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東獅濕法脫硫新技術在紹興化工脫硫裝置的設計與應用

自濕式氧化法脫硫技術產生以來,在生產實踐中就一直伴隨著疑難問題的出現,由于生產負荷較輕以及煤氣中硫化氫含量較低沒有被完全暴露出來。但隨著企業生產規模的不斷擴大以及新型煤氣化技術的應用,特別是改燒高硫煤后,煤氣中的硫化氫含量高達8g/Nm3以上,二氧化碳含量高達40%以上。這樣,傳統濕法脫硫在實際生產中所暴露的問題越來越多,有的已嚴重影響了企業的正常生產,給企業帶來了較大的經濟損失。傳統濕法脫硫工藝在脫高硫時,普遍存在如下幾個問題:①堵塔;②脫硫效率偏低;③副鹽生成率高;④殘液回收難;⑤設備及管道腐蝕日趨嚴重;⑥系統阻力大,動力消耗高;⑦再生效果差;⑧裝置龐大且投資和運行成本高;⑨工藝和設備技術落后,設計不合理;⑩輔料消耗不均衡。尤其是堵塔問題,更是讓企業深受其害,苦不堪言。
長春東獅公司研發中心根據市場反饋信息,經小試、中試以及工業化生產實踐,對傳統濕法脫高硫工藝進行了科學合理的優化,摸索出一套行之有效的濕法脫高硫新工藝、新技術。該工藝可依據企業煤氣脫硫工藝參數因地制宜來進行新項目設計,也可對原裝置進行技術挖潛改造。在設備配置方面,采用了東獅公司近年來研發的脫硫專用核心設備,不僅提高了生產操作彈性和脫硫效率,還從根本上解決了填料塔堵塔問題,有效地降低了生產運行成本。該技術在浙江紹興化工有限公司變換氣脫硫工程項目設計中得到了成功的應用,取得了令人滿意的效果。

項目概況

紹興化工有限公司是浙江康恩貝集團旗下一家具有40多年化工生產歷史的國有轉民營化工企業,公司主要產品有液氨、液體二氧化碳、工業氫氣、農用碳酸氫銨、氨水、甲醇等。2015年,該公司的《高濃度廢液資源化處理,無公害示范裝置EPC工程項目》由西北化工研究院總包。2015年7月,長春東獅公司同西北化工研究院訂了《工藝技術設計包授權使用合同》。本項目采用水煤漿制氣,并摻燒一定比例的工業危廢,煤氣中硫化氫及二氧化碳含量均較高。在工程設計上,變換氣濕法脫硫單元,采用了長春東獅所擁有的以下專利、專有技術及核心設備:東獅濕法脫硫工藝、888脫硫催化劑、DSP型高效霧化吸收裝置、新型QYD加壓原料氣脫硫塔復合高效傳質內件、PSC自吸式空氣噴射器及閃蒸塔專用DSJ型解析塔盤等。

2.1  原料氣主要成分(本項目的原料為變換氣,煤氣采用水煤漿制氣,摻燒危廢)

2.2  工藝參數
1)壓力               1.65MPa
2)溫度               40℃
3)原料氣流量         ≤ 24000Nm3/h
4)原料氣中H2S含量   ≤ 3800mg/Nm3
5)脫硫后H2S含量     ≤ 30mg/Nm3


工藝設計方案的制定

該項目中原料氣壓力在1.65MPa,屬加壓脫硫。原料氣中不僅硫化氫含量較高(在3800mg/Nm3),而且CO2含量也較高(在43.98%)。高濃度含硫、二氧化碳的原料氣脫硫,目前在生產中出現的問題較多。如果選用傳統的填料塔工藝,通過這幾年工業化生產的實際情況看,會面臨堵塔的問題。而且CO2含量越高、壓力等級越高,這種現象就越明顯。較高濃度的硫化氫和二氧化碳的原料氣在加壓工況下同堿液發生化學反應,堿液發泡性較嚴重,極容易在塔內產生攔液,導致塔阻力上升,出塔氣體帶液,被迫降低溶液循環量,嚴重影響脫硫效率。因此,在該項目的脫硫塔設計上,東獅公司采用了噴淋空塔技術和新型復合式傳質技術相結合的工藝方案,這種工藝方案可以從很大程度上防止或減緩堵塔問題。

經工藝計算,在工藝流程的選擇上,采用兩級串聯脫硫工藝,第一級脫硫塔(Φ2800×25600)主要結構為,塔下部設計三層新型QYD傳質內件,塔上部設計三層噴淋段(采用DSP型高效霧化噴頭);第二級脫硫塔(Φ2800×34500)主要結構為,下部設計三層新型QYD傳質內件,塔中部設計DS型溶液收集器,塔上部設計兩層填料;閃蒸塔內設計三層DSJ-2600解析塔盤;貧液泵采用差壓能量回收技術(水力渦輪透平機)回收富液能量;氧化再生槽采用PSC空氣自吸式噴射器。這種工藝方案不僅能夠保證脫硫裝置出口H2S含量達到30mg/Nm3以下甚至更低。而且采用由 QYDIM內件的脫硫塔可抑制堿液對變換氣中CO2吸收,從而降低堿的消耗(CO2與堿和水反應生成碳酸氫鈉會消耗堿),同時,可以在很大程度上防止或減緩堵塔問題。

工藝流程如下圖

1 工藝流程圖


工藝流程簡述

5.1  氣相
變換氣經系統入口水分除去氣體中夾帶的液滴后進入脫硫塔A下部。氣體在塔內自下而上流動,依次通過三層以QYD內件為主體的復合傳質裝置。氣體經過多孔分布管,以氣泡的形式穿過一定高度的溶液,氣液鼓泡吸收H2S后,進入上一層傳質裝置。經塔內三層QYD內件傳質裝置出來的氣體,在塔內與上部霧化器噴下的脫硫液逆流接觸,脫除氣體中70%左右H2S,從塔頂引出進入脫硫塔B下部,氣體在塔內自下而上流動,依次通過三層以QYD內件為主體的復合傳質裝置。經三層QYD內件傳質裝置出來的氣體進入填料段繼續反應,最后從脫硫塔頂部引出。經兩級脫硫后,氣體中絕大部分H2S和20%-30%的有機硫被脫硫液吸收,凈化后的氣體送入下續工序。
5.2  液相
兩臺脫硫塔底部引出的富液經水力渦輪透平機回收脫硫液能量后進入閃蒸塔。脫硫富液在閃蒸塔內閃蒸至0.7Mpa后送到再生槽噴射器,富液高速通過噴射器噴嘴時,其吸氣室形成負壓自動吸入空氣,富液與空氣兩相并流經噴射器喉管、擴散管由尾管排出并由再生槽底部向上流動。此時,富液中的懸浮硫顆粒被空氣浮選形成泡沫飄浮在再生槽上部。清液與泡沫分離后經液位調節閥溢流入貧液槽,由貧液泵分別送至兩臺脫硫塔。
再生槽上部分離出的硫泡沫流入泡沫槽,經泡沫泵送到硫泡沫過濾機。濾液直接返回系統使用,過濾出的硫膏進入熔硫釜加工成硫磺出售。原始開車所需脫硫液及補充軟水在配堿槽中完成。888催化劑的補充,按補充要求,由貧液槽入口貧液管連續滴加入系統。

主要設備配置一覽表


專有核心設備性能綜述

7.1  加壓原料氣QYD復合傳質內件
眾所周知,加壓原料氣QYD復合傳質內件是東獅公司于2007年研發并推廣的一種高效氣液傳質內件,它取代了加壓脫硫塔填料,解決了脫硫塔堵塔難題。但在實際應用過程中,由于生產工藝條件的變化,個別企業曾發生凈化度偏低、塔阻力增大等問題。近年來,東獅公司對該內件進行了全面的升級改進,融于了新的理念和元素,取得了理想的工業化應用效果,升級后的內件(QYDIM傳質內件)于2016年再次獲得了國家發明專利,其專利號為:201610855852.8。QYDIM傳質內件是QYD傳質內件的改進型,可以適應高H2S含量(1000mg/Nm3以上)工藝條件下氣體中H2S的脫除。長春東獅公司完成QYDIM傳質內件的實驗和測試后,于2015年在浙江豐登化工有限公司處理氣量22000Nm3/h的變脫裝置中進行了工業應用。該裝置氣體中H2S含量3.5g/Nm3,操作壓力1.1MPa,采用兩級脫硫設計,系統出口氣體H2S含量≤10mg/Nm3。經過一年多的運行,該裝置運行平穩,在裝置進口氣體H2S含量最高達到6.0g/Nm3的情況下,裝置出口氣體H2S含量仍能在10-20mg/Nm3的脫硫精度下穩定運行。
該技術的特點是(與填料塔比):
(1)投資小,可節省約20-30%的設備投資。
(2)徹底解決了堵塔問題。
(3)硫容大,循環量小,可節約20-30%的循環量。
(4)循環量可依據硫化氫的高低隨意調節,不受任何影響。
(5)新塔設計時,塔的高度要比填料塔低10m左右。
(6)氣液接觸時間大大縮短,減少了變換氣中CO2對脫硫所產生的影響。
(7)該內件設計新穎,結構簡單,安裝簡便,操作彈性大,且投資小,見效快。
7.2  噴淋空塔專用DSP型高效霧化噴頭
對于噴淋空塔技術,其實很早就被運用到脫硫上來,只是由于受當時技術的局限性(噴頭的霧化技術及設計安裝的合理性)沒能達到預期的效果,才使這個技術沒有被推廣開來。就脫硫工藝的特殊性看,噴淋空塔技術與(旋流板、噴射塔、湍球塔)相比,噴淋技術是較有發展空間和發展前途的技術。特別在脫高硫上更加顯示該技術的優越性。
經過多年的努力,長春東獅公司研制開發出適應于噴淋空塔應用的DSP型高效霧化噴頭,并且設計了一整套靈活巧妙的噴頭布置形式。該噴頭可將脫硫液在一定壓力作用下,通過與連續變小的螺旋面相切和碰撞,變成微小的液珠噴出而形成接近于氣態的霧狀。故噴頭的霧化狀態好壞與否,直接決定脫硫吸收反應效果。DSP型高效霧化噴頭科學合理的設計,可使脫硫液在給定尺寸的管道上能達到最大流量值,從而使噴出的脫硫液達到高效霧化效果,大大提高了噴淋空塔脫硫效率。這也為傳統的依靠填料為傳質元件的脫硫反應向無填料氣液直接接觸的轉化提供了技術保證。通過我們眾多的工業化生產實例看,空噴技術在脫硫上的應用意義十分重大,因為它主要解決了如下諸多問題:
(1)當使用高硫煤制氣時,單獨使用噴淋空塔或與填料塔相結合可從根本上避免或者在最大程度上減少堵塔問題。
(2)解決系統阻力大的問題,真正實現反應段零阻力。
(3)提高脫硫液的硫容,降低溶液循環量。
(4)降低一次性投資(與填料塔相比,同等條件下要減少30-50%)。
(5)調節靈活,易于操作。
裝置開車運行效果

在設備安裝、試車及投料開車調試過程中,東獅公司技術人員一直在現場做技術指導。在紹化公司領導的大力配合下,該脫硫裝置完全達到了預期效果。同時東獅人踏實、嚴謹的工作作風也受到了貴公司領導的贊揚。
脫硫吸收液采用30%的氫氧化鈉溶液,脫硫催化劑采用888+烤膠。裝置于2017年4月2日投料開車,經過近一個月的調試,達到了較令人滿意的效果。在變換氣流量20000 Nm3/h左右,變換氣壓力1.6MPa左右,變換氣中H2S含量:2400mg/Nm3左右,脫硫后H2S含量始終穩定在3.7mg/Nm3,系統運行較穩定,溶液循環量僅700 m3/h就能滿足生產要求。2017年8月13日,在赴現場回訪客戶時,在變換氣流量22000 Nm3/h,變換氣壓力1.6MPa左右,變換氣中H2S含量:1800mg/Nm3左右,脫硫后H2S含量始終穩定在1.9mg/Nm3,脫硫裝置自開車調試后一直運行穩定。調試后的數據統計如表3(數據來自現場生產記錄)。

8月份回訪客戶時的現場數據統計如表4(數據來自現場生產記錄)。


由以上統計數據不難看出,東獅脫硫新技術在紹興化工有限公司變換氣脫硫裝置的成功應用,充分體現了該技術具有如下特點:
①采用888脫硫催化劑,不僅脫硫效率高,還對COS有一定的脫除效果。
②該工藝技術具有壓降小、硫容高、綜合消耗低的優點。
③新裝置占地面積小,運行穩定性和可靠性高。
④新裝置投資省,可節約30-50%的投資。
⑤裝置采用東獅公司脫硫專用核心設備,不僅脫硫效率提高,而且從根本上解決了脫硫塔堵塔問題。
⑥再生效果好。采用PSC型再生槽專用噴射器,脫硫液再生效果較好。有效地降低了化工物料消耗。
結語

近年來,長春東獅公司已為新疆、內蒙、吉林、河北、江蘇、福建等多家含高硫原料氣的脫硫工序進行了整套工藝包設計,項目有的正在設計階段,有的已進入安裝階段,有的即將進入開車調試階段。在廣大脫硫同仁的大力支持下,長春東獅濕法脫硫新技術必將取得更好的效果,為各化工企業帶來豐厚的經濟效益,取得效益、環保雙豐收。

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關鍵詞: 888脫硫催化劑 脫硫技術 脫硫設備 脫硫催化劑 改造



 
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