合成氨脫硫工段“精脫硫”技改的實踐

張子君 曹志功

(1.豐源化肥有限公司,河南商丘 476000; 2.商丘市豐源紙業科技公司鋁紙研究所,河南商丘 476000)

合成氨脫硫工段“精脫硫”技改的實踐

張子君 曹志功

(1.豐源化肥有限公司,河南商丘 476000; 2.商丘市豐源紙業科技公司鋁紙研究所,河南商丘 476000)

合成氨煤制氣是以煤為原料,原料氣中含較高的H2S、COS及CS2,總硫高達1.2g/m3左右。目前,我公司的半水煤氣脫硫技術采用的氨水液相催化法,脫硫后的H2S含量仍然較高,而且不能脫除有機硫。硫對生產有較大的危害,高含量的硫對甲醇催化劑、合成催化劑是致命的;本文結合生產實際,提出了“精脫硫”的概念,該技術路線是解決化肥脫硫工段清潔生產的有效途徑。

合成氨;氨水液相催化;精脫硫;污染物控制;清潔生產

0 引 言

我公司現有合成氨生產能力6萬t,采用固定床間歇制氣工藝產生半水煤氣,經造氣、脫硫、壓縮、變換、碳化或脫碳、精煉、合成等工藝制得碳銨產品,日產液氨70t,碳銨380t。

我公司位于蘇、魯、豫、皖四省交界處,屬淮河流域,隨著國家對淮河水系環保治理,淮河流域1 500多家排污企業,有毒化學物質廢水排放問題形成企業發展的瓶頸,我公司先后進行了銅洗工段雙甲工藝的技改;變換工段全低變技改等,本文重點介紹了脫硫工段“精脫硫”技術技改思路、方案。

1 技改前氨水液相催化法硫對生產影響

豐源化肥公司煤制氣是以煤為原料,原料氣中有較高含量的H2S、COS及CS2,總硫高達1.2g/m3左右。半水煤氣脫硫采用的是氨水液相催化法,脫硫后的H2S含量仍然較高,而且不能脫除有機硫。硫對生產的危害有重要的危害,它使氨合成催化劑中毒,造成巨大的經濟損失;在脫碳工段硫對脫碳溶劑的危害也很大,引起脫碳各塔填料硫堵,特別是引起脫碳凈化氣中的CO2含量偏高;在碳化工段,硫能引起碳銨發青;高含量的硫對甲醇催化劑是致命的。

去年我公司獲得了國家批準的國債資金項目《豐源化肥公司清潔生產環保綜合治理工程》,要求將銅洗工段改造為雙甲工藝,該工藝對脫硫提出了更嚴的要求,總硫不得高于0.5ppm,所以必須進行精脫硫技改以滿足雙甲工藝的要求。

2 “精脫硫”技改工程實施方案

2.1 技術依托

經過考察論證,我們決定采用湖北化學研究院開發的常溫精脫硫新技術,他們的常溫精脫硫技術處于國內領先地位,占有70%的國內市場。它們可在5～80℃下解決煤制氣中各種工況下的精脫硫問題。脫硫精度高,H2S+COS+CS2<0.1×10-6。他們這種精脫硫技術的開發應用已有二十年的歷史,各種精脫硫劑及配套產品達二十多個,是我國常溫精脫硫劑的最大生產基地,已有600多個廠次應用,常溫氣體精脫硫劑的6個國家命名牌號全部為其所有,在國內影響很大。據我們對有關使用廠家考察結果表明,湖北化學所的精脫硫技術成熟、工藝先進,所有使用廠家都達到了設計要求。

2.2 工藝條件及設計要求

表1 工藝條件表

3 工程內容及投資預算

3.1 主要設備

表2 主要設備一覽表

3.2 投資預算

項目的設備(均可自制)投資約為55萬元,精脫硫劑一次性裝填量80m3,投資約為52萬元,合計107萬元。

4 脫硫原理及工藝流程

4.1 脫硫原理

原料氣中加入少量的O2、NH3,經過汽水分離器首先進入精脫硫塔A(裝填T103型活性炭精脫硫劑)、脫出大部分H2S,然后經過加熱器提溫至60-80℃,進入精脫硫塔B、C(裝填水解型催化劑),將COS、CS2等有機硫轉化成H2S,工藝氣經降溫后進入精脫硫塔D(活性炭催化劑),將轉化后的無機硫脫除。相關反應如下:

有機硫中的COS與O2及NH3反應后生成單質硫。

有機硫中的硫醇同樣能在脫硫劑的表面被催化氧化

與氣體中的CO2、H2S、O2發生副反應

生成的碳酸氫氨和(NH4)2SO4覆蓋在脫硫劑的表面。

4.2 工藝流程

圖1 精脫硫工藝流程圖

5 經濟運行

我公司進行“精脫硫“技改后,保證了國債資金項目《豐源化肥公司清潔生產環保綜合治理工程》的實施,這種成熟的常溫精脫硫技術的運行產生了較大的經濟效益:

1)精脫劑的年操作費用約為39萬元,(包括設備折舊、脫硫劑消耗等費用)。

2)技改后甲醇催化劑每年少更換1～2爐,以每爐裝填催化劑8t計,僅此效益,每年節省約100萬元(包括節約的開車、還原費用)。

3)技改后甲烷與合成氨催化劑壽命可延長,每年節省約30萬元。

4)項目投資回收期:55萬元(設備投資)/91萬元(年收益)=0.61a。

綜上所述,上精脫硫后,年經濟效益達91萬元(130萬元-39萬元=91萬元),效益十分顯著。

6 結 論

精脫硫技術經過近階段的運行達到了預期的經濟指標和環保節能指標。

脫硫精度高,精度可以達到0.1×10-6。不但可以脫除無機硫H2S,也可脫除有機硫COS、CS2等,保護了甲醇催化劑、甲烷催化劑、氨合成催化劑,催化劑的壽命有了較大的延長。解決了以煤為原料的微量硫對合成催化劑、雙甲工藝催化劑的中毒以及對脫碳溶劑的影響和設備腐蝕的問題。此項目的實施保證了《清潔生產項目》的良好落實。

TQ113.26+4.1

A

1003-6490(2010)02-0015-02

2010-04-07

張子君(1974-),男,本科,工程師,主要從事煤化工、造氣技術及麥草制漿方面技術性研究。E-mail:zhangzijun688@126.com,聯系電話:13603702073。