新型變脫塔在變換氣脫硫中的應(yīng)用剖析

1、新型變脫塔在變換氣脫硫中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用張大濤（山東晉煤明升達(dá)化工有限公司泰安 271400 ）0前言山東晉煤明升達(dá)化工有限公司，成立于2009年5月，系原山東飛達(dá)化工科技有限公司與山東晉煤明水化工集團(tuán) 有限公司合資合作后成立的新公司。公司現(xiàn)為國家級“高新技術(shù)企業(yè)”設(shè)有“博士后科研工作站” “省級技術(shù)中心”和“泰安市 橡膠助劑工程技術(shù)研究中心”。目前，主導(dǎo)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力分 別為合成氨12萬噸/年、尿素18萬噸/年、橡膠防老劑5000 噸/年、食品級二氧化碳 2萬噸/年、甲醇2萬噸/年、無碳氨 水15000噸/年。公司變換氣脫硫裝置原為3000 X31800的填料吸收塔 改造而成，由于隨著產(chǎn)量的增加

2、，變換氣脫硫崗位的裝置明顯 處于超負(fù)荷狀態(tài)，變脫塔壓差大、帶夜、被迫開近路維持生 產(chǎn)，變脫后H2S指標(biāo)無法得到保障，且當(dāng)時(shí)變脫塔、再生槽 等設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，變脫塔塔體多次發(fā)生泄漏，成了生產(chǎn)裝置 的重大安全隱患。能否開發(fā)一種投資少， 脫硫效率高、節(jié)能、 又不堵塔能夠長周期穩(wěn)定運(yùn)行的新型變脫塔，以解決生產(chǎn)的 瓶頸問題，已成為公司的當(dāng)務(wù)之急。1. 設(shè)計(jì)方案的確定變換氣中H2S的脫除是保證合成氨和尿素生產(chǎn)裝置長 期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，是生產(chǎn)工藝控制的重中之重。氣體中 H2S超標(biāo)對碳酸丙烯酯脫碳系統(tǒng)會在水冷器壁及填料上沉積 硫垢、堵塞填料、造成帶液；對銅洗系統(tǒng)會使銅液吸收H2S生成CuS沉淀，造成銅洗帶液、銅

3、耗增加；對尿素和碳銨系 統(tǒng)，還會造成設(shè)備腐蝕，影響尿素及碳銨產(chǎn)品質(zhì)量。針對以 上危害我們在方案設(shè)計(jì)上進(jìn)行了全面的分析。1.1脫硫催化劑的確定目前，我國氮肥行業(yè)變換氣脫硫工藝絕大多數(shù)采用濕式催化氧化法，脫硫催化劑主要有考校、KCA、888、OTS、DDS、PDS等，這些催化劑的原理基本上大同小異，作用各有千秋?？夹：?KCA對變換氣中H2S含量較高時(shí)，效果較 好，但脫硫后的指標(biāo)的 H2S精度不是很理想；888、DDS、 OTS等對脫硫后變換氣中 H2S可以達(dá)到比較低的指標(biāo)，但 對脫硫前變換氣中 H2S含量有嚴(yán)格的要求。結(jié)合我公司的實(shí) 際情況，我們確定采用 KCA和888兩種催化劑混用。1.2脫硫

4、塔的確定目前，我國氮肥行業(yè)變換氣脫硫裝置中基本上采用填料吸收塔和板式吸收塔兩種，填料吸收塔約占70%，在填料吸收塔中根據(jù)氣液分布裝置和填料的不同，又有規(guī)整填料塔和散裝填料塔。填料吸收塔具有結(jié)構(gòu)簡單、壓力降小、造價(jià)低、維修施工方便、且填料可用各種材料制造耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。缺 點(diǎn)是氣液分布不均勻時(shí)吸收效率低、易堵塔、為保持一定的 氣液比液體的循環(huán)量較大，能耗較高。板式吸收塔是分級接 觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。目前，氮肥行業(yè)變換氣脫硫 采用的板式脫硫塔主要有垂直篩板塔、浮閥塔和長春東獅公 司研制的QYD型內(nèi)件變換氣脫硫塔。板式塔具有脫硫效率 高、處理能力大、操作彈性大、不易堵塔、所需循環(huán)量小能 耗低等

5、優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高投資大、維修施工不 便、內(nèi)件易腐蝕。結(jié)合我公司的實(shí)際情況，組織相關(guān)工程技 術(shù)人員，多次到兄弟廠家及科研院所進(jìn)行考察，經(jīng)過反復(fù)論 證和工藝、設(shè)備方面的計(jì)算，公司決定研制一種新型高效變 脫塔。1.3新型高效變脫塔的原理新型高效變脫塔充分利用了脫硫反應(yīng)機(jī)理-H 2S和堿溶液瞬間反應(yīng)的特性（其反應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 CO2與脫硫液的 反應(yīng)速度），采用氣體在液體中鼓泡吸收，利用氣體分布裝 置和氣泡再布裝置形成大量的小氣泡，使氣泡在極短的時(shí)間 內(nèi)與脫硫液充分混合接觸，湍動(dòng)傳質(zhì)，極大的提高了氣體中 H2S的吸收速度和凈化度，從而大大降低設(shè)備的高度和脫硫 液的循環(huán)量。該高效變脫塔由塔體、

6、 塔板、側(cè)向?qū)夤?、氣體平衡管、 氣體分布器和氣泡發(fā)生器、弓形降液管和液封槽、除沫器以 及組裝以后形成的持液段等部分組成。氣體流向：氣體從塔 底部直接進(jìn)入氣體分布器和氣泡發(fā)生器，從氣泡發(fā)生器出來 以后在持液段內(nèi)與脫硫液“潛水”快速鼓泡接觸（分布器在持 液段液面以下），此時(shí)氣體中的 H2S迅速與脫硫堿液發(fā)生反 應(yīng)，同時(shí)氣體以小氣泡形式在浮力作用下向上升騰。為了加 強(qiáng)氣泡與堿液充分接觸，防止嚴(yán)重的氣液夾帶，在氣泡升騰過 程中，氣體分布器將大的氣泡進(jìn)一步破碎形成無數(shù)的小氣泡 群，從而大大強(qiáng)化了氣液傳質(zhì)過程。經(jīng)過第一級吸收后，此 時(shí)H2S的脫除率將達(dá)到50-60%，通過初步凈化后的氣體沿 側(cè)向?qū)夤芤?/p>

7、次進(jìn)入第二級和第三級吸收，脫硫效率達(dá)到 98%以上，凈化后的氣體再經(jīng)除沫器除去氣沫夾帶的液滴及 硫泡沫后出塔。液體流向：脫硫液從上部進(jìn)液管口直接打入上層塔板， 吸收部分H2S后，經(jīng)弓形降液管和液封槽依次溢流至第二和 第三層塔板，完成吸收過程后經(jīng)弓形降液管進(jìn)入塔下部富液 區(qū)，由變脫塔根部液位調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入閃蒸槽，閃蒸后的脫 硫富液進(jìn)入氧化再生槽噴射器氧化再生，再生后的貧液經(jīng)脫 硫泵打入變脫塔，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。1.4設(shè)計(jì)基準(zhǔn)依據(jù)公司合成氨系統(tǒng)各崗位生產(chǎn)裝置的能力，制定了整 體技術(shù)方案，并確定了相應(yīng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件。 設(shè)計(jì)處理變換氣流量50000m 3/h ; 變脫塔入口 H2S含量 0.5=71.2

8、8 萬元。3.3 脫硫液組分由于變換氣中CO2濃度較高（27%左右）采用填料塔 吸收時(shí)間長，在吸收 H2S的同時(shí)，吸收了大量的CO 2 ,堿耗較高。高效變脫塔投入運(yùn)行后脫硫液組分明顯改善，堿耗降 低三分之一，總堿度始終在0.4-0.5mol/l , KCA、888脫硫劑 添加量不變，副鹽含量大幅度降低，貧液中的懸浮硫含量從 0.8g/l 降至 0. 2 g/l。4 經(jīng)濟(jì)效益4.1 投資情況 調(diào)劑塔設(shè)備本體及運(yùn)輸費(fèi)20萬元，吊裝費(fèi)1.5萬元。 氣體分布器、氣泡發(fā)生器、降液管、液封槽、側(cè)向?qū)夤?、氣相平衡管、除沫器等制作及安裝費(fèi)14.5萬元。 工藝管線、閥門、儀表等8萬元。 合計(jì)：44萬元。4.2

9、 經(jīng)濟(jì)效益 節(jié)電效益：（308-128） X24 X330 0.5=71.28 萬元 節(jié)約食用純堿：原來加堿量360Kg/天，改造后200Kg/天，年節(jié)約量 52.8噸，按當(dāng)前市場價(jià) 1860元/噸計(jì) 算，年節(jié)約9.82萬元。 節(jié)約活性炭：原脫碳前活性炭脫硫槽每月更換一次，一槽5噸，改造后一年更換一次，年節(jié)約活性炭脫硫劑55噸、價(jià)值12.1萬元。 合計(jì)：年經(jīng)濟(jì)效益 93.2萬元。5結(jié)語高效變脫塔與傳統(tǒng)填料塔對比，有以下優(yōu)點(diǎn)：大大提高了氣體凈化度；投資小，見效快，節(jié)能顯著；徹底解決了脫 硫塔填料堵塞問題，杜絕了檢修扒塔等系列工作，節(jié)約了人 力物力；操作彈性大，塔阻力小。而且該高效變脫塔特別適 應(yīng)于舊塔改造，改造后單塔生產(chǎn)能力得到大幅度提高。用于 新塔設(shè)計(jì)，由