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        脫硫相關(guān)技術(shù)分析及探討

        2012-04-10 22:59:07李曉斌
        化工設(shè)計(jì)通訊 2012年1期
        關(guān)鍵詞:硫容富液液氣

        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)月來寺河礦的高硫煤大量摻燒后,脫硫系統(tǒng)長期處于高硫前狀態(tài)下運(yùn)行,問題不斷地暴露出來,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)間長了肯定會(huì)對身體健康產(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。我們在低硫前時(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,以此來降低副鹽含量,否則脫硫系統(tǒng)可能崩潰,將對整個(gè)公司的經(jīng)營帶來不可估量的影響。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,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,以及硫泡沫少的問題,一旦硫泡沫反應(yīng)層增厚或沒有硫泡沫,懸浮硫就會(huì)增長;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。現(xiàn)在好多兄弟企業(yè)使用的是連續(xù)熔硫,對再生有一定的影響,但我們采用板框壓濾,確保了清液質(zhì)量,而且對再生沒有影響。

        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),對后工序基本沒有影響。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,我們在壓縮機(jī)檢修時(shí),在一段發(fā)現(xiàn)了大量的硫磺堵活門的現(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題。如果使用折流板除沫器情況會(huì)相對好一些,但要根據(jù)脫硫塔的空塔氣速對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月份我們在河南大江看到,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,被動(dòng)地應(yīng)付霧沫夾帶問題,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?。ㄒ话阏J(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)?,F(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,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地限制暫時(shí)不能實(shí)施,主要通過規(guī)范管理,提高液位來延長再生時(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)間從原來的6min延長到了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)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

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