脫硫塔與再生塔的匹配方式對煤氣脫硫效率的影響

董曉鋒

(南京江北新區公用資產投資發展有限公司，江蘇 南京 210039)

0 引言

某煤化工企業焦爐煤氣脫硫采用真空碳酸鉀脫硫工藝，該工藝采用K2CO3溶液(KOH反應生成)做脫硫劑，在常壓下洗滌焦爐煤氣，吸收其中的H2S、HCN、CO2等酸性組分，吸收酸性氣體后的富液在真空條件下解吸，得到H2S和HCN為主的酸性氣體，氣相送到后續裝置生產硫酸。為了確保出口煤氣H2S≤200 mg/m3，在脫硫塔上部設置了NaOH堿洗段，進一步脫除H2S。工藝流程如圖1所示[1]。

圖1 真空碳酸鉀脫硫工藝流程圖

1 影響脫硫效率的因素分析

脫硫塔出口煤氣H2S含量在開工初期一直不太穩定，波動很大，經過不斷對工藝的摸索，對操作進行優化調整，生產逐漸正常。脫硫效率主要受到以下幾方面因素的影響[2]。

1.1 脫硫液的組成和雜質

脫硫液中脫硫劑是K2CO3，但是若其在溶液中的含量過高會抑制再生塔的解析效果，同時也可能造成脫硫液中含量超過溶解度，尤其KHCO3濃度溶液造成結晶析出，嚴重可能會堵塞填料和設備，因此K2CO3的濃度需要控制在一定的范圍。

由于系統中可能會有鐵銹，運行一段時間后，溶液中可能會生產KCNS、K4Fe(CN)6、K2S2O3、KCN等雜質，這些物質的含量上升到一定程度會嚴重影響脫硫效率。循環貧液中各種化合物之總量可以用總堿度來衡量，總堿度是溶液中所有活性K+離子的總和，折合用“總K2CO3”表示，見下式：

生產開工初期，KOH溶液投入量一控制KOH濃度50～ 55 g/L為宜，煤氣通入后，由于CO2和H2S的吸收存在競爭關系，溶液以較低的K2CO3濃度作為開工啟動值，較低的堿度有利于碳酸鉀溶液對H2S的選擇吸收，從而有效地抑制CO2的吸收量。

1.2 脫硫液溫度

脫硫塔中H2S的吸收是酸堿中和反應，屬于放熱反應。再生塔中H2S的解析是其逆反應，屬于吸熱反應。所以控制好脫硫液的溫度對促進硫化氫的吸收和解析很重要。在生產中脫硫液溫度一般控制在比進塔煤氣溫度高2 ℃左右，以防止煤氣夾帶的飽和水蒸汽冷凝下來，稀釋脫硫液組分，降低脫硫效果。同時，結合反應的最佳溫度，生產過程中按照27～30 ℃控制。這也對前段的終冷溫度的控制提出了要求。

1.3 系統的水平衡情況

脫硫系統的水平衡對脫硫效率影響也比較大。進入系統的水包括：煤氣冷凝水、KOH補充溶液和補充的軟水，系統排出的水包括外排貧液和外排真空冷凝液。為了降低真空冷凝液中的含氨量，維持H2S在真空冷凝液中的平衡，需要連續外排真空冷凝液。正常情況下系統溶液維持平衡，但是再生系統處于負壓狀態，解析出的酸氣經過酸氣冷凝器和冷卻器的冷卻，冷卻介質分別為循環水和低溫水。同時再生塔解析出的貧液需要經過低溫冷卻器換熱降溫。在上述換熱的過程中，一旦換熱器發生滲漏，系統中摻入循環水和低溫水，一方面系統水量會不斷增加，需要不斷提高外排溶液進行平衡，另一方面系統溶液的質量惡化，嚴重的話會影響到脫硫效率。

1.4 再生效果

脫硫貧液中KHS的含量對脫硫液吸收煤氣中的H2S影響很大，根據反應推動力情況，貧液中KHS含量越低，其吸收H2S和HCN的速率就越高。貧液中的KHS含量主要取決于再生效果，真空度、熱源供應、富液溫度、富液中組分的濃度等都會影響脫硫液的再生。

2 脫硫塔與再生塔匹配方式對脫硫效率的影響

真空碳酸鉀脫硫工藝中，選擇一個最佳的液/氣比數值是保證脫硫效率的關鍵，以保證H2S的選擇性脫除率達到最高[3]。由于煤氣中存在CO2和H2S的競爭吸收，但CO2和H2S在K2CO3溶液中存在吸收動力學速率的差異，通常由于H2S的吸收速率比較快，當達到一定的吸收率后，出口H2S濃度即達到固定值，不會隨接觸時間而變化，因此H2S可以被選擇性吸收。根據不同的設備組合以調控氣液比，進而對脫硫效率進行試驗。

2.1 一對一模式

采用一組脫硫塔對應一組再生塔，脫硫塔和再生塔均分兩段運行，即脫硫塔的上、下段分別對應再生塔的下、上段。自2008年6月份開工到2010年2月，煤氣處理量在50000 Nm3/h左右。采用一對一模式，出口H2S含量在200 mg/Nm3以下，基本上能夠保證脫硫效率。表1是一對一模式下的運行數據和設計值。

表1 一對一運行模式下部分工藝參數和設計值對比

2010年3 月開始，煤氣量逐漸增加，由50000m3/h升高至85000～90000m3/h，為保證脫硫效率，曾將堿洗段投入運行，對水處理生產造成較大影響，后不得不停止運行。為此，將脫硫塔貧液噴灑量進行調整，并將脫硫塔上段噴灑溶液部分溢流至下段，通過調整后，脫硫效果明顯好轉，但仍然不能完全達到要求，具體數據如表2所示。

表2 一對一模式下脫硫效果跟蹤表

2.2 二對二模式

采用兩組脫硫塔分別對應兩組再生塔，即脫硫貧液自脫硫塔上段噴淋吸收煤氣中酸性氣體，脫硫富液從再生塔上段噴淋解析。2010年5月開始，脫硫塔和再生塔采用二對二模式，在煤氣處理量為80000～90000 m3/h的情況下，從表3中的數據可以看出，脫硫后煤氣中H2S含量基本上可以保證在200 mg/m3以下。

3 結語

文章對焦爐煤氣真空碳酸鉀脫硫工藝中的多塔匹配方式進行了分析。在二對二的模式下貧液中的KHS的含量在0.45/0.58解析效率達到91.17%，使用兩座再生塔，酸氣的氣速較慢，可以有效減少氣液夾帶，降低真空泵負荷，有助于保證再生塔的真空度，降低塔頂溫度，有利于富液的解析，減少富鹽的生成。

表3 二對二模式下運行數據