺流流动，再一次进行湍流混合的洗涤冷却反应，完成气体的预降温冷却和除尘。

（2）气液分离：高效洗涤冷却器（2）出来的气液混合物进入脱硫塔内设置的进口气液分离器6），进行气液分离，分离出的气体继续向上流动，液体水则向下流动进入到冷却水槽段28）中。

（3）喷淋冷却：来自进口气液分离器（6）的气体进入喷淋冷却段（7）与冷却喷淋段上部喷淋下来的冷却水逆流接触，进一步完成气体的降温和除尘。冷却后的气体经冷却段7）与富液槽段10）间的隔离装置中的升气分布器（11）进入脱硫塔富液槽段（7）上方。喷淋冷却段（7）的冷却水则向下流动，与高效洗涤冷却器（2）在喷淋冷却段（7）中的气液分离器6）分离的冷却水在喷淋冷却水槽段（28）中混合

（4）吸收脱硫i段：来自喷淋冷却段（7）的含硫气体经升气分布器11）进入吸收脱硫i段（12）与从吸收脱硫ii段（14）来的脱硫液逆流接触，继续进行脱硫反应，反应后的气体继续向上流动。

（5）吸收脱硫ii段：来自吸收脱硫i段（12）气体与富液喷射氧化再生槽段（18）送来的贫液逆流接触，继续进行脱硫反应，使气体中的硫组分反应完全，反应后的净化气继续向上升至气体除沫段。

（6）净化气除沫：携带有雾状液滴的净化气进入除沫器（16）中，将雾状液滴分离除去，最后净化气从脱硫塔侧壁上设置的脱硫净化气出口（17）送出至下游工段。

（7）富液再生：脱硫塔富液槽段（10）部位的富液通过富液泵（33）输送至脱硫塔顶部的富液喷射氧化再生槽段（18），富液中的硫化物与喷射器（21）自吸入的空气，在自吸式喷射器（21）和氧化再生槽段（18）内发生一系列氧化反应，将富液中硫化物等物质氧化生成单质硫泡沫，其富液转化为贫液，富液转化为贫液，并送去吸收脱硫ii段（14）、吸收脱硫i段（12），实现循环脱硫-再生过程。

通过以上工艺步骤，实现含硫气体的一体化高效冷却除尘脱硫过程。

利用图1所示的气体冷却、脱硫和富液再生一体化集成工艺，原料煤气的工况条件规格和脱硫效率如下所示。

1）煤气规格

煤气气量：120000nm³/h

煤气进脱硫装置压力：19.6kpa.g

煤气进脱硫装置气体温度：70~100℃

表1煤气气体组分表

。

表2煤气杂质含量（mg/nm³）

。

2）冷却水量、冷却效率及总脱硫效率

高效洗涤冷却器冷却水量500m³/h，喷淋冷却段的冷却水量700m³/h，脱硫塔吸收段脱硫贫液量2200m³/h。

脱硫塔前高效洗涤冷却器冷却效率实际达到60%、总的脱硫效率为99.0%。

3）脱硫后净化煤气组成（h2s含量）

脱硫后净化煤气中h2s含量：≤20mg/m³

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。