脫硫相關(guān)技術(shù)分析及探討

李曉斌

（宜化集團(tuán)股份公司，湖北宜昌 443007）

脫硫是合成氨生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，我公司的脫硫裝置一套為直徑4m脫硫塔，一套為直徑5m脫硫塔，產(chǎn)能都在130kt／a左右，設(shè)計(jì)之初為低硫煤工藝，在2009年8月之前，脫硫前原料氣硫含量一般在1.2mg／m3，脫硫后基本控制在0.05mg／m3。2009年8月之后，由于部分低硫煤系統(tǒng)改燒高硫煤，脫硫前原料氣硫含量上漲到1.6～1.7mg／m3，脫硫后不能達(dá)標(biāo)。于是，將脫硫塔由原來(lái)的兩段填料（每段6m），增加為三段填料，脫硫后原料氣硫含量基本控制合格。但是，近幾個(gè)月來(lái)寺河礦的高硫煤大量摻燒后，脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高硫前狀態(tài)下運(yùn)行，問(wèn)題不斷地暴露出來(lái)，現(xiàn)歸納總結(jié)有以下幾點(diǎn)。

（1）脫硫后H2S跑高，雖然在變脫之后合格，但對(duì)變換蒸汽消耗危害極大。

（2）循環(huán)量增加，系統(tǒng)溶液帶出量增大，脫硫劑消耗增加。脫硫費(fèi)用從3.9元／t逐步上漲到9.9元／t。

（3）脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)周期高負(fù)荷運(yùn)行，系統(tǒng)副鹽逐步累積，硫酸鈉和硫代硫酸鈉之和最高達(dá)到220mg／m3，系統(tǒng)到了崩潰的邊沿。

以上問(wèn)題出現(xiàn)后，一方面從合成氨系統(tǒng)穩(wěn)定方面出發(fā)要求必須降低脫硫后原料氣硫含量，一方面由于煤供應(yīng)較緊張，脫硫前硫含量高的狀況不能得到緩解，必須尋求解決的新辦法。

1 工藝調(diào)整

脫硫工藝調(diào)整兼顧的面很廣，關(guān)鍵是要找準(zhǔn)其折中點(diǎn)。例如，有時(shí)發(fā)現(xiàn)溶液組分下降后，會(huì)大量補(bǔ)加化工原料，這時(shí)千萬(wàn)要注意三點(diǎn)：一是查找原因；二是補(bǔ)加方法；三是配新鮮液的質(zhì)量把關(guān)，尤其是在工藝不穩(wěn)定時(shí)更應(yīng)該小心謹(jǐn)慎。如同人吃飯一樣，一頓多一頓少，時(shí)間長(zhǎng)了肯定會(huì)對(duì)身體健康產(chǎn)生壞的影響，調(diào)整工藝指標(biāo)也是如此，一定要慢慢調(diào)節(jié)，采取循序漸進(jìn)的辦法，做到少加勤加。特別是載氧體或催化劑的補(bǔ)加，必須考慮到它在系統(tǒng)的有效存活時(shí)間，由于監(jiān)測(cè)其含量的手段是比色法，氧化態(tài)和還原態(tài)分析結(jié)果有一定的誤差，可以說(shuō)是一個(gè)隱形的指標(biāo)，看分析結(jié)果很容易造成判斷失誤，這時(shí)工藝調(diào)節(jié)必須做到心中有數(shù)，若是盲目補(bǔ)加，不但浪費(fèi)了化工原料，而且給脫硫液的及時(shí)恢復(fù)帶來(lái)一定的難度。應(yīng)確保溶液成分的穩(wěn)定，逐步降低副鹽。我們?cè)诘土蚯皶r(shí)，溶液成分一般控制較低，總堿在30mg／m3，催化劑為90－2鈦菁鈷系列，加入少量栲膠，脫硫費(fèi)用較低，僅3.9元／t。硫前上漲后，我們不僅加鈦菁鈷系列，還加入栲膠和釩，總堿一般控制在45mg／m3。隨著時(shí)間的推移，特別是在經(jīng)過(guò)春節(jié)期間全寺河礦煤的沖擊以后，硫前上漲到3.0mg／m3以上，系統(tǒng)副鹽逐步累積，硫酸鈉和硫代硫酸鈉之和最高達(dá)到220mg／m3。針對(duì)此情況我們認(rèn)為，要維持系統(tǒng)穩(wěn)定，首先必須降低溶液組分，以此來(lái)降低副鹽含量，否則脫硫系統(tǒng)可能崩潰，將對(duì)整個(gè)公司的經(jīng)營(yíng)帶來(lái)不可估量的影響。溶液組分降低后，要保證脫硫效率，必須有經(jīng)濟(jì)適宜的液氣比保證H2S含量的合格，保證脫硫塔的長(zhǎng)周期運(yùn)行，則應(yīng)控制較大的液氣比，因析硫反應(yīng)的70%在塔內(nèi)進(jìn)行，傳統(tǒng)的理念認(rèn)為液氣比大于12L／m3即可，但是根據(jù)硫前的變化，要使H2S含量得以保證、塔阻比較穩(wěn)定、運(yùn)行周期較長(zhǎng)，我們將液氣比調(diào)整為15～18L／m3。原塔d＝4.0m，Q＝600m3／h，氣量為50 000m3／h，液氣比12L／m3，硫容為20mg／L；更新為Q＝900m3／h，液氣比18L／m3，硫容為25mg／L，脫硫效率大大提高。

1.1 再生槽溢流操作的管理

再生槽溢流也是脫硫工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它能直接影響到貧液質(zhì)量、吸收、塔阻、硫回收等，乃至整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)。專設(shè)一操作工負(fù)責(zé)溢流，也是非常有必要的，這是穩(wěn)定懸浮硫指標(biāo)的關(guān)鍵措施。再則，再生槽硫泡沫的變化是非常復(fù)雜多變的，例如，煤氣質(zhì)量、硫化氫含量的高低、再生吸氣量、催化劑的指標(biāo)控制等，都會(huì)使泡沫受到影響。所以，我們要嚴(yán)格控制好硫泡沫的厚度，以及硫泡沫少的問(wèn)題，一旦硫泡沫反應(yīng)層增厚或沒(méi)有硫泡沫，懸浮硫就會(huì)增長(zhǎng)；必須做到根據(jù)硫泡沫情況，及時(shí)調(diào)節(jié)空氣吸入量，或調(diào)節(jié)催化劑加入量?，F(xiàn)在好多兄弟企業(yè)使用的是連續(xù)熔硫，對(duì)再生有一定的影響，但我們采用板框壓濾，確保了清液質(zhì)量，而且對(duì)再生沒(méi)有影響。

1.2 副鹽的生成及控制

脫硫工藝副鹽生成是不可避免的，若控制不好，副反應(yīng)增加，會(huì)導(dǎo)致堿耗大幅度升高，設(shè)備腐蝕加快。根據(jù)我們所掌握的經(jīng)驗(yàn)，副鹽的生成途徑很多，最基本的方式是，要控制好溶液溫度和溶液的濃度，此兩個(gè)指標(biāo)的升高，都可導(dǎo)致副鹽明顯增高。對(duì)此，我們應(yīng)加強(qiáng)管理和嚴(yán)格控制，堅(jiān)決把溫度和溶液組分控制在最佳狀態(tài)。其次，健全分析項(xiàng)目是本工藝十分重要的工作，我們尤其對(duì)Na2S2O3、Na2SO4、NaCNS三個(gè)分析數(shù)據(jù)十分關(guān)注，幾乎是每周都要進(jìn)行分析；我們發(fā)現(xiàn)，副反應(yīng)生成物的總和超過(guò)100mg／L時(shí)，堿耗會(huì)大幅度升高，這也是一個(gè)深刻的教訓(xùn)。副鹽Na2S2O3的控制（反應(yīng)式2NaHS＋2O2Na2S2O3＋H2O）方法是，加強(qiáng)再生，穩(wěn)定最佳的溶液溫度，調(diào)整溶液循環(huán)量時(shí)兼顧到在富液槽和再生槽的停留時(shí)間——提高NaVO3濃度是完全可以控制住的。筆者的經(jīng)驗(yàn)是，要降低該化合物，最好的辦法是將其氧化成Na2SO4，然后再降Na2SO4，效果較明顯。另，根據(jù)我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，催化劑控制過(guò)高，也是導(dǎo)致副鹽升高的主要原因。

2 設(shè)備方面的影響

脫硫后煤氣帶硫沫是影響脫硫費(fèi)用的主要因素。

脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，脫硫塔作為氣液接觸裝置，普遍存在霧沫夾帶現(xiàn)象，只是程度不同而已。霧沫夾帶輕的系統(tǒng)，對(duì)后工序基本沒(méi)有影響。霧沫夾帶嚴(yán)重的話，硫沫會(huì)帶到后系統(tǒng)，出現(xiàn)壓縮機(jī)一段氣閥硫堵現(xiàn)象。一段時(shí)間，我們?cè)趬嚎s機(jī)檢修時(shí)，在一段發(fā)現(xiàn)了大量的硫磺堵活門(mén)的現(xiàn)象。

脫硫塔的霧沫夾帶不同于其他的氣液接觸裝置，霧沫中攜帶的硫沫粘著性強(qiáng)而流動(dòng)性差。在霧沫分離的過(guò)程中，硫沫容易粘附在分離裝置等的表面上造成脫硫塔阻力上漲。

脫硫塔塔頂不安裝除沫器，如果發(fā)生霧沫夾帶的話，對(duì)后工序影響比較大。如果采用旋流板、絲網(wǎng)類除沫器的話，粘附硫沫后阻力會(huì)增大。在塔頂液體分布器上面加裝一段填料的話，有一定的效果。需要注意的是，如果填料表面得不到液體的沖刷也存在硫堵的問(wèn)題。如果使用折流板除沫器情況會(huì)相對(duì)好一些，但要根據(jù)脫硫塔的空塔氣速對(duì)折流板的間距和角度認(rèn)真核算。間距大而角度小了分離效果不好，間距小而角度大了阻力大且有吹翻的可能。4月份我們?cè)诤幽洗蠼吹?，在脫硫塔后加分離器，脫硫液得到了回收，是一個(gè)很好的方法，我們計(jì)劃在大修中進(jìn)行整改。

由此看來(lái)，被動(dòng)地應(yīng)付霧沫夾帶問(wèn)題，采用折流板除沫器還是最佳選擇。而要徹底解決帶硫沫問(wèn)題，還得從源頭上想辦法。氣體中帶硫沫的原因有如下幾個(gè)：一是脫硫塔空塔氣速高，否則夾帶量就小（一般認(rèn)為半脫空塔氣速要低于1.0m／s）；二是脫硫液副鹽含量高，造成脫硫液易起泡；三是脫硫貧液的懸浮硫高，造成泡沫中含大量的硫沫。這三種情況在大多數(shù)時(shí)候是同時(shí)存在的。而這一系列問(wèn)題的發(fā)生是由于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備存在的不足造成的。

硫容與富液槽／再生槽容積的關(guān)系如下。

硫容的高低能夠反映出脫硫液狀況的好壞，但目前認(rèn)識(shí)上可能存在一個(gè)誤區(qū)，即片面地追求高硫容。脫硫的目的是把煤氣中的硫化氫降到設(shè)定的指標(biāo)，達(dá)到指標(biāo)是主要的。不能僅僅為了提高硫容而提高堿度、提高催化劑濃度，因?yàn)檫@樣做必須保證有相應(yīng)的富液槽停留時(shí)間與之匹配。高硫容意味著富液中的高NaHS含量，如果沒(méi)有相應(yīng)的富液槽停留時(shí)間與之匹配，富液中的NaHS不能在富液槽中充分氧化，在經(jīng)過(guò)噴射再生時(shí)接觸大量的空氣，就會(huì)發(fā)生生成Na2S2O3的副反應(yīng)。現(xiàn)在回想我們半脫系統(tǒng)的大量副鹽的產(chǎn)生，就是在春節(jié)期間為提高硫容降低硫后，而盲目地提高溶液組分，但富液槽停留時(shí)間沒(méi)有相應(yīng)提高所致。富液槽停留時(shí)間重視程度不夠，富液槽容積太小，導(dǎo)致副反應(yīng)大量發(fā)生，造成脫硫效率下降，為了保證脫硫指標(biāo)，只能被迫增加循環(huán)量，這樣一來(lái)，富液槽停留時(shí)間更短，形成惡性循環(huán)。富液槽的改造目前由于受場(chǎng)地限制暫時(shí)不能實(shí)施，主要通過(guò)規(guī)范管理，提高液位來(lái)延長(zhǎng)再生時(shí)間。

再生槽是脫硫劑恢復(fù)攜氧量和HS－氧化成S的設(shè)備，同時(shí)實(shí)現(xiàn)硫泡沫的浮選。如果再生槽偏小的話，不僅脫硫液再生不好，而且會(huì)造成貧液懸浮硫高。根據(jù)行業(yè)一般要求，富液槽、再生槽停留時(shí)間參考值為15±5min。我們彌補(bǔ)的辦法是，將備用的1＃再生槽投入系統(tǒng)，有效容積增加了50m3，總體再生時(shí)間從原來(lái)的6min延長(zhǎng)到了8min。

3 結(jié) 論

基于以上認(rèn)識(shí)并進(jìn)行改造和規(guī)范管理以后，目前我公司的硫化氫即使在脫硫前較高（3.0mg／m3以上）時(shí)，脫硫后一般在可控的范圍之內(nèi)?？偨Y(jié)有如下措施。

（1）控制較大的液氣比，采用大循環(huán)量操作是脫硫提高硫容的優(yōu)先手段。

（2）低溶液組分運(yùn)行是確保副鹽降低的關(guān)鍵方法，不能為提高硫容而提高溶液組分含量，否則不僅脫硫費(fèi)用上漲，而且會(huì)使系統(tǒng)進(jìn)一步惡化。

（3）再生系統(tǒng)是提高脫硫效率，增加硫容的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。富液槽、再生槽的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)必須達(dá)標(biāo)，如果有富余將更有利于脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化。如果先天不足，會(huì)減少控制手段，甚至影響生產(chǎn)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。