多功能微型吸收器在脫硫中的應(yīng)用

多功能微型吸收器在脫硫中的應(yīng)用

高志斗 張 彤 劉 勇

(江蘇銘朗環(huán)境科技有限公司

江蘇連云港222000)

多功能微型吸收器技術(shù)是江蘇銘朗環(huán)境科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱銘朗公司)獨(dú)立研發(fā)的一種新型專利技術(shù)，依據(jù)兩相之間的物理與化學(xué)過程機(jī)理，適用于兩相或三相之間任何物理或化學(xué)過程的傳質(zhì)、洗滌、降溫。該技術(shù)通過小試、中試和工業(yè)化試驗(yàn)成功后，近年來在多家企業(yè)的脫硫中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，均達(dá)到預(yù)期效果，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 技術(shù)背景

在目前的化工生產(chǎn)中，氣液兩相或氣液固三相之間的傳質(zhì)、傳熱、洗滌、物理吸收大多是利用各式各樣的填料，通過填料強(qiáng)大的比表面來加強(qiáng)氣液兩相或氣液固三相之間的接觸，從而完成它們之間的傳質(zhì)、傳熱、洗滌等物理或化學(xué)過程，也有采用特殊的塔器來加強(qiáng)兩相之間的接觸(如板式塔盤、鼓泡器、噴頭等)。無論采用何種形式，其最終的目的就是要加強(qiáng)氣液兩相的充分接觸，只有兩相之間充分接觸，才能很好地完成它們之間的物理或化學(xué)過程。實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中，氣液兩相之間的充分接觸是很難做到的，受到許多主觀或客觀條件的限制，致使兩相或三相之間的物理或化學(xué)過程得不到有效完成。為了彌補(bǔ)這些不足，設(shè)計(jì)中都會(huì)通過增加循環(huán)量、延長(zhǎng)氣液接觸時(shí)間以及增大傳質(zhì)面積等方法來解決，這無疑帶來設(shè)備投資大、動(dòng)力消耗高等問題。銘朗公司的多功能微型吸收器技術(shù)的最大特點(diǎn)是設(shè)備小型化、投資極低、運(yùn)行費(fèi)用極少、無需占地。近年來，該技術(shù)通過在多家企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，無論是在常壓脫高硫方面，還是在加壓脫低硫方面，都取得了十分理想的效果。

2 技術(shù)特點(diǎn)

技術(shù)特點(diǎn)：①脫硫液硫容高，是傳統(tǒng)脫硫硫容的5～10倍；②在同等工況下，脫硫液循環(huán)量是常規(guī)設(shè)計(jì)的1/5～1/10；③脫硫效率高，單級(jí)使用脫硫效率達(dá)30%～50%；④設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資省；⑤氣液接觸時(shí)間極短，不足1 s；⑥大大減輕了脫硫裝置的再生系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)的負(fù)荷，減小了占地面積；⑦可單獨(dú)用于粗脫硫，也可與傳統(tǒng)脫硫塔進(jìn)行串聯(lián)使用；⑧使用范圍廣泛，不僅適用于脫硫，而且適用于任何氣液兩相之間的物理或化學(xué)過程(如脫除CO2，SO2，HCl，NH3以及傳熱、洗滌、降溫、吸收等物理過程)；⑨所需泵的揚(yáng)程較低，約高于氣相壓力0.1 MPa，即可滿足生產(chǎn)需要。與傳統(tǒng)空塔噴淋塔相比，節(jié)能效果顯著。

3 在山西聚豐能源替代一級(jí)脫硫的應(yīng)用

山西聚豐能源有限公司原有兩級(jí)串聯(lián)脫硫系統(tǒng)，硫化氫含量長(zhǎng)期不達(dá)標(biāo)，故決定對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。由于原有裝置挖潛余地不大，無論是其他設(shè)計(jì)單位還是廠方意見，都是準(zhǔn)備再增加一級(jí)脫硫，即新增一級(jí)預(yù)脫硫系統(tǒng)，與原有的系統(tǒng)形成三級(jí)串聯(lián)，此方案不僅設(shè)備投入大、電耗費(fèi)用高及施工時(shí)間長(zhǎng)，而且受到現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地限制。經(jīng)綜合比較后，決定采用銘朗公司的多功能微型吸收器技術(shù)，于2015年8月施工，9月中旬開車，調(diào)試后經(jīng)分析化驗(yàn)，完全達(dá)到預(yù)期效果。

3.1 原有脫硫工況

工藝流程：焦?fàn)t氣→冷鼓→脫硫→硫銨→洗苯塔。

工藝參數(shù)：焦?fàn)t氣流量50 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，焦?fàn)t氣溫度≤35 ℃，焦?fàn)t氣壓力14 kPa，焦?fàn)t氣進(jìn)、出口中的ρ(H2S)分別≤6 000 mg/m3(標(biāo)態(tài))和≤100 mg/m3(標(biāo)態(tài))。

3.2 改造情況

(1) 增加1臺(tái)預(yù)冷塔后，將焦?fàn)t氣溫度降至30 ℃以下。對(duì)于以氨為堿源的濕法脫硫，維持較高脫硫效率的關(guān)鍵是提高液相中游離氨含量，而最有效的措施就是降低過程溫度。由于原先沒有預(yù)冷裝置，因此進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的焦?fàn)t氣溫度較高。增加預(yù)冷塔后，可將焦?fàn)t氣溫度控制在30 ℃以下，此點(diǎn)極為重要。

(2) 在原有的1#脫硫塔出口焦?fàn)t氣管道上增加1臺(tái)微型吸收器，規(guī)格Φ1 200/1 600 mm×11 500 mm，殼體為碳鋼，內(nèi)件為304材質(zhì)。脫硫液流量100 m3/h，脫硫液給液壓力≥0.1 MPa，設(shè)計(jì)脫硫效率≥30%。

(3) 其他原有設(shè)備不再做任何調(diào)整，也不再增加任何輔助設(shè)備。具體流程如下：焦?fàn)t氣→冷鼓→預(yù)冷→1#脫硫塔→微型吸收器→2#脫硫塔→焦?fàn)t氣去下工段。

3.3 改造效果

脫硫改造后，由于微型吸收器的脫硫效率比較穩(wěn)定(≥30%)，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，保證了脫硫系統(tǒng)總出口的要求指標(biāo)。微型吸收器在聚豐能源公司的使用，成功取代了原來增加一級(jí)預(yù)脫硫塔的方案，不僅節(jié)省了數(shù)百萬元的設(shè)備投資，而且每年節(jié)省了增加一級(jí)預(yù)脫硫塔后數(shù)百萬元的電費(fèi)；如果再加上相應(yīng)的化學(xué)品消耗、檢修費(fèi)用、人工費(fèi)用、管理費(fèi)用等，綜合效益更為可觀。

4 在古縣利達(dá)焦化晉豫分廠脫硫中的應(yīng)用

2013年，古縣利達(dá)焦化有限公司全資并購(gòu)山西晉豫焦化有限責(zé)任公司100%股權(quán)，擁有山西晉豫焦化有限責(zé)任公司的600 kt/a焦化產(chǎn)能。隨后，對(duì)焦化脫硫工序進(jìn)行技術(shù)改造，與銘朗公司進(jìn)行技術(shù)合作，使用銘朗公司的專利產(chǎn)品——微型吸收器用于脫硫的工程設(shè)計(jì)，取得了理想效果。

4.1 原有脫硫工況

工藝參數(shù)：焦?fàn)t氣流量37 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，焦?fàn)t氣溫度≤35 ℃，焦?fàn)t氣壓力8～10 kPa，焦?fàn)t氣進(jìn)、出口中ρ(H2S)分別≤6 000 mg/m3(標(biāo)態(tài))和≤20 mg/m3(標(biāo)態(tài))。

4.2 改造情況

山西晉豫焦化有限責(zé)任公司脫硫裝置原有1套系統(tǒng)，Φ3 800 mm脫硫塔配置Φ5 500 mm高塔再生。由于單級(jí)脫硫后硫化氫含量一直偏高，故決定對(duì)脫硫裝置進(jìn)行技術(shù)改造，增加一級(jí)預(yù)脫硫系統(tǒng)，與原有裝置形成兩級(jí)串聯(lián)流程。對(duì)技術(shù)方案、投資報(bào)價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用、技術(shù)可靠度及成熟度等進(jìn)行綜合考量，最終決定與銘朗公司進(jìn)行技術(shù)合作，采用增加一級(jí)空塔噴淋配置噴射氧化再生槽，同時(shí)增加1臺(tái)微型吸收器，再串聯(lián)原有脫硫設(shè)置，形成兩級(jí)串聯(lián)的工藝。

4.3 改造效果

改造后的脫硫裝置于2015年8月底投運(yùn)，現(xiàn)正在試運(yùn)行，焦?fàn)t煤氣量已恢復(fù)至30 000 m3/h(標(biāo)態(tài))左右，在焦?fàn)t煤氣中ρ(H2S) 6 500～7 000 mg/m3(標(biāo)態(tài))情況下，系統(tǒng)出口ρ(H2S)可控制在20～40 mg/m3(標(biāo)態(tài))，詳情見表1。

表1 2015年9月晉豫焦化微型吸收器運(yùn)行數(shù)據(jù)

由表1可知：煤氣和貧液溫度比較高，在揮發(fā)氨含量偏低的情況下，系統(tǒng)出口ρ(H2S)在20～50 mg/m3(標(biāo)態(tài))，下一步準(zhǔn)備降低貧液溫度(目前40 ℃)；同時(shí)，為了彌補(bǔ)氨濃度的不足，準(zhǔn)備在第2級(jí)脫硫溶液中補(bǔ)充一部分純堿。

5 微型吸收器的使用意義

5.1 在脫硫工程設(shè)計(jì)中的使用意義

在脫硫的工程設(shè)計(jì)中，時(shí)常遇到一些不易處理的工藝參數(shù)。比如氣體中ρ(H2S)在3～4 g/m3(標(biāo)態(tài))時(shí)，若設(shè)計(jì)為一級(jí)脫硫，對(duì)脫硫效率把握不大；若設(shè)計(jì)為二級(jí)串聯(lián)脫硫，又會(huì)造成工程上的浪費(fèi)。以前常規(guī)設(shè)計(jì)是根據(jù)所要求出口的硫化氫含量來定的。如果對(duì)出口的硫化氫含量要求寬松，大多采用一級(jí)脫硫；如果要求出口ρ(H2S)在50 mg/m3(標(biāo)態(tài))甚至20 mg/m3(標(biāo)態(tài))以下，則多采用兩級(jí)串聯(lián)脫硫。只要是兩級(jí)脫硫，即使其脫硫負(fù)荷較輕，氣體流量和一定的氣體空速?zèng)Q定了吸收塔的規(guī)格，而吸收塔的規(guī)格和噴淋密度又決定了溶液循環(huán)量，溶液循環(huán)量又決定了再生系統(tǒng)的規(guī)格。無論是一次性設(shè)備投資，還是電的消耗及運(yùn)行費(fèi)用都會(huì)比一級(jí)脫硫有較大幅度增加。微型吸收器的成功研制較好地解決了此種狀況，即對(duì)類似的工況，可采用微型吸收器加一級(jí)脫硫塔的工藝。氣體先進(jìn)入微型吸收器，脫除30%～50%(體積分?jǐn)?shù))的硫化氫后，再進(jìn)入后面的填料塔，就能保證脫硫效率。由于微型吸收器只需很少的溶液循環(huán)量，不僅設(shè)備投資大大減少，而且節(jié)省電耗；同時(shí)，有效減少了再生系統(tǒng)的負(fù)荷。同樣，對(duì)于較高含量硫化氫氣體的脫硫，使用微型吸收器可有效減少脫硫設(shè)計(jì)的級(jí)數(shù)，進(jìn)而減少投資及運(yùn)行費(fèi)用。

5.2 在脫硫技術(shù)改造中的使用意義

對(duì)于已有的脫硫裝置，微型吸收器的使用意義也同樣巨大，尤其是在焦化行業(yè)。由于歷史遺留原因以及國(guó)家環(huán)保政策的不斷地調(diào)整和完善，目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)焦化廠的脫硫裝置都不能達(dá)到環(huán)保要求。這些裝置相當(dāng)一部分的出口氣體中ρ(H2S)都能達(dá)到原設(shè)計(jì)的200 mg/m3(標(biāo)態(tài))的指標(biāo)，但距新的50 mg/m3(標(biāo)態(tài))甚至20 mg/m3(標(biāo)態(tài))環(huán)保指標(biāo)還有差距。由于受先天條件所限，原有裝置改造的潛力已不大，要想達(dá)標(biāo)，通常是在原有裝置的前面增加一級(jí)脫硫作為預(yù)脫硫；但增加一級(jí)預(yù)脫硫塔，連同相應(yīng)的再生系統(tǒng)，至少是幾百萬元甚至上千萬元的設(shè)備投資。在市場(chǎng)低迷的情況下，大多焦化企業(yè)都是因?yàn)榧几耐度胼^大而使脫硫改造難以進(jìn)行，故采用微型吸收器技術(shù)就是一個(gè)很好的選擇。僅僅在原有吸收塔的前面增加1臺(tái)微型吸收器，不需要增加電耗，也不需要增加再生設(shè)備，只需要很少的溶液量就能脫除硫化氫，減輕了原有脫硫吸收塔的負(fù)荷，從而將出口硫化氫含量降到指標(biāo)以內(nèi)。

5.3 在脫硫節(jié)能降耗中的使用意義

對(duì)于脫硫運(yùn)行比較穩(wěn)定的氮肥、甲醇企業(yè)來說，微型吸收器的使用也有一定的現(xiàn)實(shí)意義。無論是常壓的半水煤氣水煤氣脫硫，還是加壓的變換氣脫硫，在現(xiàn)有吸收塔前面增加1臺(tái)微型吸收器，可增加脫硫系統(tǒng)的脫硫能力和操作彈性；特別是常壓的半水煤氣脫硫，脫硫能力提高后，摻燒一定量的高硫煤，可降低生產(chǎn)成本。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，微型吸收器在脫硫上的應(yīng)用意義十分重大，不僅在脫高硫上，其發(fā)揮的作用是目前吸收器都無法比擬的，而且在脫低硫時(shí)，也能夠有著較好的脫硫效率。在新脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在占地面積、溶液循環(huán)量、一次性投資、運(yùn)行費(fèi)用上，都將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在舊系統(tǒng)改造中，特別對(duì)于目前化肥、焦化行業(yè)以及其他硫化氫含量不能達(dá)標(biāo)的行業(yè)，在不需要其他任何投資狀況下，僅僅在塔的入口增加微型吸收器即可滿足生產(chǎn)需求，給企業(yè)減少了巨大的技改投資。

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2016- 01- 07)