精脫硫系統的優化與改造

胡　云，姜亮亮，劉成剛

(兗礦魯南化工有限公司　山東滕州　277527)

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精脫硫系統的優化與改造

胡云，姜亮亮，劉成剛

(兗礦魯南化工有限公司山東滕州277527)

分析了精脫硫系統脫硫劑硫容和脫硫能力下降的原因，提出了相應的解決方案。通過優化設計后，精脫硫塔出口氣體中總硫體積分數在0.1×10-6以下，且未出現脫硫劑析硫現象，脫硫劑的使用壽命由3年延長至4年。

精脫硫硫容優化改造

0　前言

兗礦魯南化工有限公司(以下簡稱魯南化工公司)精脫硫系統由2座精脫硫塔(內裝T703型氧化鐵脫硫劑)和2臺水解脫硫塔(內裝T504型氧化鋁脫硫劑和T103型活性炭脫硫劑)組成。來自變壓吸附裝置二段的凈化氣首先進入精脫硫塔，在T703型氧化鐵脫硫劑的作用下，氣體中的H2S與Fe2O3反應生成多硫化鐵和水，然后多硫化鐵與補入的氧氣進行置換反應，生成Fe2O3和單質硫；出精脫硫塔的氣體進入水解脫硫塔，在T504型氧化鋁脫硫劑的作用下，將COS水解成H2S和CO2，生成的H2S再由下部的T103型活性炭脫硫劑脫除。T703型氧化鐵脫硫劑為條狀多孔結構，對H2S能進行快速的化學吸附，數秒內即可將凈化氣中的H2S脫除至體積分數0.1×10-6以下。

1　 優化前精脫硫系統工藝流程

優化前精脫硫系統工藝流程(圖1)：來自變壓吸附裝置二段的凈化氣與壓縮空氣、3.8 MPa蒸汽混合后首先進入精脫硫塔(T0202A/B)，其中H2S被轉化為硫化亞鐵、二硫化鐵、多硫化鐵、單質硫等固態化合物而留在塔內；出精脫硫塔的氣體經蒸汽加熱器升溫至65 ℃以上后，從頂部進入水解脫硫塔，先經T504型脫硫劑床層，其中的COS水解生成H2S，生成的H2S與O2反應生成單質硫并被塔底的T103型活性炭脫硫劑吸附脫除；脫硫后的氣體經冷卻器降溫至40 ℃以下后，最終進入干燥工段。為保證精脫硫塔內脫硫劑有較大的硫容和滿足水解脫硫塔內水解反應、氧化反應的要求，需在精脫硫塔入口氣體中補充蒸汽和氧氣；為防止蒸汽在精脫硫塔內冷凝而無法滿足水解反應要求，水解脫硫塔入口設有補水口。

圖1優化前精脫硫系統工藝流程

2　 存在的問題

在2009年系統加量過程中，精脫硫塔出口氣體中總硫含量超標。經現場排查，系精脫硫塔內補入的蒸汽發生大量冷凝，導致液態水浸泡脫硫劑所致。經分析其原因：①由于蒸汽管線直徑大，補入蒸汽量無法及時調節；②3.8 MPa管線疏水器與精脫硫塔的距離較長，管線內存有冷凝液。2009年5月，在蒸汽調節閥前、后各設置DN 10 mm孔板對蒸汽進行限流并在蒸汽進精脫硫塔前設置疏水器，以便對蒸汽流量進行細微調節，同時可將管線內的冷凝液排盡。改造后，精脫硫塔出口氣體中總硫含量仍經常波動，最高時總硫體積分數可達0.6×10-6，且精脫硫塔內仍有冷凝液積聚。為此，對脫硫系統的操作溫度、蒸汽補入量和空氣補入量都進行了大范圍調試，但效果不明顯。

3　 脫硫劑硫容和脫硫能力下降的原因

目前，精脫硫塔進、出口氣體中總硫體積分數分別為30×10-6和1×10-6，水解脫硫塔出口氣體中總硫體積分數為0.4×10-6，均未達到后系統要求(<0.1×10-6)。經對脫硫原理和脫硫系統現狀進行分析，發現影響脫硫劑硫容和脫硫能力的原因為補入的空氣量和蒸汽量不足以及操作溫度不適宜。

3.1 補入空氣量不足

根據T703型脫硫劑的脫硫原理，Fe2O3與H2S反應時，視氣體中氧含量不同，可得到的轉化產物為硫化亞鐵、二硫化鐵、多硫化鐵、單質硫，足夠的空氣補入量是提高T703型脫硫劑硫容、延長其使用壽命的必要途徑。T103型活性炭脫硫劑脫除H2S的過程也必須在有氧的環境下進行，H2S在脫硫劑的作用下與O2反應生成單質硫。根據上述反應要求，經計算補入的空氣量應為n(O2)/n(H2S)=5～10。目前，脫硫系統主要依靠4臺打氣量為30 m3/h的空氣壓縮機補入空氣，而該型號的空氣壓縮機主體部件為碳鋼材質，沒有設置排水系統，設備運行時凝結出的液態水無法及時排出，活塞撞缸、閥片腐蝕的情況時有發生，單臺設備運行周期僅4 d，平均空氣補入量只能保證在23 m3/h，遠低于所需的40 m3/h的要求。

3.2 補入的蒸汽量不足

在無水的條件下，T703型脫硫劑與硫反應的速度較慢，且該型脫硫劑在有水條件下的硫容是無水時的3倍。精脫硫塔內脫硫劑總裝填量為120 m3，要使脫硫劑表面形成水膜，其蒸汽補入量應>100 m3/h。精脫硫塔和水解脫硫塔工藝參數見表1。

由表1可看出，在精脫硫塔溫度不變的情況下，隨著蒸汽補入量的逐漸增大，精脫硫塔內出現蒸汽冷凝現象，脫硫劑的脫硫能力也逐步下降。由于精脫硫塔內為常溫，塔內露點溫度只能控制在20 ℃左右，當蒸汽補入量>65 m3/h時，蒸汽將冷凝成為液態水并在塔底富集，導致底部脫硫劑無法與H2S接觸，而上部脫硫劑床層又沒有足夠的水蒸氣形成水膜，這是導致精脫硫塔出口氣體中H2S含量升高的主要原因。

表1精脫硫塔和水解脫硫塔工藝參數

蒸汽補入量/(m3·h-1)溫度/℃精脫硫塔水解脫硫塔出口φ(H2S)/(×10-6)精脫硫塔水解脫硫塔精脫硫塔液位/mm4022502.871.3105022501.750.9206022501.090.4507021510.980.41308020510.900.401309020502.091.5525010020503.052.15420

T504型脫硫劑脫除COS時需與水進行反應，故脫硫劑表面也需形成水膜才能有較好的脫硫效果。由于精脫硫塔與水解脫硫塔為串聯連接，水解脫硫塔所需的蒸汽從精脫硫塔進口補入，而蒸汽在精脫硫塔內冷凝，使水解脫硫塔內沒有足夠的蒸汽，導致水解脫硫塔脫硫劑反應活性下降。

3.3 操作溫度不適宜

經測試，T703型脫硫劑最佳反應溫度為5～70 ℃，當反應溫度低于極限值時，其反應活性下降較快；當溫度高于極限值時，其反應生成的多硫化鐵將分解，使脫硫劑硫容下降。T504型脫硫劑的最佳反應溫度為50～90 ℃，低溫下T504型脫硫劑與COS反應主要生成單質硫，單質硫覆蓋在催化劑表面，減弱了脫硫劑的吸附能力，使脫硫劑硫容下降、活性降低；高溫下T504型脫硫劑將與COS反應生成硫酸鹽，而硫酸鹽將使T504型脫硫劑的活性下降；高于極限溫度時，T504型脫硫劑將失活。T103型脫硫劑的最佳反應溫度為5～40 ℃，低溫下其活性較低，而高溫將影響其吸附能力。

當反應溫度升高時，T504型脫硫劑反應活性增加，而T103型脫硫劑的脫硫能力下降，故選擇合理的反應溫度是提高脫硫劑硫容和脫硫量的重要因素。目前，精脫硫塔在常溫下操作，水解脫硫塔操作溫度為50 ℃，在現有工況下無法同時滿足3種脫硫劑在最佳反應溫度內運行，這也是導致脫硫劑反應活性低的重要原因。

4　 改造方案

4.1 穩定空氣補入量

精脫硫系統自2008年運行以來，已多次對空氣壓縮機進行改造，包括增設排水導淋及對閥片進行改造，但效果不理想，設備維護費用和對脫硫系統帶來的影響已大大超過了設備本身的價值。為此，決定選用新型空氣壓縮機，材質為不銹鋼，配置自動排水系統。

4.2 提高精脫硫系統塔內氣體濕度

在3種脫硫劑最佳反應溫度范圍內，合理提高精脫硫塔和水解脫硫塔的反應溫度是防止補入蒸汽冷凝、提高塔內氣體濕度和催化劑反應活性的主要途徑。為此，將水解脫硫塔入口蒸汽加熱器移至精脫硫塔前，在蒸汽進入精脫硫塔前設置疏水器，再分別于精脫硫塔和水解脫硫塔入口引1根DN 10 mm蒸汽管線并設置針型閥進行調節。

4.3 設計合理的流程

將冷卻器移位至精脫硫塔后，使3種脫硫劑在最佳反應溫度下運行。根據氣體中H2S與COS含量，調整脫硫劑裝填量和裝填位置：在精脫硫塔T0202A內裝填T703型脫硫劑60 m3，在精脫硫塔T0202B內裝填T504型脫硫劑60 m3，在水解脫硫塔內裝填T103型脫硫劑150 m3。優化后精脫硫系統工藝流程見圖2。

5　 結語

通過優化設計后，經精脫硫系統處理后的氣體中總硫體積分數可達0.1×10-6以下，且再未出現脫硫劑析硫現象。由于硫容的提高，脫硫劑

圖2優化后精脫硫系統工藝流程

的使用壽命由3年延長至4年。

Optimization and Renovation of Fine Desulfurization System

HU Yun, JIANG Liangliang, LIU Chenggang

(Yancon Lunan Chemical Industry Co., Ltd.Shandong Tengzhou277527)

The causes for decrease of sulfur capacity and desulfurization capacity of desulfurizer of fine desulfurization system are analyzed, and relevant countermeasures are proposed. After optimizing design, total sulfur volume fraction in outlet gas of fine desulfurization tower drops to less than 0.1×10-6, and there is no desulfurizer sulfur separation phenomenon, the service life of desulfurizer prolongs from 3 years to 4 years.

fine desulfurizationsulfur capacityoptimizationrenovation

胡云，大學本科，工程師，車間主任；hailcg66666@163.com。

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