一种将工业纯氧用于CO2吸收系统活性炭脱硫方法与流程

本发明涉及co2吸收系统活性炭脱硫，更具体的公开了一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法。

背景技术：

1、当前应用最为广泛的co2脱除工艺主要有物理吸附和化学吸收两种，化学吸收因其脱除效率高、工艺条件限制少被广泛应用，其中醇胺吸收co2应用最为广泛。

2、醇胺吸收co2后，由再生装置再生醇胺循环使用，同时释放吸收的co2气体，即再生气；再生气中主要成分为co2，还含有少量的水、h2s等，为满足直接排放标准或co2资源利用要求需脱除再生气中存在的h2s。

3、活性炭脱硫因其化学、物理稳定性高，对硫的负载量大、催化能力强、可再生性高的特点被广泛应用于h2s脱除，且其对co2吸附量小，co2损耗小的同时能脱除掉再生气中的水分，干燥气体。

4、活性炭对h2s的脱除主要分两个步骤：物理吸附和化学吸收；物理吸附：活性炭多孔表面吸附h2s分子；化学吸收：被活性炭吸附的h2s在活性炭表面的催化作用下与气体组分中的o2反应：

5、

6、(k为反应速率常数)反应产生的硫单质吸附在活性炭表面微孔内，h2s分子中的s从气相转移至固相被脱除。

7、现有活性炭脱h2s工艺常采用注入压缩空气提供o2脱硫。压缩空气在提供o2(体积分数约21％)的同时还带入了大量的n2(体积分数约78％)，n2承担了反应体系的部分分压，其降低了再生气脱硫反应的h2s和o2的分压，降低了h2s催化氧化反应的反应速率常数，降低了h2s的脱除效率；

8、并且压缩空气带入的n2极其稳定不易通过反应消耗或物理方法脱除，降低了脱硫后气体中co2的纯度，同时n2为下游的co2深度净化系统带来了更高的工作负荷，不利于co2的资源化利用；

9、因为压缩空气中的氮气体积分数大，所使用的压缩空气量比实际反应的所需的理论o2量高出4.76倍。

10、用压缩空气参与催化反应进行活性炭脱硫的模型见附图1。

技术实现思路

1、本发明提供一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法，能够解决co2吸收系统利用压缩空气进行活性炭脱硫带入顽固氮气的问题，采用了工业纯氧替代压缩空气进行活性炭脱硫，解决了产品气氮气含量高导致后端净化难度大、资源化处理难的问题，同时利用主工艺富余工业纯氧减少了压缩空气的消耗，并提出一套安全仪表系统及控制逻辑保障工艺安全，稳定运行。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，更具体的说是一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法，包括如下步骤：

3、s1、脱硫前再生气由脱硫塔底部的管道进入脱硫塔，进入前利用注氧阀组注氧进入氧喷嘴，氧喷嘴将氧气均匀分散至脱硫前再生气中混合均匀，进入脱硫塔后o2与h2s的混合气体与活性炭接触发生催化反应生成s(s)，s(s)被多孔活性炭吸附进而被脱除；

4、s2、设置一套基于脱硫效果的自动控制逻辑，自动控制逻辑具备o2流量自动控制、h2s脱硫效果串级控制、前馈控制三个控制模式能根据脱硫效果自动控制注氧流量，并能根据再生气流量波动前馈控制注氧流量，逻辑图见图3：

5、s3、为规避工业纯氧与活性炭接触导致的自燃现象，设置一套安全仪表并配置安全矩阵控制：选择注入氧气流量、脱硫塔填料温度及阀门阀位作为联锁条件；

6、其中，氧气流量：根据工艺设计计算出系统设计最大工况脱硫所需o2流量，作为o2流量的上限，超出该流量系统将联锁关闭，脱硫塔进出口阀门与注氧管线的阀门切断气体流动，预防出现注氧过量存在自燃风险；

7、脱硫塔填料温度：在塔身上中下各安装一组温度安全仪表，当填料内部温度超过安全温度时，为避免超温运行可能出现的自燃现象，将联锁关闭脱硫塔进出口阀门与注氧管线的阀门切断气体流动，系统内大量的co2将作为灭火剂熄灭可能出现的自燃；

8、脱硫塔进出口的阀门阀位：当脱硫塔进出口阀门失去开到位信号时，为避免阀位变化导致的再生气流量急剧减少进而导致氧气过量出现自燃、爆炸，注氧阀门将联锁关闭，联锁表见图5。

9、更进一步的，所述步骤s1中，氧喷嘴采用高效喷嘴，能将高压氧气注射分散进脱硫前再生气管道，以确保o2与h2s的混合效果。

10、更进一步的，根据o2使用量和介质属性按比例缩小管系尺寸、压力等级、管道阀门类型等工程事项，减少投资和维护成本。

11、更进一步的，所述步骤s2中：

12、o2流量自动控制模式下根据设定o2流量控制；

13、h2s脱硫效果串级控制模式下，根据反馈h2s含量与设定h2s含量经过pid调整后，输出o2流量设定至o2流量调节阀调整o2流量，进而控制脱硫效果，为保障串级模式控制的稳定性，对反馈h2s含量进行滤波处理，获得平滑的h2s反馈信号，减少控制流程的稳定性；

14、前馈控制：为减小自动控制逻辑相对于工艺的滞后性，通过再生气流量变化计算出o2流量变化，该变化值进行比值计算后计入串级控制输出值，调整串级控制向流量控制的最终输出值，以适应再生气流量可能的大幅波动；

15、系统自动控制模式下，三种控制模式同时投入。

16、更进一步的，采用注入体积分数＞99.6％的工业纯氧进行脱硫，在反应动力学上减小甚至消除了氮气分压p(n2)，提高了反应体系中的o2和h2s分压，提高了式1的反应速率系数k，推动了反应的正向进行，提高了h2s的转化率，进而促进了系统的脱硫效率，反应体系见图2。

17、更进一步的，所述安全仪表接入到主工艺sis系统，设置联锁控制逻辑，超温自动联锁系统停止并报警，规避了o2注入可能导致的活性炭自燃风险。

18、本发明一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法的有益效果为：

19、本发明中，减小甚至消除了脱硫后产品气co2中的n2含量，便于下游co2的深度净化与资源化利用，减少了再生气co2不纯导致直接排空造成的碳资源浪费。

20、本发明中，利用厂区富余o2减少了脱硫用气体用量4.76倍，按使用实绩进行测算，平均每年减少能介使用189.4万m3，减少能介使用费用7.3万元/年。

技术特征：

1.一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法，其特征在于，所述步骤s1中，氧喷嘴采用高效喷嘴。

3.根据权利要求1所述的一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法，其特征在于，根据o2使用量和介质属性按比例缩小管系尺寸、压力等级、管道阀门类型等工程事项。

4.根据权利要求1所述的一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法，其特征在于，所述步骤s2中：

5.根据权利要求1所述的一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法，其特征在于，采用注入体积分数＞99.6％的工业纯氧进行脱硫。

6.根据权利要求1所述的一种将工业纯氧用于co2吸收系统活性炭脱硫方法，其特征在于，所述安全仪表接入到主工艺sis系统，设置联锁控制逻辑，超温自动联锁系统停止并报警。

技术总结
本发明涉及CO<subgt;2</subgt;吸收系统活性炭脱硫技术领域，且公开了一种将工业纯氧用于CO<subgt;2</subgt;吸收系统活性炭脱硫方法，包括如下步骤：S1、脱硫前再生气由脱硫塔底部的管道进入脱硫塔，进入前利用注氧阀组注氧进入氧喷嘴，氧喷嘴将氧气均匀分散至脱硫前再生气中混合均匀，进入脱硫塔后O<subgt;2</subgt;与H<subgt;2</subgt;S的混合气体与活性炭接触发生催化反应生成S<subgt;(s)</subgt;，S<subgt;(s)</subgt;被多孔活性炭吸附进而被脱除；S2、设置一套基于脱硫效果的自动控制逻辑，自动控制逻辑具备O<subgt;2</subgt;流量自动控制、H<subgt;2</subgt;S脱硫效果串级控制、前馈控制三个控制模式能根据脱硫效果自动控制注氧流量；本发明中，减小甚至消除了脱硫后产品气CO<subgt;2</subgt;中的N<subgt;2</subgt;含量，便于下游CO<subgt;2</subgt;的深度净化与资源化利用，减少了再生气CO<subgt;2</subgt;不纯导致直接排空造成的碳资源浪费。

技术研发人员：周泽念,王志宇,杨咏琪,苏威,郭明,朱小强,袁日旺
受保护的技术使用者：宝钢湛江钢铁有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5