脫硫相關技術分析及探討

2012-04-10 22:59:07李曉斌

化工設計通訊 2012年1期

李曉斌

（宜化集團股份公司，湖北宜昌 443007）

脫硫是合成氨生產的一個重要環節，我公司的脫硫裝置一套為直徑4m脫硫塔，一套為直徑5m脫硫塔，產能都在130kt／a左右，設計之初為低硫煤工藝，在2009年8月之前，脫硫前原料氣硫含量一般在1.2mg／m3，脫硫后基本控制在0.05mg／m3。2009年8月之后，由于部分低硫煤系統改燒高硫煤，脫硫前原料氣硫含量上漲到1.6～1.7mg／m3，脫硫后不能達標。于是，將脫硫塔由原來的兩段填料（每段6m），增加為三段填料，脫硫后原料氣硫含量基本控制合格。但是，近幾個月來寺河礦的高硫煤大量摻燒后，脫硫系統長期處于高硫前狀態下運行，問題不斷地暴露出來，現歸納總結有以下幾點。

（1）脫硫后H2S跑高，雖然在變脫之后合格，但對變換蒸汽消耗危害極大。

（2）循環量增加，系統溶液帶出量增大，脫硫劑消耗增加。脫硫費用從3.9元／t逐步上漲到9.9元／t。

（3）脫硫系統長周期高負荷運行，系統副鹽逐步累積，硫酸鈉和硫代硫酸鈉之和最高達到220mg／m3，系統到了崩潰的邊沿。

以上問題出現后，一方面從合成氨系統穩定方面出發要求必須降低脫硫后原料氣硫含量，一方面由于煤供應較緊張，脫硫前硫含量高的狀況不能得到緩解，必須尋求解決的新辦法。

1 工藝調整

脫硫工藝調整兼顧的面很廣，關鍵是要找準其折中點。例如，有時發現溶液組分下降后，會大量補加化工原料，這時千萬要注意三點：一是查找原因；二是補加方法；三是配新鮮液的質量把關，尤其是在工藝不穩定時更應該小心謹慎。如同人吃飯一樣，一頓多一頓少，時間長了肯定會對身體健康產生壞的影響，調整工藝指標也是如此，一定要慢慢調節，采取循序漸進的辦法，做到少加勤加。特別是載氧體或催化劑的補加，必須考慮到它在系統的有效存活時間，由于監測其含量的手段是比色法，氧化態和還原態分析結果有一定的誤差，可以說是一個隱形的指標，看分析結果很容易造成判斷失誤，這時工藝調節必須做到心中有數，若是盲目補加，不但浪費了化工原料，而且給脫硫液的及時恢復帶來一定的難度。應確保溶液成分的穩定，逐步降低副鹽。我們在低硫前時，溶液成分一般控制較低，總堿在30mg／m3，催化劑為90－2鈦菁鈷系列，加入少量栲膠，脫硫費用較低，僅3.9元／t。硫前上漲后，我們不僅加鈦菁鈷系列，還加入栲膠和釩，總堿一般控制在45mg／m3。隨著時間的推移，特別是在經過春節期間全寺河礦煤的沖擊以后，硫前上漲到3.0mg／m3以上，系統副鹽逐步累積，硫酸鈉和硫代硫酸鈉之和最高達到220mg／m3。針對此情況我們認為，要維持系統穩定，首先必須降低溶液組分，以此來降低副鹽含量，否則脫硫系統可能崩潰，將對整個公司的經營帶來不可估量的影響。溶液組分降低后，要保證脫硫效率，必須有經濟適宜的液氣比保證H2S含量的合格，保證脫硫塔的長周期運行，則應控制較大的液氣比，因析硫反應的70%在塔內進行，傳統的理念認為液氣比大于12L／m3即可，但是根據硫前的變化，要使H2S含量得以保證、塔阻比較穩定、運行周期較長，我們將液氣比調整為15～18L／m3。原塔d＝4.0m，Q＝600m3／h，氣量為50 000m3／h，液氣比12L／m3，硫容為20mg／L；更新為Q＝900m3／h，液氣比18L／m3，硫容為25mg／L，脫硫效率大大提高。

1.1 再生槽溢流操作的管理

再生槽溢流也是脫硫工藝的關鍵環節，它能直接影響到貧液質量、吸收、塔阻、硫回收等，乃至整個系統的生產。專設一操作工負責溢流，也是非常有必要的，這是穩定懸浮硫指標的關鍵措施。再則，再生槽硫泡沫的變化是非常復雜多變的，例如，煤氣質量、硫化氫含量的高低、再生吸氣量、催化劑的指標控制等，都會使泡沫受到影響。所以，我們要嚴格控制好硫泡沫的厚度，以及硫泡沫少的問題，一旦硫泡沫反應層增厚或沒有硫泡沫，懸浮硫就會增長；必須做到根據硫泡沫情況，及時調節空氣吸入量，或調節催化劑加入量。現在好多兄弟企業使用的是連續熔硫，對再生有一定的影響，但我們采用板框壓濾，確保了清液質量，而且對再生沒有影響。

1.2 副鹽的生成及控制

脫硫工藝副鹽生成是不可避免的，若控制不好，副反應增加，會導致堿耗大幅度升高，設備腐蝕加快。根據我們所掌握的經驗，副鹽的生成途徑很多，最基本的方式是，要控制好溶液溫度和溶液的濃度，此兩個指標的升高，都可導致副鹽明顯增高。對此，我們應加強管理和嚴格控制，堅決把溫度和溶液組分控制在最佳狀態。其次，健全分析項目是本工藝十分重要的工作，我們尤其對Na2S2O3、Na2SO4、NaCNS三個分析數據十分關注，幾乎是每周都要進行分析；我們發現，副反應生成物的總和超過100mg／L時，堿耗會大幅度升高，這也是一個深刻的教訓。副鹽Na2S2O3的控制（反應式2NaHS＋2O2Na2S2O3＋H2O）方法是，加強再生，穩定最佳的溶液溫度，調整溶液循環量時兼顧到在富液槽和再生槽的停留時間——提高NaVO3濃度是完全可以控制住的。筆者的經驗是，要降低該化合物，最好的辦法是將其氧化成Na2SO4，然后再降Na2SO4，效果較明顯。另，根據我們的實際經驗，催化劑控制過高，也是導致副鹽升高的主要原因。

2 設備方面的影響

脫硫后煤氣帶硫沫是影響脫硫費用的主要因素。

脫硫系統在運行過程中，脫硫塔作為氣液接觸裝置，普遍存在霧沫夾帶現象，只是程度不同而已。霧沫夾帶輕的系統，對后工序基本沒有影響。霧沫夾帶嚴重的話，硫沫會帶到后系統，出現壓縮機一段氣閥硫堵現象。一段時間，我們在壓縮機檢修時，在一段發現了大量的硫磺堵活門的現象。

脫硫塔的霧沫夾帶不同于其他的氣液接觸裝置，霧沫中攜帶的硫沫粘著性強而流動性差。在霧沫分離的過程中，硫沫容易粘附在分離裝置等的表面上造成脫硫塔阻力上漲。

脫硫塔塔頂不安裝除沫器，如果發生霧沫夾帶的話，對后工序影響比較大。如果采用旋流板、絲網類除沫器的話，粘附硫沫后阻力會增大。在塔頂液體分布器上面加裝一段填料的話，有一定的效果。需要注意的是，如果填料表面得不到液體的沖刷也存在硫堵的問題。如果使用折流板除沫器情況會相對好一些，但要根據脫硫塔的空塔氣速對折流板的間距和角度認真核算。間距大而角度小了分離效果不好，間距小而角度大了阻力大且有吹翻的可能。4月份我們在河南大江看到，在脫硫塔后加分離器，脫硫液得到了回收，是一個很好的方法，我們計劃在大修中進行整改。

由此看來，被動地應付霧沫夾帶問題，采用折流板除沫器還是最佳選擇。而要徹底解決帶硫沫問題，還得從源頭上想辦法。氣體中帶硫沫的原因有如下幾個：一是脫硫塔空塔氣速高，否則夾帶量就小（一般認為半脫空塔氣速要低于1.0m／s）；二是脫硫液副鹽含量高，造成脫硫液易起泡；三是脫硫貧液的懸浮硫高，造成泡沫中含大量的硫沫。這三種情況在大多數時候是同時存在的。而這一系列問題的發生是由于整個系統的設備存在的不足造成的。

硫容與富液槽／再生槽容積的關系如下。

硫容的高低能夠反映出脫硫液狀況的好壞，但目前認識上可能存在一個誤區，即片面地追求高硫容。脫硫的目的是把煤氣中的硫化氫降到設定的指標，達到指標是主要的。不能僅僅為了提高硫容而提高堿度、提高催化劑濃度，因為這樣做必須保證有相應的富液槽停留時間與之匹配。高硫容意味著富液中的高NaHS含量，如果沒有相應的富液槽停留時間與之匹配，富液中的NaHS不能在富液槽中充分氧化，在經過噴射再生時接觸大量的空氣，就會發生生成Na2S2O3的副反應。現在回想我們半脫系統的大量副鹽的產生，就是在春節期間為提高硫容降低硫后，而盲目地提高溶液組分，但富液槽停留時間沒有相應提高所致。富液槽停留時間重視程度不夠，富液槽容積太小，導致副反應大量發生，造成脫硫效率下降，為了保證脫硫指標，只能被迫增加循環量，這樣一來，富液槽停留時間更短，形成惡性循環。富液槽的改造目前由于受場地限制暫時不能實施，主要通過規范管理，提高液位來延長再生時間。

再生槽是脫硫劑恢復攜氧量和HS－氧化成S的設備，同時實現硫泡沫的浮選。如果再生槽偏小的話，不僅脫硫液再生不好，而且會造成貧液懸浮硫高。根據行業一般要求，富液槽、再生槽停留時間參考值為15±5min。我們彌補的辦法是，將備用的1＃再生槽投入系統，有效容積增加了50m3，總體再生時間從原來的6min延長到了8min。

3 結論

基于以上認識并進行改造和規范管理以后，目前我公司的硫化氫即使在脫硫前較高（3.0mg／m3以上）時，脫硫后一般在可控的范圍之內。總結有如下措施。

（1）控制較大的液氣比，采用大循環量操作是脫硫提高硫容的優先手段。

（2）低溶液組分運行是確保副鹽降低的關鍵方法，不能為提高硫容而提高溶液組分含量，否則不僅脫硫費用上漲，而且會使系統進一步惡化。