半脫系統技改總結

梁明超

（山西蘭花科創田悅化肥有限責任公司，山西陽城 048102）

山西蘭花科創田悅化肥有限責任公司年生產合成氨180kt、尿素300kt，副產甲醇10kt。半水煤氣脫硫系統2007年10月原始開車時采用栲膠法脫除H2S，工藝運行穩定，脫硫效率≥96%，硫磺回收率≥95%。自2009年3月起，隨著生產負荷的增大及煤質的變化，塔內阻力逐漸上升，脫硫效率下降。運行至6月份，塔內壓差已升高到11kPa，使得生產無法正常進行，曾一度成為制約全廠生產的瓶頸，嚴重影響公司的經濟效益和安全生產。為了保證半脫系統的長周期安全穩定運行，公司針對半脫的狀況，經過對脫硫塔填料種類及高度、噴淋密度、液氣比、再生的空氣量及吹風強度、富液停留時間等的計算，結合現場設備的具體情況，決定利用7月份停車檢修機會，對半脫系統進行技術改造，以適應生產需求。

1 技改前脫硫系統的工藝流程及主要設備狀況

1.1 技改前的工藝流程

造氣來的半水煤氣首先進入清洗冷卻塔（分為上、下兩段，上、下段之間用隔板斷開）的下段，經降溫除塵后進入脫硫塔下部，與塔頂噴淋而下的脫硫液在填料層逆流接觸，脫除硫化氫后從頂部出氣管進入清洗冷卻塔的上段，再經進一步降溫除塵后由清洗冷卻塔頂部出來至氣柜。

脫硫塔下部液封管出來的脫硫液由富液泵打入再生槽頂部的噴射器，與自吸空氣在喉管中混合后進入再生槽，再生后的貧液由液位調節器調節后進入貧液槽（再生槽在貧液槽的上邊，合稱為再生貧液槽），貧液槽出來的溶液由貧液泵打入脫硫塔繼續循環。

再生槽浮選出來的硫泡沫溢流至硫泡沫槽，經硫泡沫泵打入熔硫釜進行熔硫，出口清液流至地下溶液池，再由地下溶液泵打入貧液槽。溶液制備槽所制液體也由地下溶液泵打入貧液槽。

脫硫循環水由冷水泵打入清洗冷卻塔的上段頂部，后由上段下部的排水管流入下段頂部，最后經下段下部的水封管流入熱水池，再由熱水泵打入涼水塔上部，經降溫后匯集于冷水池，循環使用。

1.2 主要設備狀況及參數（表1）

2 改造措施及運行效果

2.1 掏塔清洗填料，更換部分填料，并改造內件

脫硫塔內的填料原設計為三段，其中，上段的除沫段為0.8m高的鮑爾環填料，中段及下段各裝7m六邊形規整瓷環填料。從掏塔情況看，上段的鮑爾環填料表面積硫較少，而中段及下段的部分規整瓷環填料已經傾斜、倒塌，且表面積存的硫膏較厚。出現上述問題的原因，主要是由于規整瓷環填料的間隙大，當氣體流速過快時極易倒伏，從而導致截面阻力增大，致使在塔內形成偏流狀況。因為脫硫塔在進行脫硫時也同時發生氧化析硫反應，如果析出的硫不能及時隨脫硫液帶出塔外，就很容易粘結在規整瓷環填料的表面，出現局部堵塞現象，造成脫硫效率下降，塔阻增大。針對這種情況，我們果斷地將中段的填料由7m減至6m（其中，中段上部改為2.5m高的鮑爾環填料，中段下部仍為3.5m高的規整瓷環填料），將下段的填料由7m減至6m，并把原瓷環填料改為鮑爾環填料。同時，為了提高脫硫液的分布質量及氣液比，增加噴淋密度，我們又將槽盤式分布器的孔徑由8mm擴大至15mm。運行表明，改造內件和更換填料后，不但塔內氣液分布均勻、接觸充分，而且塔內阻力也大幅度下降（壓差由11kPa降至2kPa），還防止了脫硫塔內形成干區，從而避免了塔阻的增大，同時脫硫效率也由75%提高到95%。

表1 主要設備規格及參數

2.2 在清洗冷卻塔上段內部的出氣管處安裝圓形擋板

由于生產負荷的增大，致使煤氣流速加快，造成清洗冷卻塔出口的半水煤氣出現帶液現象。為降低煤氣流速、減少帶液現象，我們在兩臺清洗冷卻塔上段內部的出氣管處分別安裝了一個直徑為1.7m的圓形擋板。開車后半水煤氣帶液現象明顯減少。

2.3 改造清洗冷卻塔前的煤氣總管彎頭

進清洗冷卻塔前的煤氣總管原設計為90°的彎頭。在運行過程中煤氣阻力大（最高達15kPa），直接影響了造氣爐的生產能力。為此，我們在原煤氣總管上增加了兩個DN2000的旁路管道，分別接到兩個清洗冷卻塔的進口管上。改造后，煤氣總管的壓力由原來的12kPa降至現在的5kPa。一方面消除了彎頭阻力，另一方面提高了造氣爐的發氣量，客觀上降低了原料煤消耗。

2.4 將原來用于停車存放溶液的開工槽改為富液槽

半脫系統原沒有設計富液槽，從脫硫塔出來的富液直接由富液泵打入再生槽，導致溶液停留時間短，造成再生浮選效果差，副鹽的含量增大，最終出現了堵塔現象。因為目前任何一種脫硫催化劑或者幾種脫硫催化劑混用，都不可能使出脫硫塔脫硫液中的HS－完全被氧化成單質硫，如果脫硫液在進再生槽之前不采取措施進一步氧化HS－，那么這些HS－只能在再生槽內被空氣氧化生成副鹽，時間越長，積累越多，從而造成脫硫塔內堵塞現象。為了解決這一問題，我們將原開工槽改為富液槽，讓從脫硫塔出來的脫硫液首先進入富液槽，增加溶液的停留時間，使溶液中沒有被氧化成單質硫的HS－進一步氧化，一方面避免了塔堵現象，另一方面提高了脫硫效率。同時，針對冬季氣溫低的特點，還在富液槽內設置了蒸汽加熱盤管來提高溶液溫度。因為當溶液溫度低于30℃時，就會造成吸收和析硫的反應速度都降低，直接影響脫硫效率，不利于水的平衡，可能出現堿結晶析出的問題，嚴重威脅著脫硫塔的阻力控制。采用蒸汽加熱溶液的方法能使這一問題得到根本解決。

2.5 清洗冷卻塔增加槽盤式分布器

由于造氣來的半水煤氣中攜帶的煤灰及焦油較多，而清洗冷卻塔的液體分布器又設計不合理，導致降溫、降塵效果較差，一方面對脫硫液的質量影響較大，另一方面導致半水煤氣帶灰現象嚴重，甚至經氣柜被帶至壓縮機一段，給生產造成了一定的影響。為此，我們在兩臺清洗冷卻塔內上段各增加了一個槽盤式分布器，一方面增大噴淋密度，使水分布更加均勻，并適當加大冷卻水量，從而大大提高了降溫、除塵效果，同時后工段的帶灰現象也明顯減少。

2.6 將提硫副線管道改在脫硫塔的進、出口煤氣管道之間

提硫副線管道原設計在清洗冷卻塔的進、出口煤氣管道之間，致使一部分半水煤氣沒有經清洗冷卻塔降溫、除塵后就直接進入氣柜，導致從氣柜出來的半水煤氣將灰塵和煤集油帶至后工段，給生產造成了一定的危害。我們將提硫副線改在脫硫塔的進、出口煤氣管道之間。改造完成后，進入后工段半水煤氣中的灰塵及煤焦油含量明顯減少，減輕了后工段的工作強度。

2.7 更換再生槽頂部的空氣吸入閥

再生槽頂部的空氣吸入閥原設計為DN100的蝶閥。運行一段時間后出現了內漏及開關不動的現象，嚴重影響空氣量的調節。長此下去，將會降低脫硫效率，導致脫硫塔阻力上升。因為氧化再生是脫硫操作中的重要組成部分，只有把再生槽的液面控制平穩、液面不出現大幅度的波動及翻浪現象，才能保證浮選的硫泡沫均勻地溢流。這就要求噴射器要運行良好，經常根據自吸空氣量大小或反噴情況檢查噴嘴、喉管是否有堵塞或結垢現象，有問題應及時處理或更換。自吸空氣量的多少應根據硫化氫高低及生產負荷大小來確定，它是由再生壓力的高低和空氣吸入閥的開度大小來調節的。如果空氣吸入閥的開度大，再生空氣量就大，則溶液的氧化再生效果就好，但空氣量過大，會使硫泡沫層不穩定，導致硫泡沫浮選分離效果差，且會造成懸浮硫增高。如果空氣量長期過大，則溶液的電位將偏高，會使副反應加快。如果空氣吸入閥的開度小，則再生空氣量就小［一般要求在50～80m3／（m2·h）］，就會造成再生槽內硫泡沫浮選困難，同樣導致貧液中的懸浮硫含量高，若長時間運行很容易形成堵塔。再生空氣量的大小應隨著生產負荷的大小相應增減，在調節時只能調節空氣吸入閥，而不應調節溶液閥。

鑒于空氣吸入閥在溶液再生中的重要地位，我們把空氣吸入閥由DN100的蝶閥更換為DN100的球閥。改造后，沒有出現過開關不靈敏及內漏現象，調節起來也十分方便，從而保證了溶液的氧化再生效果。

2.8 新增一個地下溶液池，并將地下溶液泵出口管線改接至富液槽

半脫系統原有4 500×3 000×3 500mm的地下溶液池一個，從熔硫釜出來的清液流入地下溶液池后，再用地下溶液泵打入貧液槽內。由于清液的溫度及副鹽含量較高，直接補入系統后產生了飛泡現象，從而造成再生效果差。為此，我們在原地下溶液池旁邊增加了一個相同規格的地下溶液池，和原來的那個地下溶液池輪流使用，降低清液的溫度，并將地下溶液泵的出口管線由貧液槽改至富液槽，使這一問題基本上得到了解決。

2.9 使用888脫硫催化劑

原始開車后，采用栲膠和五氧化二釩制液，脫硫塔壓差上漲后改用NDC201和NDC202作催化劑，降低壓差的效果不夠明顯。7月份檢修開車后，改用888脫硫催化劑，壓差能夠穩定在2kPa左右，說明888脫硫催化劑能夠控制塔阻的上升。

3 技改后的工藝流程

造氣來的半水煤氣首先進入清洗冷卻塔的下段，經降溫除塵后進入脫硫塔下部，與塔頂噴淋而下的脫硫液在填料層逆流接觸，脫除硫化氫后從頂部出氣管進入清洗冷卻塔的上段，再進一步降溫除塵后由頂部出來至氣柜。脫硫塔下部出來的脫硫液首先進入富液槽，再由富液泵打入再生槽頂部的噴射器，與自吸空氣在喉管中混合后進入再生槽，再生后的貧液由液位調節器調節后進入貧液槽，貧液槽出來的溶液由貧液泵再打入脫硫塔繼續循環使用。再生槽浮選出來的硫泡沫溢流至硫泡沫槽，由硫泡沫泵打入熔硫釜進行熔硫，清液流至地下溶液池，再由地下溶液泵打入富液槽，溶液制備槽所制液體仍由地下溶液泵打入貧液槽。

4 結 語

我公司自2009年7月對半脫系統進行技改后，工藝運行穩定，設備運轉正常，脫硫效率≥96%，硫磺回收率≥95%，凈化原料消耗也比較理想，脫硫液采用純堿作脫硫劑、888作催化劑，溶液成分穩定，色澤清亮，塔阻沒有上升跡象。運行一年多來，未出現因脫硫塔堵而停車檢修現象，取得了顯著的經濟效益。