LO—CAT硫磺回收技术在IGCC电站中的应用

赵凯

摘要：净化脱硫技术则是IGCC电站实现零排放、零污染的关键技术。IGCC电站采用了美国Merichem公司LO-CAT硫回收技术，此装置工艺简单，操作方便，低污染低排放。本文着重对IGCC电站的LO-CAT技术应用进行介绍，以及该装置开车调试過程中出现的种种问题、采取的解决措施和方法进行一系列阐述。

关键词：IGCC电站；LO-CAT；硫磺回收

1.前言

如今，我国由工业造成的二氧化硫排放约占二氧化硫排放量的80﹪，因此，控制二氧化硫排放的工作显得尤为重要。目前石灰石-石膏湿法烟气脱硫已成为国内最为广泛应用的烟气脱硫方法，但工艺较复杂，且易对环境造成二次污染。而IGCC电站则采用MDEA溶液脱除合成气中的硫化氢，然后采用LO-CAT技术回收硫磺。本文介绍了L0-CAT自循环硫回收装置在IGCC电站中的实际应用情况，以期为我国IGCC电站在脱硫装置改造方案的规划设计时提供方案参考和优化选择。

2.LO-CAT工艺技术介绍

2.1化学反应机理

LO-CAT硫回收技术是一种可再生的H2S脱除技术，采用铁离子络合物液体催化剂，在常温下H2S 直接转化成元素硫。同时，铁离子催化剂被还原成亚铁离子，用过的催化剂用空气氧化再生后循环使用。其主要化学反应如下：

吸收：H2S（气）+2 Fe3+→2H++S0+2 Fe2+

再生：1/2 O2（气）+H2O+2 Fe2+→2OH-+2 Fe3+

2.2 LO-CAT工艺流程

在吸收氧化塔中，加入LO - CAT试剂，在空气的作用下发生一系列氧化还原反应，反应后的LO - CAT试剂，由循环泵经恒温换热器后返回至吸收氧化塔。生成的硫磺浆液沉降到吸收氧化塔锥底，由硫磺浆液泵送至真空带式过滤装置除去其中液体成分，硫单质固体送至熔硫釜进一步除掉其中液体成分，最终由造粒机进行造粒送至硫磺料仓。

3.LO-CAT工艺在IGCC电站中的应用

IGCC电站安装了两套相同的自循环LO-CAT脱硫装置。每套装置，可以处理含有15.74 vol% H2S 的2326 Nm3/hr的含胺酸性气以及含7.50 vol% H2S的29 Nm3/hr的富酸性气。正常每天能产25.23吨的硫磺，排放的尾气中H2S的含量小于4ppmv，脱硫效率可高达99. 99%。

设计参数

气体来源为4652Nm3/h含胺酸性气，58Nm3/hr富酸性气

工艺参数如下：

装置类型 LO-CAT自动循环

铁浓度（ppm w/w） 500

溶液PH值 8.0-9.0

反应溶液温度（°C） 48-52

每套装置真空带式过滤机进料率 4.5 m3/hr

（表2）

3.1运行中的技术分析

（1）吸收氧化塔中溶液的PH值的控制

通常吸收氧化塔溶液的PH值控制在8. 0～8. 5范围内，一方面由于硫回收工艺使用的催化剂是铁的螯合剂ARI-340，ARI-350，在以上范围内铁离子不会发生沉淀。其次当溶液PH小于7时，H2S的吸收量就会减少，而当PH大于7时，吸收H2S的量就会增加。

（2）生成的硫单质的沉降

吸收氧化塔中反应生成的硫单质在初期和催化剂螯合在一起，很难沉降。只有当硫的质量分数达到0.1%～0.2%，硫粒径达到15?m，才能促使小颗粒聚集增长成大颗粒。其次就是如果硫颗粒表面附着了气泡或者碳氢化合物，颗粒也很难沉降。只有通过添加ARI-600表面活化剂，润湿硫颗粒使之加速沉降。

（3）空气注入量

反应器内空气注入量大小会影响酸性气的吸收反应效果和铁催化剂的氧化再生效果。IGCC电站选取的鼓风机设计流量为155 m3/min，刚开始送入量较小，约5000 m3/hr，根据鼓泡效果逐步提高送入量，并作出入口阀开度和风量的曲线，以寻找鼓泡效果最佳时所对应的鼓风量。

4.调试过程中容易出现的问题

由于LO-CAT脱硫技术首次应用在国内IGCC电站中，在调试过程中容易遇到的问题如下：

4.1鼓风机鼓泡不均匀，鼓泡效果不好

原因：鼓风机将空气经过胶皮鸭舌喷嘴送入氧化吸收塔内，胶皮鸭舌喷嘴靠钢箍固定在母管上，钢箍的松紧会影响到喷嘴进气量的大小

措施：用脱盐水给氧化吸收塔上水，保持液位在鸭舌喷嘴以上约20厘米处，启动鼓风机，出口流量约5000 Nm?/h，根据鼓泡效果调整橡胶管钢箍，调整鼓泡效果

4.2真空过滤机运行期间，吸收效果不好，硫的含水量大

原因：（1）皮带滤布使用时间过程没有清洗；

（2）真空泵密封损坏，抽真空效果不好。

措施：（1）用高压水枪对滤布进行冲洗，实在不行可以更换合适的滤布；

（2）查看真空泵运行是否正常，真空度是否合适，查看密封水是否运行正常。

4.3氧化吸收塔溶液起白色的肥皂状的泡

原因：（1）溶液中的硫磺过细；

（2）表面活性剂过量；

（3）消泡剂过量。

措施：（1）依据“烧杯试验”添加消泡剂；

（2）降低鼓风量；

（3）等泡沫出来后，可使溶液的温度比正常温度高5℃，以便蒸发掉过多的消泡剂；

（4）对溶液进行取样并检查硫磺是否过细。

4.4熔硫釜顶部澄清返回液管线堵塞

原因：（1）澄清液返回冷却器设置不合理，弯曲端头太多；

（2）熔硫釜中硫磺不能很好的沉降下来。

措施：（1）重新改造冷却器，减少弯头；

（2）控制熔硫釜加热蒸汽流量，尽量保证温度、压力稳定，使硫磺更好沉降。

5.结束语

LO-CAT工艺技术在国内外发展非常快，技术上也非常的成熟，而应用于IGCC电站脱硫更体现了其优越性。目前IGCC电站的污染物排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右，真正实现了绿色发展。

参考文献：

[1] LO-CAT II硫化氢氧化工艺操作维护手册.

[2]龙增兵，刘瑾，蒋树林.LO-CAT工艺技术在天然气净化中的应用及研究进展[J].江苏化工