噴射脫硫塔在半水煤氣脫硫中的應用

石春發

(云南云天化國際化工有限公司紅磷分公司　云南開遠 661600)

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噴射脫硫塔在半水煤氣脫硫中的應用

石春發

(云南云天化國際化工有限公司紅磷分公司云南開遠 661600)

云南云天化國際化工有限公司紅磷分公司現擁有1套年產80 kt合成氨裝置，造氣系統采用間歇式固定層氣化法，以焦炭作為原料。該裝置于1997年7月開工建設，1999年9月投產，起初建設規模為年產30 kt液氨；后為了適應裝置規模不斷發展的需要，于2002年進行了“3改8”技術改造，裝置規模擴大為年產80 kt液氨。近年來，隨著焦炭價格的不斷上漲，合成氨生產成本不斷增加，為此，紅磷分公司于2012年啟動了原料路線改造項目，其主要內容是采用本地價格相對低廉的高硫劣質無煙煤制作煤棒，代替焦炭生產合成氨。該改造于2012年底結束，2013年初投入正常運行。

紅磷分公司原半水煤氣脫硫采用兩級脫硫工藝，一級采用角鋼穿流板，二級采用填料塔，設計進口氣中H2S質量濃度為4.5 g/m3(標態)。在2012年原料路線改造中，擬使用的無煙煤硫含量設計為3.5%(質量分數)，初步折算成半水煤氣中H2S質量濃度約為9.0 g/m3(標態)，原有的半水煤氣脫硫能力無法滿足原料路線改造后半水煤氣的脫硫要求，因此，半水煤氣脫硫裝置作為原料路線改造的子項目同步進行技改。本次半水煤氣脫硫裝置技改的主要內容就是在原裝置基礎上增設脫硫塔，以提高脫硫處理能力；但若采用傳統填料塔，會帶來脫硫系統阻力高、易堵塔等問題。后結合實際情況并通過綜合考慮，創新性地采用噴射脫硫塔進行脫硫。

1　噴射脫硫塔工藝流程

噴射脫硫塔工藝流程見圖1。經貧液泵加壓后的脫硫液(0.5 MPa)從噴射脫硫塔頂部進入，經噴嘴后進入吸氣室產生負壓，半水煤氣從側面進入吸氣室，與脫硫液一起經過收縮管，充分混合吸收半水煤氣中H2S，然后依次進入擴散管、尾管進一步吸收半水煤氣中H2S，最后進入接液槽進行氣液分離，分離出的半水煤氣從接液槽的頂部送至二級脫硫塔，吸收了半水煤氣中H2S的脫硫液經回液管進入富液槽，富液由富液泵加壓后送至再生槽進行再生，然后循環使用。接液槽液位可隨脫硫壓力自動進行調節，若脫硫壓力高，則接液槽液位自然降低；若脫硫壓力低，則接液槽液位自然升高。

圖1　 噴射脫硫塔工藝流程

2　噴射脫硫塔設計參數

紅磷分公司增設了2臺噴射脫硫塔，單臺設計處理氣量22 500 m3/h(標態)。主要設計參數：脫硫半水煤氣流量45 000 m3/h標態，噴射脫硫塔進、出口H2S質量濃度分別為10 g/m3(標態)和4 g/m3(標態)，脫硫液循環量1 170 m3/h，脫硫效率60%。

3　噴射脫硫塔的位置

由于噴射脫硫塔氣液接觸時間相對較短、接觸面積相對較小，因此，比較適用于吸收介質濃度高的地方，只宜作為初處理使用，不宜作為把關使用。為最大限度發揮噴射脫硫塔的優勢，根據半水煤氣脫硫流程中各點工藝參數，將噴射脫硫塔作為一級脫硫，設置在羅茨風機出口總管上。其好處：①羅茨風機出口處在整個半水煤氣脫硫系統中H2S含量最高，噴射脫硫塔放置在此處，吸收反應推動力較大，吸收效果最好；②因噴射脫硫塔無填料，而一級脫硫由于半水煤氣中氧含量相對較高，易析出硫膏而產生堵塔現象，噴射脫硫塔放置在此處，就不必擔心出現堵塔現象；③因噴射脫硫塔對氣體有一定的加壓作用，放置在羅茨風機出口，可直接降低羅茨風機出口壓力，從而降低了羅茨風機負荷，保證其安全、穩定運行。

4　采用噴射脫硫塔后運行情況

該噴射脫硫塔于2013年4月投入使用，運行基本正常，但由于噴射脫硫塔進口H2S質量濃度僅為6.4 g/m3(標態)，因此，人為降低了噴射脫硫塔脫硫液的循環量。

噴射脫硫塔工藝參數見表1。

表1　噴射脫硫塔工藝參數

由表1可以看出：脫硫效率高于設計值1.1%；但半水煤氣流量低于設計值7 000 m3/h(標態)，噴射脫硫塔進口氣中H2S質量濃度高于設計值4.6 g/m3(標態)，脫硫液循環量低于設計值674 m3/h。

為驗證半水煤氣流量和脫硫噴射塔進口氣體中H2S含量達到設計要求時，脫硫噴射塔出口氣體中H2S含量能否達到要求，根據實際運行條件進行了計算：①實際運行時的脫除H2S量=38 000×(5.4-2.1)=125 400(g/h)，則實際運行脫硫液硫容=125 400÷496=252.82(g/m3)；②設計脫除H2S量=45 000×(10.0-4.0)=270 000(g/h)，則設計脫硫液硫容=270 000÷1 170=230.77(g/m3)。計算結果表明，設計脫硫液硫容小于實際運行脫硫液硫容，因此，當半水煤氣流量和脫硫噴射塔進口氣體中H2S含量達到設計值時，噴射脫硫塔出口氣體中H2S含量也能達到設計要求。

5　效益分析

紅磷分公司增設噴射脫硫塔后，基本達到了預期的效果：①噴射脫硫塔自2013年4月投用以來，基本沒出現過堵塔停車清理現象；而采用填料塔清理周期為半年1次，每次停車3 d，按液氨2 700元/t、液氨產量250 t/d計，則可減少損失202.0萬元；加上每次開、停車置換損失原料煤約300 t，按煤價830元/t計，可減少損失24.9萬元。②在不增加塔的脫硫阻力的情況下，提高了脫硫裝置的處理能力，保證了羅茨風機的安全、穩定、高效運行。

6　注意事項

(1) 接液槽空間要足夠。接液槽在噴射脫硫塔中的作用除了儲存脫硫液外，還承擔著氣液分離的功能，原設計高度為5 m，但在使用過程中，由于氣液分離空間不夠，易產生帶液現象，后加高至6 m，基本未出現帶液現象。

(2) 回液管的液封高度要足夠。回液管除了起到將接液槽內的脫硫液返回富液槽的作用外，還起著液封作用，防止接液槽內半水煤氣竄入富液槽內，故回液管液封產生的靜壓應大于脫硫裝置的最高壓力。一般脫硫壓力不超過50 kPa，理論計算回液管液封高度為4.8 m即可滿足要求；紅磷分公司原設計為5.5 m，但在運行過程中，由于產生漩渦現象，時常會出現半水煤氣竄入富液槽的現象，后將回液管液封高度改為6.5 m，再未出現竄氣現象。

(3) 接液槽和富液槽之間應設有連通管。在正常狀況下，因半水煤氣脫硫裝置有壓力，接液槽內脫硫液因裝置壓力到達富液槽；但在非正常情況下，如需將富液槽內脫硫液返回接液槽，則無法使用回液管，因此，需要設置接液槽和富液槽之間的連通管，以供在非正常狀況下使用。在連通管中間也應加裝閥門，為防止此處發生跑液、跑氣現象，該閥門正常運行時必須關閉。

(4) 接液槽回液管底部應有防渦流裝置。

半水煤氣脫硫裝置在運行脫除中，若出現壓力高、接液槽液位較低的狀況，容易在接液槽回液管底部產生渦流，導致半水煤氣竄入富液槽內而發生安全事故。為防止此類現象發生，應在接液槽回液管底部設置防渦流裝置。

(5) 噴射器脫硫塔和接液槽之間應有減振裝置。脫硫液進入噴射脫硫塔時，由于壓力較高，容易產生共振，若噴射脫硫塔和接液槽之間采用剛性連接，則易發生連接部位撕裂事故，因此，應在噴射器和接液槽之間設置減振裝置。

7　結語

在合成氨生產過程中，半水煤氣脫硫裝置出現最多的問題是脫硫塔堵塞導致阻力升高。從設計角度講，采用高效而不容易產生堵塞的脫硫塔是半水煤氣脫硫裝置長周期運行的關鍵，紅磷分公司在半水煤氣脫硫中創新性地使用了噴射脫硫塔，對今后半水煤氣脫硫裝置的設計和改造提供了另一種思路。

2015- 08- 17)