各种原料制取的粗原料气,都含有一些硫和碳的氧化物,为了防止合成氨生产过程催化剂中毒,都必须在氨合成工序前除去,习惯上称原料气中硫化物的脱除为“脱硫”,凯洛格工艺的第一道工序是脱硫用以保护转化催化剂。
工业脱硫方法种类繁多,但是归纳起来可分为湿法和干法两种。
(1) 湿法脱硫
湿法脱硫的特点:吸收速度或化学反应速度快,硫容大,适合于脱除气体中高硫;脱硫液再生简便,且可循环使用,还可以回收硫磺。但是因为受到物理或化学反应平衡的制约,其脱硫精度不及干法。
湿法脱硫包括物理法、化学法、物理-化学法三种:
① 物理法:在吸收过程中无化学反应,纯属扩散、溶解(吸收)的物理过程。其气液平衡一般服从亨利定律。如低温甲醇法、聚乙二醇二甲醚法等。
② 化学法:按其作用原理课分为中和法和氧化还原法脱硫两种。中和法是利用酸碱中和原理将呈弱酸性的H2S脱除。大部分属于飞速化学吸收反应。如氨水中和法、乙醇胺法等。氧化还原法的特点是借助于伴有电子得失的化学反应来进行脱硫的。如对苯二酚、ADA法等。还有金属络合物脱硫法如EDTA络合铁法。
(2) 干法脱硫
干法脱硫是采用固体脱硫剂。最大的优点是脱硫的精度高,可将硫化物脱至0.1~0.5cm3/m3,绝非一般的湿法所可以比拟。
干法脱硫的缺点:脱硫设备机组庞大,更换脱硫剂工作笨重,再生能耗大,因其工业应用受到限制,仅适用于脱除低硫或微量硫。近代大型化工生产对脱硫精度要求越来越高,使得干法脱硫技术重新获得了发展
凯洛格工艺中的脱硫工序便是干法脱硫中的氧化锌法。
氧化锌脱硫剂被公认为干法脱硫中最好的一种以其脱硫精度高、硫容量大、使用性能稳定可靠等优点,被广泛用于合成氨、制氢、煤化工、石油精制等行业以脱除天然气、石油馏分、油田气、炼厂气、合成气(CO+H2O)、以及二氧化碳原料气中的硫化氢和多种有机硫
由于它可以将原料气中的硫化物脱除到0.5~0.05cm3/m3数量级,从而可以保证下游工序所用含有镍、铜、铁及贵金属催化剂免于中毒。
四、脱硫的工艺过程
天然气首先在原料气预热器中被低压蒸汽预热,流量由流量计记录,温度有温度记录仪进行记录,压力由压力控制阀调节,预热后的天然气进入活性碳脱硫槽进行初脱硫。然后再用蒸汽透平驱动的单缸离心式压缩机,压缩到所要求的操作压力。
压缩机设有防喘振保护装置,当在低于正常流量的条件下进行操作时,它可以把某一给定量的气体返回气水冷器,冷却后送回压缩机的入口。经压缩后的原料天然气在一段炉对流段低温段加热到230℃左右与压缩机段间来氢混合后,进入Co-Mo加氢和氧化锌脱硫槽,经脱硫后,天然气中的总硫含量降到0.5ppm以下。
氧化锌脱硫过程所用的主要设备为脱硫槽。
脱硫槽为钢板制成的圆筒形设备,高径比约为3:1。脱硫剂分两层装填,上层铺设在由支架支撑的箅子板上,下层装在耐火球和镀锌钢丝网上。是气体分布均匀槽上部设有气体分布器,下部有集气器氧化锌在脱硫槽内的脱硫过程如图 所示
评价ZnO性能的一个重要的指标是硫容,氧化锌的平均硫容为15~20%,最高可达30%,接近入口的饱和层硫容一般为20%~30%。通常ZnO装在两个双层的串联设备里,每年更换一次入口测得的ZnO,而将出口测的ZnO移装于入口测,新的ZnO用作保护层,确保净化气中硫含量达到指标要求。
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