合成氨脫硫系統(tǒng)改造小結(jié)

張素田 李 立

(陽煤集團(tuán)平原化工有限公司 山東平原253100)

合成氨脫硫系統(tǒng)改造小結(jié)

張素田 李 立

(陽煤集團(tuán)平原化工有限公司 山東平原253100)

陽煤平原化工有限公司化肥一廠現(xiàn)有的3套合成氨系統(tǒng)，均以白煤和煤棒為原料，采用固定層間歇?dú)饣ㄖ茪?，半水煤氣采用DDS脫硫法脫硫工藝;一期2套系統(tǒng)合成氨設(shè)計(jì)能力為80kt/a，二期系統(tǒng)合成氨設(shè)計(jì)能力為180kt/a。2012年，原料煤全部改用陽泉高硫煤。全燒陽泉煤后，半水煤氣中H2S質(zhì)量濃度由原來的1200mg/L上升至3500mg/L，尤其是二期合成氨系統(tǒng)，脫硫前H2S質(zhì)量濃度高達(dá)4250mg/L。原料煤的改變，給脫硫系統(tǒng)操作帶來了巨大困難，在H2S含量上升初期，脫硫系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)“皂泡”現(xiàn)象，再生槽、富液槽溢液頻繁，熔硫后清液中的泡沫難以徹底分離，返回系統(tǒng)后導(dǎo)致脫硫液中懸浮硫含量上升，液體損失量增大，噸氨脫硫費(fèi)用高達(dá)29元。H2S含量的上升，嚴(yán)重影響系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行，但由于原裝置空間的限制，無法再新增設(shè)備，只能在原有基礎(chǔ)上對設(shè)備進(jìn)行改造與調(diào)整，提高脫硫效率，以適應(yīng)高硫煤的生產(chǎn)。

1 脫硫系統(tǒng)工藝流程及主要設(shè)備

1.1 工藝流程

氣體流程:來自氣柜的半水煤氣經(jīng)清洗塔降溫除塵后進(jìn)入靜電除焦器，進(jìn)一步除去半水煤氣中的粉塵和焦油，經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)加壓、降溫塔降溫后進(jìn)入脫硫塔，脫除H2S的半水煤氣再經(jīng)清洗塔洗滌、靜電除焦器后進(jìn)入壓縮機(jī)一段進(jìn)口總管。

液體流程:吸收H2S的富液由脫硫塔進(jìn)入富液槽，經(jīng)再生泵加壓后，通過空氣自吸式噴射器進(jìn)入氧化再生槽，在氧化再生槽內(nèi)氧化再生，生成的硫單質(zhì)浮選成泡沫進(jìn)入泡沫槽，然后輸送至硫磺回收泡沫罐;再生后的貧液進(jìn)入貧液槽供脫硫系統(tǒng)使用。

連續(xù)熔硫工藝:從泡沫罐來的硫泡沫經(jīng)泡沫泵加壓后送至熔硫釜進(jìn)行熔硫，含硫液體從底部定時(shí)排出，冷卻降溫后得到硫磺塊，分離出的清液由放空管進(jìn)入回收液沉淀池，經(jīng)沉淀降溫后再回至脫硫系統(tǒng)。

1.2 主要設(shè)備參數(shù)

一期、二期脫硫系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)分別見表1和表2。

表1 一期脫硫系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

表2 二期脫硫系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

2 存在的問題及原因分析

(1)3套脫硫系統(tǒng)均采用北京博源恒升高科技有限公司的DDS脫硫技術(shù)，其特點(diǎn)是熔硫能力強(qiáng)，但再生后硫顆粒較細(xì)，且皂泡較多，泡沫進(jìn)入熔硫釜加溫后硫液分離困難;連續(xù)熔硫運(yùn)行過程中，系統(tǒng)稍有波動，排出液中就夾帶大量的泡沫;同時(shí)原熔硫釜排出液降溫沉淀槽較小，排出液來不及沉淀降溫即被回收至脫硫系統(tǒng)中，每次回收清液時(shí)，都會發(fā)生氧化再生槽“皂泡”現(xiàn)象，調(diào)整不及時(shí)就會導(dǎo)致再生槽溢液。

(2)當(dāng)半水煤氣中H2S含量上升時(shí)，由于泡沫中“皂泡”較多，泡沫中硫含量低(質(zhì)量濃度在18～20g/L)，氧化再生槽溢液頻繁。實(shí)際操作中，通過降低氧化再生槽液位和減少空氣吸入量來消除氧化再生槽溢液問題，但此舉會影響脫硫液的再生，從而影響脫硫效率，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)出口H2S含量經(jīng)常超標(biāo)，質(zhì)量濃度最高達(dá)300mg/m3，系統(tǒng)被迫減量生產(chǎn)，且氧化再生槽溢液發(fā)生時(shí)，原有熔硫系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)需求，大量泡沫液只能排放處理，造成脫硫液損失量增大。

(3)當(dāng)半水煤氣中H2S含量上升時(shí)，脫硫系統(tǒng)由單泵運(yùn)行增加至雙泵，脫硫液單位流量增大，再生時(shí)間縮短，同時(shí)泡沫量成倍增加。后期雖然增加了熔硫釜，但排出液沉淀降溫槽受現(xiàn)場空間限制，不能再擴(kuò)大，回收的排出液溫度大幅上升，會嚴(yán)重影響脫硫液的再生。當(dāng)脫硫液再生溫度達(dá)到50℃，脫硫液中富鹽含量大幅上升，僅硫代硫酸鈉質(zhì)量濃度就達(dá)240g/L。為了控制再生溫度和降低脫硫液中的副鹽含量，被迫排放部分回收液，導(dǎo)致脫硫輔料損失較大。

(4)由于以上原因，造成脫硫液中懸浮硫含量高(質(zhì)量濃度最高達(dá)2.0g/L)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)長周期運(yùn)行;同時(shí)，硫磺產(chǎn)量成倍增加，由原每班1t增加至3t，且硫磺完全依靠人工搬運(yùn)，增加了人工成本。

3 改造情況

3.1 改造思路

通過分析，脫硫系統(tǒng)能否適應(yīng)陽泉高硫煤的生產(chǎn)，關(guān)健在于能否有效解決硫泡沫的處理及回收問題。根據(jù)DDS脫硫工藝形成的硫顆粒較細(xì)、硫顆粒與脫硫液不易分離的特點(diǎn)以及現(xiàn)場空間位置，結(jié)合目前小氮肥行業(yè)脫硫新技術(shù)及兄弟企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，決定在熔硫釜前增設(shè)板框式過濾機(jī)，以解決硫顆粒與脫硫液分離難的問題，同時(shí)考慮增加硫磺塊體積，以減少勞動強(qiáng)度，并在硫磺產(chǎn)量增加的情況下不增加操作人員，以降低生產(chǎn)成本。

3.2 設(shè)備選用

半水煤氣中H2S質(zhì)量濃度在4200mg/L時(shí)，硫泡沫日回收量約為280m3，硫泡沫制成硫膏濃縮倍數(shù)約為10，過濾后的硫膏日產(chǎn)量為28m3，設(shè)備日工作18h，每次工作周期為2h，即過濾機(jī)日工作為9個(gè)周期，則每個(gè)周期板框式過濾機(jī)濾室總?cè)萘繛?111L。根據(jù)國際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，過濾機(jī)過濾面積1m2等價(jià)于15L的固體容積，則過濾面積為207m2，預(yù)留15%的余量，得到設(shè)計(jì)過濾面積為238m2，故選擇2臺XMZ120/1250-UK型板框式過濾機(jī)，其中120指單臺過濾機(jī)的過濾面積為120m2。該過濾機(jī)為自動卸料廂式過濾機(jī)，操作簡便，較好地滿足了操作要求。

每臺過濾機(jī)板框長度為3m，為了便于濾餅在卸料時(shí)能順利進(jìn)入熔硫釜，每臺板框式過濾機(jī)配置2臺熔硫釜，將板框式過濾機(jī)安裝在2臺熔硫釜上方，并對原熔硫釜進(jìn)行改造，將原硫硫釜內(nèi)件折除，進(jìn)料口改為DN300mm(圖1)，將揚(yáng)程為30m泡沫泵更換為揚(yáng)程為50m泡沫泵。

圖1 設(shè)備布置示意

3.2 改造后流程

脫硫系統(tǒng)來的硫泡沫進(jìn)入泡沫槽，經(jīng)泡沫泵加壓后直接進(jìn)入板框式過濾機(jī);濾液回至清液槽，經(jīng)泵加壓后送至脫硫富液槽;產(chǎn)生的濾餅經(jīng)漏斗式卸料口進(jìn)入熔硫釜內(nèi)，經(jīng)加熱分離后自流至硫磺槽，冷卻后形成硫磺塊。熔硫釜放空所夾帶的液體和排完硫后的殘液送至原沉淀槽沉淀降溫，沉淀后清液回收至系統(tǒng)，殘留的硫顆粒送至板框式過濾機(jī)回收利用。

增設(shè)熔硫釜后，硫磺產(chǎn)量大幅提高，日產(chǎn)量由原來的240塊增加至420塊，因制作的硫磺塊體積較小且需要人工進(jìn)行堆放，職工勞動強(qiáng)度隨之增加。為了不增加人員，決定增大硫磺塊并配備行車堆放硫磺，結(jié)合場地和費(fèi)用考慮，在熔硫釜廠房前增設(shè)1臺2t龍門式行車即能滿足需求;根據(jù)龍門式行車的載質(zhì)量和硫磺槽的質(zhì)量，硫磺塊增大后的質(zhì)量為1.3t，比原來增加了38倍，同時(shí)不需要新增員即可完成操作。

4 改造效果

合成氨脫硫系統(tǒng)綜合改造于2013年7月底全部完工并投入使用。經(jīng)過近1年的運(yùn)行，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，基本解決了H2S含量上升導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)負(fù)荷過重的問題，同時(shí)脫硫費(fèi)用大幅下降。

4.1 降低輔料消耗，提高脫硫效率

脫硫系統(tǒng)改造前，氧化再生槽浮選的泡沫及硫顆粒直接進(jìn)入脫硫液中，脫硫液中的懸浮硫質(zhì)量濃度在1.2g/L左右;改造后，脫硫泡沫經(jīng)過濾后，僅濾液回至脫硫系統(tǒng)，脫硫液懸浮物質(zhì)量濃度降至0.6g/L以下。改造前，因脫硫液再生效果差，脫硫后H2S質(zhì)量濃度在80～100mg/m3，合格率僅有80%;改造后，脫硫后H2S質(zhì)量濃度降至70mg/m3以下，合格率達(dá)到98%以上。改造后，脫硫輔料總費(fèi)用噸氨降低了14元左右。

4.2 減少蒸汽用量

脫硫系統(tǒng)改造前，硫泡沫全部進(jìn)入熔硫釜加熱;改造后，僅濾餅進(jìn)入熔硫釜加熱。泡沫含硫質(zhì)量濃度約30g/L，濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約30%，按硫磺產(chǎn)量10t/d、溫升45℃計(jì)，共計(jì)減少加熱脫硫液330t/d，節(jié)省蒸汽用量26t/d。

4.3 降低勞動強(qiáng)度

脫硫系統(tǒng)改造前，硫磺槽中制得的硫磺塊質(zhì)量約35kg/塊，平均生產(chǎn)硫磺240塊/d，需3位操作人員進(jìn)行堆放，隨著半水煤氣中H2S含量的提高以及脫硫系統(tǒng)的不斷升級改造，副產(chǎn)的硫磺塊增加至420塊/d，操作人員勞動強(qiáng)度增加，崗位人員配備明顯不足。改造后，硫磺槽體積增加了38倍，單塊質(zhì)量達(dá)1.3t，每天產(chǎn)18塊左右，堆放硫磺使用行車，減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度。

5 存在的問題及解決措施

(1)采用的XMZ120/1250-UK型板框式過濾機(jī)不具備自動清洗濾布功能，由于脫硫液中含有焦油等黏性大的物質(zhì)，運(yùn)行一段時(shí)間后，濾布的過濾效果下降明顯，需定期清洗、更換濾布。

(2)濾餅中的脫硫液，經(jīng)高溫蒸煮，有效成分基本被破壞，回收至系統(tǒng)對脫硫系統(tǒng)操作影響較大;另外，由于半水煤氣H2S含量較高，再加上脫硫液基本不外排，導(dǎo)致脫硫液中副鹽含量較高，硫代硫酸鈉質(zhì)量濃度在200～240g/m3。目前，熔硫釜排出的殘液暫未回收。

6 結(jié)語

脫硫系統(tǒng)綜合改造完成后，既提高了系統(tǒng)的脫硫能力，減少了脫硫費(fèi)用，又緩解了因硫磺產(chǎn)量增加帶來的人工費(fèi)用增加問題，延長了脫硫塔的運(yùn)行周期。截止目前，再沒有發(fā)生再生槽泡沫外溢事故，并極大改善了操作環(huán)境。該項(xiàng)目共投資75.0萬元，改造后年減少輔料費(fèi)用47.5萬元、蒸汽費(fèi)用16.0萬元。投資回收期為1.2年。

2015-03-04)