沼氣脫硫系統存在的問題及解決措施

路敦濤,楊艷紅,張振忠

(1.濟南石油化工設計院,山東濟南 250100;2.濟南盛源化肥有限責任公司,山東濟南 250101)

某公司新上一套日處理10 km3沼氣凈化裝置,該裝置共分脫硫、脫碳兩部分。其中,脫硫裝置又分濕法脫硫和干法脫硫兩部分,濕法脫硫裝置參照了國內化肥行業半水煤氣脫硫裝置的操作方式和工藝指標,兩個干法脫硫罐串聯于脫硫塔后。但是,在接下來的生產過程中,脫硫系統多次出現了脫硫塔脫硫效果差、脫硫罐阻力大等問題,以至于兩周之內兩次扒脫硫罐并重新裝填脫硫劑,在很大程度上增加了工人的勞動強度,并影響了生產的正常進行。公司技術人員從問題出現的源頭入手,經多方面分析原因并反復試驗,終于確定了新的工藝指標和操作方法,現簡介如下。

1 脫硫系統工藝簡介

1.1 生產原理

沼氣在脫硫塔內與脫硫液逆向接觸,脫除硫化氫;經氣液分離器去干法脫硫罐進行二次脫硫,再進入壓縮機,送往脫碳工序。

濕法脫硫主反應:

干法脫硫:

再生:

1.2 主要工藝指標

2 問題分析及解決辦法

2.1 存在的問題

在脫硫液溫度、流量正常的情況下,脫硫塔后、脫硫罐后硫化氫嚴重超標,脫硫液脫硫效率低,造成大量硫化氫被吸附于脫硫罐中,導致脫硫罐堵塞嚴重,不得不進行扒罐重裝處理。具體超標情況見表1。

2.2 問題分析

由表1結果可以看出,當白班(9:00)往脫硫液中加入純堿后,脫硫液的脫硫效果有所好轉,脫硫罐后硫化氫含量亦有所降低,這說明脫硫塔的脫硫效果在脫硫系統中起主要作用。但是由于脫硫塔后硫化氫含量太高,造成脫硫罐負荷高,以致于脫硫罐堵塞嚴重,不得不通過停車的方式對脫硫罐(兩個;串聯)進行了扒罐重裝,但重裝后僅兩周由于脫硫塔的脫硫效果沒有好轉,造成了脫硫罐的第二次扒罐重裝,極大地增加了工人的勞動強度,影響了生產。

表1 工藝指標超標情況

從脫硫液方面看,在本套裝置原始開車時,用軟水配了共25 m3脫硫液,加入了1.2 t純堿,碳酸鈉初始濃度高達48.0g/L,但是僅僅運行了5 d,脫硫液中的碳酸鈉含量急劇下降,雖然每天往脫硫液中加入的純堿仍相當于5.0 g/L,但這并沒有阻止碳酸鈉含量的下降,而且很快降至指標下限(4.0 g/L)以下,具體數據見表2。

從表2分析數據看,盡管每天加入的純堿相當于5.0 g/L,但碳酸鈉含量并沒有控制住,而碳酸氫鈉含量卻一直上升:開車第4 d(9月19日)已達到了指標上限的兩倍左右,雖然總堿度也一直上升,但總堿度的升高并沒有提高脫硫效率。

表2 系統總堿度及脫硫情況

公司技術人員反復分析問題產生的原因,最終認為:試生產開始前,已對所有設備進行了全面檢查,設備運行方面沒有問題,而沼氣成分與半水煤氣成分有較大差異,尤其是二氧化碳含量的差距更為突出:沼氣中二氧化碳在30.0%～40.0%左右,而半水煤氣二氧化碳僅在8.0%～10.0%之間,可能是副反應(4)的存在,消耗了大量的純堿,從而造成了碳酸氫鈉含量的居高不下,因為從脫硫反應(2)、(3)來看,脫除沼氣中硫化氫并不消耗純堿。為驗證這一想法,每天對脫硫塔后二氧化碳含量進行了分析,結果如表3。

表3 二氧化碳含量分析表 %

而從沒有進行開車之前的歷史數據來看,原料氣二氧化碳最高42.6%,最低34.7%,脫硫塔后二氧化碳含量沒有數據。僅從表3結果來看,原料氣二氧化碳經過脫硫塔后被脫硫液吸收了氣體總體積的15%左右,即造成了脫硫液中碳酸鈉含量的急劇下降和碳酸氫鈉含量的迅速升高,使得脫硫效率大為降低。

2.3 問題的解決

因此,公司技術人員認為,要想解決脫硫塔脫硫效率低、脫硫罐扒罐頻繁的問題,可以從控制住脫硫液中碳酸鈉和碳酸氫鈉含量入手。

在脫硫液中,碳酸鈉作為有效成分、碳酸氫鈉作為無效成分(相對于脫硫液來講),只是一味加入純堿不一定能夠控制住碳酸鈉含量,而且還肯定會進一步造成碳酸氫鈉含量繼續增高(系統脫硫液中存在的碳酸氫鈉含量已經超出指標上限一倍),而生產成本也會增加。這樣,能不能找到一種方法,既能保持碳酸鈉含量,還能提高脫硫效率,最好還能降低碳酸氫鈉的含量呢?從反應(3)來看,只能從加入燒堿入手。但是,加入燒堿會不會影響脫硫劑的脫硫效率呢,畢竟各化工企業在生產中沒有往脫硫液中加燒堿的先例,而且其堿性太強,操作起來困難很大。

公司技術人員認為,要想使燒堿不影響脫劑的脫硫效率,就不能讓燒堿進入生產系統的脫硫液中:往配堿槽中引入脫硫液2～3m3(含碳酸氫鈉100～150 kg),加入燒堿50 kg,待燒堿全部參與反應后,加入脫硫劑,將該脫硫液打入系統脫硫液中,這樣,系統脫硫液中就沒有燒堿存在,也不存在影響脫硫效果的問題。下一步只需看脫硫效果了。

為避免只加燒堿會對生產造成大的影響,操作人員采取了燒堿、純堿一起加的方式:往配堿槽中引入脫硫液2～3 m3(含碳酸氫鈉100～150 kg上下),加入燒堿50 kg,待燒堿全部參與反應后,加入40 kg純堿、適量脫硫劑,再將該脫硫液打入系統脫硫液中。連續運行6 d,其分析數據見表4。

表4 加燒堿后脫硫系統運行狀況

由表4可以看出,在脫硫液中加入一定量燒堿后,碳酸鈉含量能夠控制住,碳酸氫鈉含量也有了大幅下降,脫硫效率很高,當初的擔心并沒有出現。因碳酸氫鈉的含量較高,總堿度不能控制在0.4～0.6 mol/L,從分析數據來看,應控制在0.7 mol/L以上。

3 結 論

(1)沼氣脫硫不同于半水煤氣脫硫,二氧化碳含量高的性質決定了其脫硫液指標不能只借用半水煤氣脫硫液的指標,要不斷加以改進。

(2)因沼氣二氧化碳含量較高,造成脫硫液碳酸氫鈉含量高,因此總堿度指標應控制得高一些,可在0.7 mol/L以上。

(3)在沼氣二氧化碳含量高的情況下,可以往其脫硫液中加入一定量的燒堿,但要注意加入量的多少必須參照系統脫硫液中碳酸氫鈉含量的高低(必須在配堿槽里操作,不能使燒堿直接進入脫硫液中);特別是在脫硫效率低、碳酸氫鈉含量高的情況下。

(4)該公司在實際操作中,每天加入了燒堿50 kg、純堿40 kg,相當于約140 kg純堿的價格(純堿1450～1 600元/t,燒堿2 800～3 000元/t),由反應式(3)知,相當于加入了172.5 kg純堿,比起原來每天加入120 kg來看,成本沒有增加多少,但脫硫效率卻大大提高了,而且還避免了碳酸氫鈉含量的繼續升高。

(5)如果生產氣量有所變化,脫硫液中碳酸氫鈉含量會隨生產情況變化,每天加入的燒堿也要隨之調整;若碳酸氫鈉含量在50～60 g/L或更高,可參照上述方法只加燒堿。

此外,燒堿溶于脫硫液時,放出大量熱且具有強腐蝕性,實際操作務必注意安全!