喷射脱硫塔在半水煤气脱硫中的应用

石春发

(云南云天化国际化工有限公司红磷分公司　云南开远 661600)



喷射脱硫塔在半水煤气脱硫中的应用

石春发

(云南云天化国际化工有限公司红磷分公司云南开远 661600)

云南云天化国际化工有限公司红磷分公司现拥有1套年产80 kt合成氨装置，造气系统采用间歇式固定层气化法，以焦炭作为原料。该装置于1997年7月开工建设，1999年9月投产，起初建设规模为年产30 kt液氨；后为了适应装置规模不断发展的需要，于2002年进行了“3改8”技术改造，装置规模扩大为年产80 kt液氨。近年来，随着焦炭价格的不断上涨，合成氨生产成本不断增加，为此，红磷分公司于2012年启动了原料路线改造项目，其主要内容是采用本地价格相对低廉的高硫劣质无烟煤制作煤棒，代替焦炭生产合成氨。该改造于2012年底结束，2013年初投入正常运行。

红磷分公司原半水煤气脱硫采用两级脱硫工艺，一级采用角钢穿流板，二级采用填料塔，设计进口气中H2S质量浓度为4.5 g/m3(标态)。在2012年原料路线改造中，拟使用的无烟煤硫含量设计为3.5%(质量分数)，初步折算成半水煤气中H2S质量浓度约为9.0 g/m3(标态)，原有的半水煤气脱硫能力无法满足原料路线改造后半水煤气的脱硫要求，因此，半水煤气脱硫装置作为原料路线改造的子项目同步进行技改。本次半水煤气脱硫装置技改的主要内容就是在原装置基础上增设脱硫塔，以提高脱硫处理能力；但若采用传统填料塔，会带来脱硫系统阻力高、易堵塔等问题。后结合实际情况并通过综合考虑，创新性地采用喷射脱硫塔进行脱硫。

1　喷射脱硫塔工艺流程

喷射脱硫塔工艺流程见图1。经贫液泵加压后的脱硫液(0.5 MPa)从喷射脱硫塔顶部进入，经喷嘴后进入吸气室产生负压，半水煤气从侧面进入吸气室，与脱硫液一起经过收缩管，充分混合吸收半水煤气中H2S，然后依次进入扩散管、尾管进一步吸收半水煤气中H2S，最后进入接液槽进行气液分离，分离出的半水煤气从接液槽的顶部送至二级脱硫塔，吸收了半水煤气中H2S的脱硫液经回液管进入富液槽，富液由富液泵加压后送至再生槽进行再生，然后循环使用。接液槽液位可随脱硫压力自动进行调节，若脱硫压力高，则接液槽液位自然降低；若脱硫压力低，则接液槽液位自然升高。

图1　 喷射脱硫塔工艺流程

2　喷射脱硫塔设计参数

红磷分公司增设了2台喷射脱硫塔，单台设计处理气量22 500 m3/h(标态)。主要设计参数：脱硫半水煤气流量45 000 m3/h标态，喷射脱硫塔进、出口H2S质量浓度分别为10 g/m3(标态)和4 g/m3(标态)，脱硫液循环量1 170 m3/h，脱硫效率60%。

3　喷射脱硫塔的位置

由于喷射脱硫塔气液接触时间相对较短、接触面积相对较小，因此，比较适用于吸收介质浓度高的地方，只宜作为初处理使用，不宜作为把关使用。为最大限度发挥喷射脱硫塔的优势，根据半水煤气脱硫流程中各点工艺参数，将喷射脱硫塔作为一级脱硫，设置在罗茨风机出口总管上。其好处：①罗茨风机出口处在整个半水煤气脱硫系统中H2S含量最高，喷射脱硫塔放置在此处，吸收反应推动力较大，吸收效果最好；②因喷射脱硫塔无填料，而一级脱硫由于半水煤气中氧含量相对较高，易析出硫膏而产生堵塔现象，喷射脱硫塔放置在此处，就不必担心出现堵塔现象；③因喷射脱硫塔对气体有一定的加压作用，放置在罗茨风机出口，可直接降低罗茨风机出口压力，从而降低了罗茨风机负荷，保证其安全、稳定运行。

4　采用喷射脱硫塔后运行情况

该喷射脱硫塔于2013年4月投入使用，运行基本正常，但由于喷射脱硫塔进口H2S质量浓度仅为6.4 g/m3(标态)，因此，人为降低了喷射脱硫塔脱硫液的循环量。

喷射脱硫塔工艺参数见表1。

表1　喷射脱硫塔工艺参数

由表1可以看出：脱硫效率高于设计值1.1%；但半水煤气流量低于设计值7 000 m3/h(标态)，喷射脱硫塔进口气中H2S质量浓度高于设计值4.6 g/m3(标态)，脱硫液循环量低于设计值674 m3/h。

为验证半水煤气流量和脱硫喷射塔进口气体中H2S含量达到设计要求时，脱硫喷射塔出口气体中H2S含量能否达到要求，根据实际运行条件进行了计算：①实际运行时的脱除H2S量=38 000×(5.4-2.1)=125 400(g/h)，则实际运行脱硫液硫容=125 400÷496=252.82(g/m3)；②设计脱除H2S量=45 000×(10.0-4.0)=270 000(g/h)，则设计脱硫液硫容=270 000÷1 170=230.77(g/m3)。计算结果表明，设计脱硫液硫容小于实际运行脱硫液硫容，因此，当半水煤气流量和脱硫喷射塔进口气体中H2S含量达到设计值时，喷射脱硫塔出口气体中H2S含量也能达到设计要求。

5　效益分析

红磷分公司增设喷射脱硫塔后，基本达到了预期的效果：①喷射脱硫塔自2013年4月投用以来，基本没出现过堵塔停车清理现象；而采用填料塔清理周期为半年1次，每次停车3 d，按液氨2 700元/t、液氨产量250 t/d计，则可减少损失202.0万元；加上每次开、停车置换损失原料煤约300 t，按煤价830元/t计，可减少损失24.9万元。②在不增加塔的脱硫阻力的情况下，提高了脱硫装置的处理能力，保证了罗茨风机的安全、稳定、高效运行。

6　注意事项

(1) 接液槽空间要足够。接液槽在喷射脱硫塔中的作用除了储存脱硫液外，还承担着气液分离的功能，原设计高度为5 m，但在使用过程中，由于气液分离空间不够，易产生带液现象，后加高至6 m，基本未出现带液现象。

(2) 回液管的液封高度要足够。回液管除了起到将接液槽内的脱硫液返回富液槽的作用外，还起着液封作用，防止接液槽内半水煤气窜入富液槽内，故回液管液封产生的静压应大于脱硫装置的最高压力。一般脱硫压力不超过50 kPa，理论计算回液管液封高度为4.8 m即可满足要求；红磷分公司原设计为5.5 m，但在运行过程中，由于产生漩涡现象，时常会出现半水煤气窜入富液槽的现象，后将回液管液封高度改为6.5 m，再未出现窜气现象。

(3) 接液槽和富液槽之间应设有连通管。在正常状况下，因半水煤气脱硫装置有压力，接液槽内脱硫液因装置压力到达富液槽；但在非正常情况下，如需将富液槽内脱硫液返回接液槽，则无法使用回液管，因此，需要设置接液槽和富液槽之间的连通管，以供在非正常状况下使用。在连通管中间也应加装阀门，为防止此处发生跑液、跑气现象，该阀门正常运行时必须关闭。

(4) 接液槽回液管底部应有防涡流装置。

半水煤气脱硫装置在运行脱除中，若出现压力高、接液槽液位较低的状况，容易在接液槽回液管底部产生涡流，导致半水煤气窜入富液槽内而发生安全事故。为防止此类现象发生，应在接液槽回液管底部设置防涡流装置。

(5) 喷射器脱硫塔和接液槽之间应有减振装置。脱硫液进入喷射脱硫塔时，由于压力较高，容易产生共振，若喷射脱硫塔和接液槽之间采用刚性连接，则易发生连接部位撕裂事故，因此，应在喷射器和接液槽之间设置减振装置。

7　结语

在合成氨生产过程中，半水煤气脱硫装置出现最多的问题是脱硫塔堵塞导致阻力升高。从设计角度讲，采用高效而不容易产生堵塞的脱硫塔是半水煤气脱硫装置长周期运行的关键，红磷分公司在半水煤气脱硫中创新性地使用了喷射脱硫塔，对今后半水煤气脱硫装置的设计和改造提供了另一种思路。

2015- 08- 17)