連續熔硫在濕法脫硫中的研究及應用改造

龔 俊念紅芬（.四川省冶金設計研究院，四川 成都 60000；.攀枝花學院土木工程學院，四川 攀枝花 67000）

連續熔硫在濕法脫硫中的研究及應用改造

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（1.四川省冶金設計研究院，四川 成都 610000；2.攀枝花學院土木工程學院，四川 攀枝花 617000）

本文通過傳統脫硫工序工藝生產現狀，并總結出生產過程中存在的問題，建議采取連續熔硫工藝進行改造，詳細分析了連續熔硫改造的創新點和工藝特點，最后對改造后的連續熔硫工藝取得的效果進行總結。

連續熔硫；濕法脫硫；研究應用

1 脫硫工序工藝生產現狀及問題

1.1 脫硫工序工藝現狀

攀煤聯合焦化公司脫硫工序是與焦爐配套化產系統設計的一道煤氣凈化工藝，設計處理能力為53000Nm3/h煤氣，設置在煤氣鼓風機后硫銨工段前，來自鼓風機35℃～45℃的煤氣進入預冷塔，冷卻煤氣至30℃～35℃，然后煤氣進入2臺并串聯的脫硫塔底部，與塔頂噴淋的脫硫液逆向接觸，脫除煤氣中的大部分H2S。

在二套脫硫裝置并串聯運行情況下使用以氨為堿源PDS-600脫硫催化劑（即為濕法PDS脫硫工藝），從2臺脫硫塔底排出的脫硫液經液封槽進入溶液循環槽，用循環泵將脫硫液分別送入2臺再生塔底部，與壓縮空氣接觸使脫硫液再生。再生后的脫硫液從塔上部經液位調節器流回脫硫塔循環使用，浮于再生塔頂部硫泡沫靠液自流入硫泡沫槽，連續送往離心機，離心后的硫膏入庫，離心液經過低位槽返回脫硫系統，從而脫去焦爐煤氣中的硫化氫、氰化氫等酸性介質，以達到塔后H2S＜20mg/m3，以滿足煤氣制甲醇生產需求和環保要求。

1.2 生產過程中的問題分析

1.2.1 三足刮刀式離心機設備工藝陳舊，操作勞動強度非常大，離心機濾布容易堵塞和脫落，經常更換，據生產實際統計每臺次離心機因濾布堵塞、損壞和脫落造成濾布更換的月平均量在45條左右。更換一臺次的時間至少在4小時以上，檢修環境氨氣濃度嚴重超標，嚴重職工身心健康，存在較大安全隱患。

1.2.2 在實際生產過程中，硫膏泡沫離心機濾布只能一次性使用，每天必須更換濾布3次以上。系統生產穩定性嚴重收到破壞，也嚴重影響到塔后硫化氫指標和脫硫塔的阻力，將難以滿足煤氣制甲醇系統生產要求，嚴重影響公司生產經營大計。

1.2.3 采用離心機生產出來的硫膏產品硫膏產品含水量高且所含雜質多，（NH4）2SO4、（NH4）2S2O3、NH4CNS等副鹽雜質難以分解，而硫膏客戶收購一般使用硫膏燃燒生產硫酸等化工產品，采用離心機式生產的硫膏較難燃燒，所以離心機式生產出的硫膏產品極難找到銷售渠道。

1.2.4 離心機式生產出的硫膏產品含水達到40%以上，而且雜質含量較多，單質硫含量不足50%，導致硫膏產品無法銷售。嚴重影響整個化產生產，還嚴重影響現場環境和職工的身心健康。

2 連續熔硫工藝應用改造

2.1 硫泡沫槽優化改造

新熔硫裝置的硫泡沫槽利用硫泡沫和脫硫清夜比重的不同，在不加熱的條件下將硫泡沫進入自然分離，泡沫自然上浮通過隔堰滿流操作，清液通過液位調節閥將清夜返回煤氣脫硫系統。因此，新工藝的硫泡沫濃縮槽的節能效果明顯超過傳統工藝，而且為提高泡沫槽濃縮泡沫液的流動性，在泡沫泵出口增加DN32的支管到泡沫槽下部進行反沖，在泡沫泵運行時，部分泡沫液返回進入泡沫槽的錐形底部進行反沖，防止泡沫液凝固，提高泡沫的流動性，防止了泡沫因濃度高不下料情況。

2.2 新型熔硫釜工藝改造

來自脫硫系統的硫泡沫進入硫泡沫濃縮槽，經靜止沉降從硫泡沫中分離出的清液自流返回脫硫系統；濃縮后的硫膏用泵送入熔硫釜，熔硫釜在夾套內通蒸汽對硫泡沫加熱至70℃-90℃，微小顆粒增大與脫硫液分離，熔硫釜的上部安裝有一個易于脫硫液進入、收集而阻止硫顆粒進入的脫硫液收集器，收集后的脫硫液排除熔硫釜外并回收至脫硫系統循環使用。剩余的硫顆粒靠自重下沉至熔硫釜的下部，下沉的顆粒不斷積累，在加熱段內經加熱、分離、熔融、沉降等過程，熔融硫與清液分離，當加熱至130℃～140℃時，成為液態硫磺繼續下降進入貯硫段，在貯硫段內，熔融硫經排硫裝置冷卻后裝袋入庫。加熱段分離出的高溫清液，向上進入熔硫釜換熱段，與下降的硫膏間接逆流換熱后返回脫硫系統。

經技術改造后硫泡沫槽不再有蒸汽冒出，方便了硫泡沫槽的操作，熔硫釜和硫泡沫槽排出的清液不再進入低位槽而直接進入溶液循環槽，避免了因低位槽泵出現故障而導致熔硫釜和硫泡沫槽無法正常操作。

2.3 連續熔硫釜改造內容

熔硫工藝裝置采用專利《由含硫溶液生產熔融硫的方法和裝置》（連續熔硫）。該熔硫工藝系統實現連續熔硫，具有高效、節能等特點，能耗僅為常規工藝的30%。單質硫濃度大于90%。

熔硫釜設置2臺，材質316L，硫泡沫泵設置2臺，采用螺桿泵，與介質接觸部件采用304不銹鋼。

管道及閥門采用316L不銹鋼。

蒸汽：0.4MPa～0.6MPa（飽和蒸汽）。

儀表用壓縮空氣壓力大于0.4MPa。

最大含塵粒徑：≤1μm，最大含塵濃度：≤1mg/m3，壓力露點：≤-40℃，最大含油量：≤1mg/m3。

壓縮空氣壓力0.6MPa，純度99.9%。

3 連續熔硫釜改造的創新點及工藝特點

3.1 連續熔硫釜改造的創新點

硫泡沫在加熱段中以相對較快的速度連續強制對流，其液固兩相間傳熱效果好，熔硫操作溫度相對較低，熔硫效率高。熔融了的硫磺以重力沉降的形式自流入貯硫段后被斷續排出。當硫泡沫的處理量相同時，該熔硫設備具有體積小、重量輕、管道化、連續操作、熔硫效率高、操作彈性大等創新點。

3.2 連續熔硫工藝裝置優點分析

（1）該熔硫工藝實現了生產操作的連續化，熔硫釜的供熱根據操作溫度需要控制，控制進口蒸汽閥以滿足熔硫過程的正常運行。

（2）采用深度換熱工藝并分別在以下三個階段分離出溫度不等的脫硫清液。這三個階段所排脫硫清液的溫度分別為80℃、95℃、135℃左右，節能降耗作用顯著。而且，其加熱蒸汽耗量僅相當于傳統工藝的15%左右。

（3）新工藝的硫泡沫濃縮槽是在不加熱狀態下濃縮硫泡沫，依照連通器原理自排沉降分離清液，且在硫泡沫濃縮槽的硫膏貯存段和熔硫器之間設置了硫膏輸送泵，因此整個熔硫系統的全部裝置即可按不同高差分層布置，也可布置在單層平面內。

（4）小型、高效、連續化程度高的熔硫設備，降低了熔硫廠房的高度，使熔硫裝置的工程造價明顯下降。同時還減少了生產操作和設備維修人員，該工藝還具有處理量越大，生產成本和建設投資效果越好的特點。

（5）新工藝取消了帶壓集中放料的生產操作環節，對于氨法脫硫而言，減少了氨的損失及對環境的二次污染。

4 取得的效果分析

4.1 品質高，操作方便

成功將硫膏生產工藝更改為生產硫磺工藝并投入生產，硫磺品質高，利用原有硫膏生產廠房增設連續熔硫釜及配套控制裝置，成功的將硫膏生產工藝更改為生產硫磺工藝并投入生產，達到連續生產的目的，且操作方便，不易檢修，操作和檢修環境。

4.2 自動化操作，降低勞動強度

新熔硫裝置實現了操作的自動化，從熔硫設備的進料到外排清液均實現了自動化連續生產。在硫泡沫濃縮槽中利用不同介質的密度差實現了清液與硫膏的連續自動分離。根據操作溫度和自動穩壓調節閥正常運行，大大降低了職工的勞動強度和檢修強度，社會效益巨大。

4.3 運行成本和人工成本降低

一臺三足刮刀式離心機電機功率為37kW，需同時運行2臺才能滿足生產，現硫泡沫泵電機功率為5.5kW，只需一臺就能滿足生產，節約電費成本：

（37×2-5.5）×0.85×0.75×24× 330=34.6萬元，改造為連續熔硫后共節約電費34.6萬元/年。

使用離心機生產硫膏工藝需每班操作人員2人，現改為連續熔硫釜后可減為1人操作，四個班組共節約4個人，從操作人員配備上直接節約人工成本近15萬元。離心機濾布為易損物品且更換勞動強度大，熔硫釜無易損部件，大大節省了維修成本，年節約維修成本約20萬元。

4.4 硫磺產品有銷售市場

從2011年11月下旬連續熔硫工藝運行以來，生產出的硫磺在攀西地區有銷售市場，塔前煤氣含硫化氫平均按3.5g/Nm3，塔后煤氣含硫化0.02g/Nm3計算，按照設計煤氣量為5.3萬Nm3/h，則年產硫磺預計：

（3.5-0.02）×53000×24×330÷ 106=1460噸，可直接為公司年降低成本90余萬元。能節省包裝和專用儲存庫房投資及硫化物排污費將達到100萬元/年以上。

4.5 保證了煤氣質量，確保煤氣制甲醇工序連續正常生產

脫硫系統的正常運轉保證了煤氣中H2S含量符合工藝生產指標，有效的減少了對煤氣管道及設備的腐蝕；滿足了生產甲醇用煤氣對硫含量的要求，為甲醇的正常生產提供保障；回爐煤氣、鍋爐及煤氣管式爐燃燒用煤氣估計用量2.2萬Nm3/h，塔前煤氣含硫化氫在3g/Nm3左右計算，則年減少SO2排放量約1100噸，大大減少了對環境的污染，產生較好的社會效益和環保效益。

綜上，由硫泡沫生產熔融硫的連續熔硫工藝，具有建設投資低、操作人員少、勞動強度低、環境污染小、能源消耗少、脫硫成本低等特點。還能減少耗電設備的投入，具有良好社會效益和環保效益。

[1]王波，馬中全.連續熔硫工藝的研制與應用[J].鞍鋼集團公司設計研究院，燃料與化工，2005（02）.

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