以氨为碱源的焦炉煤气络合铁脱硫设计原则

焦炉煤气脱硫采用氨作碱源在国内已经有十几年了，经过十几年的运行实践，暴露了在设计方面的诸多问题，导致脱硫效率低下，其脱硫后煤气的H₂S含量甚至难以达到工业燃气H₂S含量（≤100mg/m³）的要求，有的只能达到200-300 mg/m³，甚至500 mg/m³以上。焦炉煤气脱硫在总体构思上应确立以下基本原则：

1. 以实现脱硫过程低温化为基础，提高脱硫溶液的碱度，乃是提高氨作碱源氧化法脱硫效率的关键所在。过去在氨作碱源的脱硫系统设计中有些没有配置煤气预冷却设备，有些只配置了直接式煤气预冷却设备，以致难以实现脱硫过程低温化。

2. 以系统工程的角度，脱硫过程低温化，不是仅仅脱硫系统本身就能完成的，也涉及煤气的初冷过程，否则煤气中焦油和萘也会在脱硫系统当煤气冷却时析出而致低温化难于实现。因此，鼓冷工段也要配合，脱硫过程低温化才有保证。基于近些年在氨作碱源氧化法脱硫系统中不设置煤气预冷却设备或设置直式煤气预冷却设备导致脱硫效率低下的教训，设置煤气预冷却设备已势在必行，且摒弃直接式煤气预冷却设备也无可避免。在此基础上，选择间接横管冷却器作脱硫前煤气预冷却设备，作为实现脱硫过程低温化的重要保证条件，也已经是势在必行。实践证明，采取这种措施对于实现脱硫过程低温化是完全正确的。

3. 扩大可供向脱硫系统补充的氨资源，借以维持较高的脱硫液碱度。以扩大向脱硫系统补充氨作为提高脱硫效率的补充手段。脱硫液中的氨含量与煤气中的氨含量处于一种接近动平衡状态，当液相中氨含量高于平衡氨含量时则多余的氨逸入煤气进入下一工序—硫铵；而当液相中氨含量低于平衡氨含量时，则从煤气中吸收氨，至液相氨含量达到与气相氨含量近于平衡为止。前者由于向系统补充了氨，脱硫液中氨浓度较高，且补充氨越多液相氨含量也越高，这只是一种液相中氨含量的的宏观趋势。具体的对液相中氨浓度的影响还是决定于系统温度，系统温度越低则液相中氨含量也越高，因此过程低温化是决定性的，过程低温化是提高脱硫液碱度，进而提高脱硫效率的最有效手段。

4. 适当增大脱硫溶液的循环流量，并相应增加循环脱硫液冷却设备的能力，确保脱硫过程低温化目标的实现。适当增大脱硫液循环量有利于增大H₂S的吸收推动力，分段吸收可以为增加脱硫液循环量创造有利条件。

5. 实现真正意义上的煤气两级串联脱硫，为保持硫化氢吸收推动力最大化和液相中硫化氢解离度最大化创造条件。煤气脱硫过程中H₂S的吸收效率，在一定的设备条件下，决定定于吸收推动力。因此保持H₂S吸收推动力的最大化是提高脱硫效率的关键环节。脱硫过程H₂S吸收的初始阶段是气膜控制的物理吸收过程，其平衡条件受亨利定律支配，故除受已述及的温度条件影响外，还受控于气液相中初始和最终H₂S的含量。显然，分段吸收对控制脱硫液碱度和脱硫剂浓度提供了有利条件，能够最大限度的提高H₂S脱硫液中的解离度和H₂S的氧化速率，从而降低液相表面H₂S的分压，进而有利于提高H₂S的吸收推动力。

6. 选择性能优越的络合铁脱硫剂作本系统的脱硫剂。脱硫剂在脱硫过程中，承载着HS^-选择性迅速氧化，从而使H₂S的吸收和在液相中的解离摆脱了平衡的制约，起着承前启后的重要作用，并最终改变H₂S吸收过程的性质。