年產13.5萬噸合成氨裝置變換氣脫硫再生系統的改造

張思廣 張守美(陜西未來能源化工有限公司 陜西榆林 719099)

一、簡述

兗礦魯南化肥廠年產13.5萬噸合成氨裝置始建于1967年，該系統以無煙煤為原料，采用固定層間歇式造氣制取半水煤氣，經常壓脫硫控制至變換系統硫化氫含量在150mg/m3左右，經電除塵至壓縮機壓縮到2.2Mpa送至氣體凈化工序，經過氣體耐硫變換、栲膠脫硫、熱鉀堿一次脫碳、銅鋅系低變、熱鉀堿二次脫碳、甲烷化后，制得合格的精制氣提壓至30M pa后制得液氨。

二、改造前變換氣脫硫工藝流程及存在的問題

1.改造前工藝流程

由于變換氣中有一部分有機硫轉化為無機硫，入變脫塔中H 2S含量達到250-300mg/m3，吸收后的溶液壓入再生塔，在再生塔中溶液與空壓機來的空氣進行接觸氧化，形成單質硫溢出，貧液壓入溶液循環槽，系統循環使用。再生塔頂硫泡沫溢流至泡沫槽經加壓，打到熔硫釜回收硫磺。進入熔硫釜的硫泡沫在釜上部被加熱，粘在泡膜上的單質硫集聚成較大的顆粒下沉至釜的下部，在釜下部繼續加熱成熔融狀液體，由放硫閥放出成品硫磺。

2.存在的問題

變換氣脫硫系統原采用ADA法，但變脫塔內易出現硫堵現象，系統長周期運行困難，后將ADA法改為栲膠法，在入口H 2S達到300mg/m3、壓力在2.0M pa下出口H 2S控制在5～6 mg/m3。在國內成功地在2.0MPA下采用栲膠脫硫。但是，再生系統仍采用高塔再生，與栲膠脫硫有些不適應，溶液再生不徹底。變脫高塔再生存在以下問題：

(1)空氣明顯分布不均勻，利用率偏低，造成溶液再生效果差；

(2)溶液中懸浮硫偏高，易造成溶液副產物的增加；

(3)高塔再生能耗較高；

(4)硫泡沫在浮選時易帶出大量溶液，造成熔硫負荷加大，熔硫效果差。

(5)脫硫效率低，操作彈性小。由于溶液再生不好，造成溶液脫硫效率降低。當變脫入口H2S達到300mg/M3時，出口H2S偶超8～9mg/M3，常出現超標現象。

針對這種情況，為保證變脫溶液的再生，將高塔再生改為噴射再生。

三、再生槽簡單計算

1.槽體計算

再生槽直徑：D12=GA/0.785AiAi取70m3/(h.m2)GA=Lr.CiCi取2.4m3/m3

循環溶液總量 Lr取600m3/h，所以:D1=6.0m擴大部分直徑:6+0.4*2=6.8m，

2.噴嘴 (每臺噴射器過液量40m3/h)

600/40=15臺

噴嘴孔徑：d12=L1/(0.785*3600*w)w噴嘴處溶液流速,通常取18-25m/s w取20 m/s

計算得d1=0.027m，入口管直徑d2=3 d1=0.08m

噴嘴入口收縮長度 L2=0.22m，噴嘴喉管長度 L3=3mm，噴嘴總長度L=0.223mm

四、改造的內容

1.利用原有舊貧液槽改造為一臺噴射再生槽.

(1)槽子直徑、高度 D=Ф6000mm，擴大部分Ф6800mm，溢流堰高度500mm，擴大部分高度2500mm，下部槽子高度4000mm槽子總高度7000mm

(2)增加噴射器噴射器18臺

(3)入再生槽管，總管仍以DN 250mm管為主,另外在槽頂加一周DN400mm的管作為緩沖管.

噴射器：在緩沖罐頂部對角的四個,從頂部開孔,安裝在靠槽子的中心處,其它噴射器從緩沖管底部開孔.

2.熔硫系統

(1)熔硫釜安裝在原脫硫溶堿池上部的框架下部;

(2)加壓泵用地面上新的一套熔硫裝置進行改造;

(3)水冷器用新水冷器改造.

(4)增加一臺泡沫罐

3.改造后的工藝流程：

吸收H2S之后的脫硫液進入緩沖罐減壓至0.8Mpa，然后經噴射器與自吸來的空氣在再生槽內完成再生，清液經液位調節器流入脫硫循環槽供系統循環使用，再生槽生成的硫泡沫經溢流堰進入泡沫槽，經加壓泵打入熔硫釜付產硫磺，出釜清液回收到循環槽。

五、改造后的運行總結

自投用以來，改造后的各項工藝指標都較改造前得到了優化，取得了較大的經濟效益。

1.反應原理相同，再生劑都是空氣，脫硫效果區別明顯。

改造前，我們對再生塔塔釜液位安排專人監控，仍然不能避免事故的發生。改用噴射再生后，解決了過去硫磺沉積在塔釜，易發生堵塔的弊端。另外，噴射器吸入的空氣氣量大,約是原來的4倍，而且氣體均勻分布，氣液兩相接觸充分，氧氣和還原態栲膠反應徹底，栲膠富液再生度高，脫硫劑能長時間循環使用，脫硫效果很好。

2.從改造前后工藝數據來看，后者明顯優于前者。

改造前改造后氣量變出H2S 氣量入工段變換后再生氣變出H 2 H 2S 17.84 18.82入工段H 2S 150.61 178.26 5.3萬5.3萬變換后H 2S 198.2 1 233.6 2 8.12 10.0 8再生氣H 2S 36.3 2 42.1 6 5.3萬5.3萬H 2S 160.11 200.82 H 2S 202.63 258.22 S 4.6 2 5.1 6

由上表得知，在相同氣量下，采用噴射再生，脫硫溶液再生度高，整個脫硫塔的壓差減小，脫硫效果明顯提高，生產操作彈性增大。

五、產生的經濟效益

與原來的再生塔再生相比：

1.噴射再生不需空氣機，整個脫硫—再生系統的動力消耗有所下降，噸氨電耗降低8KW.h，每年可節約電費30多萬元。

2.脫硫效果提高，再生氣中H 2S含量大幅度降低，延長了尿素壓縮機脫硫劑的使用壽命，同時杜絕了因脫硫效果差而減量的現象發生。

3.為摻燒高硫煤，降低入爐煤成本打下了堅實的基礎，同時實現了穩定、長周期運行。