石春發(fā)

(云南云天化國(guó)際化工有限公司紅磷分公司　云南開(kāi)遠(yuǎn) 661600)

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噴射脫硫塔在半水煤氣脫硫中的應(yīng)用

石春發(fā)

(云南云天化國(guó)際化工有限公司紅磷分公司云南開(kāi)遠(yuǎn) 661600)

云南云天化國(guó)際化工有限公司紅磷分公司現(xiàn)擁有1套年產(chǎn)80 kt合成氨裝置，造氣系統(tǒng)采用間歇式固定層氣化法，以焦炭作為原料。該裝置于1997年7月開(kāi)工建設(shè)，1999年9月投產(chǎn)，起初建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)30 kt液氨；后為了適應(yīng)裝置規(guī)模不斷發(fā)展的需要，于2002年進(jìn)行了“3改8”技術(shù)改造，裝置規(guī)模擴(kuò)大為年產(chǎn)80 kt液氨。近年來(lái)，隨著焦炭?jī)r(jià)格的不斷上漲，合成氨生產(chǎn)成本不斷增加，為此，紅磷分公司于2012年啟動(dòng)了原料路線改造項(xiàng)目，其主要內(nèi)容是采用本地價(jià)格相對(duì)低廉的高硫劣質(zhì)無(wú)煙煤制作煤棒，代替焦炭生產(chǎn)合成氨。該改造于2012年底結(jié)束，2013年初投入正常運(yùn)行。

紅磷分公司原半水煤氣脫硫采用兩級(jí)脫硫工藝，一級(jí)采用角鋼穿流板，二級(jí)采用填料塔，設(shè)計(jì)進(jìn)口氣中H2S質(zhì)量濃度為4.5 g/m3(標(biāo)態(tài))。在2012年原料路線改造中，擬使用的無(wú)煙煤硫含量設(shè)計(jì)為3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，初步折算成半水煤氣中H2S質(zhì)量濃度約為9.0 g/m3(標(biāo)態(tài))，原有的半水煤氣脫硫能力無(wú)法滿足原料路線改造后半水煤氣的脫硫要求，因此，半水煤氣脫硫裝置作為原料路線改造的子項(xiàng)目同步進(jìn)行技改。本次半水煤氣脫硫裝置技改的主要內(nèi)容就是在原裝置基礎(chǔ)上增設(shè)脫硫塔，以提高脫硫處理能力；但若采用傳統(tǒng)填料塔，會(huì)帶來(lái)脫硫系統(tǒng)阻力高、易堵塔等問(wèn)題。后結(jié)合實(shí)際情況并通過(guò)綜合考慮，創(chuàng)新性地采用噴射脫硫塔進(jìn)行脫硫。

1　噴射脫硫塔工藝流程

噴射脫硫塔工藝流程見(jiàn)圖1。經(jīng)貧液泵加壓后的脫硫液(0.5 MPa)從噴射脫硫塔頂部進(jìn)入，經(jīng)噴嘴后進(jìn)入吸氣室產(chǎn)生負(fù)壓，半水煤氣從側(cè)面進(jìn)入吸氣室，與脫硫液一起經(jīng)過(guò)收縮管，充分混合吸收半水煤氣中H2S，然后依次進(jìn)入擴(kuò)散管、尾管進(jìn)一步吸收半水煤氣中H2S，最后進(jìn)入接液槽進(jìn)行氣液分離，分離出的半水煤氣從接液槽的頂部送至二級(jí)脫硫塔，吸收了半水煤氣中H2S的脫硫液經(jīng)回液管進(jìn)入富液槽，富液由富液泵加壓后送至再生槽進(jìn)行再生，然后循環(huán)使用。接液槽液位可隨脫硫壓力自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，若脫硫壓力高，則接液槽液位自然降低；若脫硫壓力低，則接液槽液位自然升高。

圖1　 噴射脫硫塔工藝流程

2　噴射脫硫塔設(shè)計(jì)參數(shù)

紅磷分公司增設(shè)了2臺(tái)噴射脫硫塔，單臺(tái)設(shè)計(jì)處理氣量22 500 m3/h(標(biāo)態(tài))。主要設(shè)計(jì)參數(shù)：脫硫半水煤氣流量45 000 m3/h標(biāo)態(tài)，噴射脫硫塔進(jìn)、出口H2S質(zhì)量濃度分別為10 g/m3(標(biāo)態(tài))和4 g/m3(標(biāo)態(tài))，脫硫液循環(huán)量1 170 m3/h，脫硫效率60%。

3　噴射脫硫塔的位置

由于噴射脫硫塔氣液接觸時(shí)間相對(duì)較短、接觸面積相對(duì)較小，因此，比較適用于吸收介質(zhì)濃度高的地方，只宜作為初處理使用，不宜作為把關(guān)使用。為最大限度發(fā)揮噴射脫硫塔的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)半水煤氣脫硫流程中各點(diǎn)工藝參數(shù)，將噴射脫硫塔作為一級(jí)脫硫，設(shè)置在羅茨風(fēng)機(jī)出口總管上。其好處：①羅茨風(fēng)機(jī)出口處在整個(gè)半水煤氣脫硫系統(tǒng)中H2S含量最高，噴射脫硫塔放置在此處，吸收反應(yīng)推動(dòng)力較大，吸收效果最好；②因噴射脫硫塔無(wú)填料，而一級(jí)脫硫由于半水煤氣中氧含量相對(duì)較高，易析出硫膏而產(chǎn)生堵塔現(xiàn)象，噴射脫硫塔放置在此處，就不必?fù)?dān)心出現(xiàn)堵塔現(xiàn)象；③因噴射脫硫塔對(duì)氣體有一定的加壓作用，放置在羅茨風(fēng)機(jī)出口，可直接降低羅茨風(fēng)機(jī)出口壓力，從而降低了羅茨風(fēng)機(jī)負(fù)荷，保證其安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4　采用噴射脫硫塔后運(yùn)行情況

該噴射脫硫塔于2013年4月投入使用，運(yùn)行基本正常，但由于噴射脫硫塔進(jìn)口H2S質(zhì)量濃度僅為6.4 g/m3(標(biāo)態(tài))，因此，人為降低了噴射脫硫塔脫硫液的循環(huán)量。

噴射脫硫塔工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　噴射脫硫塔工藝參數(shù)

由表1可以看出：脫硫效率高于設(shè)計(jì)值1.1%；但半水煤氣流量低于設(shè)計(jì)值7 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，噴射脫硫塔進(jìn)口氣中H2S質(zhì)量濃度高于設(shè)計(jì)值4.6 g/m3(標(biāo)態(tài))，脫硫液循環(huán)量低于設(shè)計(jì)值674 m3/h。

為驗(yàn)證半水煤氣流量和脫硫噴射塔進(jìn)口氣體中H2S含量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，脫硫噴射塔出口氣體中H2S含量能否達(dá)到要求，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行條件進(jìn)行了計(jì)算：①實(shí)際運(yùn)行時(shí)的脫除H2S量=38 000×(5.4-2.1)=125 400(g/h)，則實(shí)際運(yùn)行脫硫液硫容=125 400÷496=252.82(g/m3)；②設(shè)計(jì)脫除H2S量=45 000×(10.0-4.0)=270 000(g/h)，則設(shè)計(jì)脫硫液硫容=270 000÷1 170=230.77(g/m3)。計(jì)算結(jié)果表明，設(shè)計(jì)脫硫液硫容小于實(shí)際運(yùn)行脫硫液硫容，因此，當(dāng)半水煤氣流量和脫硫噴射塔進(jìn)口氣體中H2S含量達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，噴射脫硫塔出口氣體中H2S含量也能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5　效益分析

紅磷分公司增設(shè)噴射脫硫塔后，基本達(dá)到了預(yù)期的效果：①噴射脫硫塔自2013年4月投用以來(lái)，基本沒(méi)出現(xiàn)過(guò)堵塔停車清理現(xiàn)象；而采用填料塔清理周期為半年1次，每次停車3 d，按液氨2 700元/t、液氨產(chǎn)量250 t/d計(jì)，則可減少損失202.0萬(wàn)元；加上每次開(kāi)、停車置換損失原料煤約300 t，按煤價(jià)830元/t計(jì)，可減少損失24.9萬(wàn)元。②在不增加塔的脫硫阻力的情況下，提高了脫硫裝置的處理能力，保證了羅茨風(fēng)機(jī)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

6　注意事項(xiàng)

(1) 接液槽空間要足夠。接液槽在噴射脫硫塔中的作用除了儲(chǔ)存脫硫液外，還承擔(dān)著氣液分離的功能，原設(shè)計(jì)高度為5 m，但在使用過(guò)程中，由于氣液分離空間不夠，易產(chǎn)生帶液現(xiàn)象，后加高至6 m，基本未出現(xiàn)帶液現(xiàn)象。

(2) 回液管的液封高度要足夠?；匾汗艹似鸬綄⒔右翰蹆?nèi)的脫硫液返回富液槽的作用外，還起著液封作用，防止接液槽內(nèi)半水煤氣竄入富液槽內(nèi)，故回液管液封產(chǎn)生的靜壓應(yīng)大于脫硫裝置的最高壓力。一般脫硫壓力不超過(guò)50 kPa，理論計(jì)算回液管液封高度為4.8 m即可滿足要求；紅磷分公司原設(shè)計(jì)為5.5 m，但在運(yùn)行過(guò)程中，由于產(chǎn)生漩渦現(xiàn)象，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)半水煤氣竄入富液槽的現(xiàn)象，后將回液管液封高度改為6.5 m，再未出現(xiàn)竄氣現(xiàn)象。

(3) 接液槽和富液槽之間應(yīng)設(shè)有連通管。在正常狀況下，因半水煤氣脫硫裝置有壓力，接液槽內(nèi)脫硫液因裝置壓力到達(dá)富液槽；但在非正常情況下，如需將富液槽內(nèi)脫硫液返回接液槽，則無(wú)法使用回液管，因此，需要設(shè)置接液槽和富液槽之間的連通管，以供在非正常狀況下使用。在連通管中間也應(yīng)加裝閥門，為防止此處發(fā)生跑液、跑氣現(xiàn)象，該閥門正常運(yùn)行時(shí)必須關(guān)閉。

(4) 接液槽回液管底部應(yīng)有防渦流裝置。

半水煤氣脫硫裝置在運(yùn)行脫除中，若出現(xiàn)壓力高、接液槽液位較低的狀況，容易在接液槽回液管底部產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致半水煤氣竄入富液槽內(nèi)而發(fā)生安全事故。為防止此類現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)在接液槽回液管底部設(shè)置防渦流裝置。

(5) 噴射器脫硫塔和接液槽之間應(yīng)有減振裝置。脫硫液進(jìn)入噴射脫硫塔時(shí)，由于壓力較高，容易產(chǎn)生共振，若噴射脫硫塔和接液槽之間采用剛性連接，則易發(fā)生連接部位撕裂事故，因此，應(yīng)在噴射器和接液槽之間設(shè)置減振裝置。

7　結(jié)語(yǔ)

在合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，半水煤氣脫硫裝置出現(xiàn)最多的問(wèn)題是脫硫塔堵塞導(dǎo)致阻力升高。從設(shè)計(jì)角度講，采用高效而不容易產(chǎn)生堵塞的脫硫塔是半水煤氣脫硫裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵，紅磷分公司在半水煤氣脫硫中創(chuàng)新性地使用了噴射脫硫塔，對(duì)今后半水煤氣脫硫裝置的設(shè)計(jì)和改造提供了另一種思路。

2015- 08- 17)