脫硫塔與再生塔的匹配方式對(duì)煤氣脫硫效率的影響

董曉鋒

(南京江北新區(qū)公用資產(chǎn)投資發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210039)

0 引言

某煤化工企業(yè)焦?fàn)t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(yīng)生成)做脫硫劑，在常壓下洗滌焦?fàn)t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(xù)裝置生產(chǎn)硫酸。為了確保出口煤氣H2S≤200 mg/m3，在脫硫塔上部設(shè)置了NaOH堿洗段，進(jìn)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(kāi)工初期一直不太穩(wěn)定，波動(dòng)很大，經(jīng)過(guò)不斷對(duì)工藝的摸索，對(duì)操作進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，生產(chǎn)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(zhì)

脫硫液中脫硫劑是K2CO3，但是若其在溶液中的含量過(guò)高會(huì)抑制再生塔的解析效果，同時(shí)也可能造成脫硫液中含量超過(guò)溶解度，尤其KHCO3濃度溶液造成結(jié)晶析出，嚴(yán)重可能會(huì)堵塞填料和設(shè)備，因此K2CO3的濃度需要控制在一定的范圍。

由于系統(tǒng)中可能會(huì)有鐵銹，運(yùn)行一段時(shí)間后，溶液中可能會(huì)生產(chǎn)KCNS、K4Fe(CN)6、K2S2O3、KCN等雜質(zhì)，這些物質(zhì)的含量上升到一定程度會(huì)嚴(yán)重影響脫硫效率。循環(huán)貧液中各種化合物之總量可以用總堿度來(lái)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(jiàn)下式：

生產(chǎn)開(kāi)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(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，溶液以較低的K2CO3濃度作為開(kāi)工啟動(dòng)值，較低的堿度有利于碳酸鉀溶液對(duì)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(yīng)，屬于放熱反應(yīng)。再生塔中H2S的解析是其逆反應(yīng)，屬于吸熱反應(yīng)。所以控制好脫硫液的溫度對(duì)促進(jìn)硫化氫的吸收和解析很重要。在生產(chǎn)中脫硫液溫度一般控制在比進(jìn)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(lái)，稀釋脫硫液組分，降低脫硫效果。同時(shí)，結(jié)合反應(yīng)的最佳溫度，生產(chǎn)過(guò)程中按照27～30 ℃控制。這也對(duì)前段的終冷溫度的控制提出了要求。

1.3 系統(tǒng)的水平衡情況

脫硫系統(tǒng)的水平衡對(duì)脫硫效率影響也比較大。進(jìn)入系統(tǒng)的水包括：煤氣冷凝水、KOH補(bǔ)充溶液和補(bǔ)充的軟水，系統(tǒng)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(xù)外排真空冷凝液。正常情況下系統(tǒng)溶液維持平衡，但是再生系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，解析出的酸氣經(jīng)過(guò)酸氣冷凝器和冷卻器的冷卻，冷卻介質(zhì)分別為循環(huán)水和低溫水。同時(shí)再生塔解析出的貧液需要經(jīng)過(guò)低溫冷卻器換熱降溫。在上述換熱的過(guò)程中，一旦換熱器發(fā)生滲漏，系統(tǒng)中摻入循環(huán)水和低溫水，一方面系統(tǒng)水量會(huì)不斷增加，需要不斷提高外排溶液進(jìn)行平衡，另一方面系統(tǒng)溶液的質(zhì)量惡化，嚴(yán)重的話(huà)會(huì)影響到脫硫效率。

1.4 再生效果

脫硫貧液中KHS的含量對(duì)脫硫液吸收煤氣中的H2S影響很大，根據(jù)反應(yīng)推動(dòng)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(yīng)、富液溫度、富液中組分的濃度等都會(huì)影響脫硫液的再生。

2 脫硫塔與再生塔匹配方式對(duì)脫硫效率的影響

真空碳酸鉀脫硫工藝中，選擇一個(gè)最佳的液/氣比數(shù)值是保證脫硫效率的關(guān)鍵，以保證H2S的選擇性脫除率達(dá)到最高[3]。由于煤氣中存在CO2和H2S的競(jìng)爭(zhēng)吸收，但CO2和H2S在K2CO3溶液中存在吸收動(dòng)力學(xué)速率的差異，通常由于H2S的吸收速率比較快，當(dāng)達(dá)到一定的吸收率后，出口H2S濃度即達(dá)到固定值，不會(huì)隨接觸時(shí)間而變化，因此H2S可以被選擇性吸收。根據(jù)不同的設(shè)備組合以調(diào)控氣液比，進(jìn)而對(duì)脫硫效率進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 一對(duì)一模式

采用一組脫硫塔對(duì)應(yīng)一組再生塔，脫硫塔和再生塔均分兩段運(yùn)行，即脫硫塔的上、下段分別對(duì)應(yīng)再生塔的下、上段。自2008年6月份開(kāi)工到2010年2月，煤氣處理量在50000 Nm3/h左右。采用一對(duì)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(duì)一模式下的運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)值。

表1 一對(duì)一運(yùn)行模式下部分工藝參數(shù)和設(shè)計(jì)值對(duì)比

2010年3 月開(kāi)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(yùn)行，對(duì)水處理生產(chǎn)造成較大影響，后不得不停止運(yùn)行。為此，將脫硫塔貧液噴灑量進(jìn)行調(diào)整，并將脫硫塔上段噴灑溶液部分溢流至下段，通過(guò)調(diào)整后，脫硫效果明顯好轉(zhuǎn)，但仍然不能完全達(dá)到要求，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 一對(duì)一模式下脫硫效果跟蹤表

2.2 二對(duì)二模式

采用兩組脫硫塔分別對(duì)應(yīng)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(kāi)始，脫硫塔和再生塔采用二對(duì)二模式，在煤氣處理量為80000～90000 m3/h的情況下，從表3中的數(shù)據(jù)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(jié)語(yǔ)

文章對(duì)焦?fàn)t煤氣真空碳酸鉀脫硫工藝中的多塔匹配方式進(jìn)行了分析。在二對(duì)二的模式下貧液中的KHS的含量在0.45/0.58解析效率達(dá)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(fù)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(duì)二模式下運(yùn)行數(shù)據(jù)