脱硫塔与再生塔的匹配方式对煤气脱硫效率的影响

董晓锋

(南京江北新区公用资产投资发展有限公司，江苏 南京 210039)

0 引言

某煤化工企业焦炉煤气脱硫采用真空碳酸钾脱硫工艺，该工艺采用K2CO3溶液(KOH反应生成)做脱硫剂，在常压下洗涤焦炉煤气，吸收其中的H2S、HCN、CO2等酸性组分，吸收酸性气体后的富液在真空条件下解吸，得到H2S和HCN为主的酸性气体，气相送到后续装置生产硫酸。为了确保出口煤气H2S≤200 mg/m3，在脱硫塔上部设置了NaOH碱洗段，进一步脱除H2S。工艺流程如图1所示[1]。

图1 真空碳酸钾脱硫工艺流程图

1 影响脱硫效率的因素分析

脱硫塔出口煤气H2S含量在开工初期一直不太稳定，波动很大，经过不断对工艺的摸索，对操作进行优化调整，生产逐渐正常。脱硫效率主要受到以下几方面因素的影响[2]。

1.1 脱硫液的组成和杂质

脱硫液中脱硫剂是K2CO3，但是若其在溶液中的含量过高会抑制再生塔的解析效果，同时也可能造成脱硫液中含量超过溶解度，尤其KHCO3浓度溶液造成结晶析出，严重可能会堵塞填料和设备，因此K2CO3的浓度需要控制在一定的范围。

由于系统中可能会有铁锈，运行一段时间后，溶液中可能会生产KCNS、K4Fe(CN)6、K2S2O3、KCN等杂质，这些物质的含量上升到一定程度会严重影响脱硫效率。循环贫液中各种化合物之总量可以用总碱度来衡量，总碱度是溶液中所有活性K+离子的总和，折合用“总K2CO3”表示，见下式：

生产开工初期，KOH溶液投入量一控制KOH浓度50～ 55 g/L为宜，煤气通入后，由于CO2和H2S的吸收存在竞争关系，溶液以较低的K2CO3浓度作为开工启动值，较低的碱度有利于碳酸钾溶液对H2S的选择吸收，从而有效地抑制CO2的吸收量。

1.2 脱硫液温度

脱硫塔中H2S的吸收是酸碱中和反应，属于放热反应。再生塔中H2S的解析是其逆反应，属于吸热反应。所以控制好脱硫液的温度对促进硫化氢的吸收和解析很重要。在生产中脱硫液温度一般控制在比进塔煤气温度高2 ℃左右，以防止煤气夹带的饱和水蒸汽冷凝下来，稀释脱硫液组分，降低脱硫效果。同时，结合反应的最佳温度，生产过程中按照27～30 ℃控制。这也对前段的终冷温度的控制提出了要求。

1.3 系统的水平衡情况

脱硫系统的水平衡对脱硫效率影响也比较大。进入系统的水包括：煤气冷凝水、KOH补充溶液和补充的软水，系统排出的水包括外排贫液和外排真空冷凝液。为了降低真空冷凝液中的含氨量，维持H2S在真空冷凝液中的平衡，需要连续外排真空冷凝液。正常情况下系统溶液维持平衡，但是再生系统处于负压状态，解析出的酸气经过酸气冷凝器和冷却器的冷却，冷却介质分别为循环水和低温水。同时再生塔解析出的贫液需要经过低温冷却器换热降温。在上述换热的过程中，一旦换热器发生渗漏，系统中掺入循环水和低温水，一方面系统水量会不断增加，需要不断提高外排溶液进行平衡，另一方面系统溶液的质量恶化，严重的话会影响到脱硫效率。

1.4 再生效果

脱硫贫液中KHS的含量对脱硫液吸收煤气中的H2S影响很大，根据反应推动力情况，贫液中KHS含量越低，其吸收H2S和HCN的速率就越高。贫液中的KHS含量主要取决于再生效果，真空度、热源供应、富液温度、富液中组分的浓度等都会影响脱硫液的再生。

2 脱硫塔与再生塔匹配方式对脱硫效率的影响

真空碳酸钾脱硫工艺中，选择一个最佳的液/气比数值是保证脱硫效率的关键，以保证H2S的选择性脱除率达到最高[3]。由于煤气中存在CO2和H2S的竞争吸收，但CO2和H2S在K2CO3溶液中存在吸收动力学速率的差异，通常由于H2S的吸收速率比较快，当达到一定的吸收率后，出口H2S浓度即达到固定值，不会随接触时间而变化，因此H2S可以被选择性吸收。根据不同的设备组合以调控气液比，进而对脱硫效率进行试验。

2.1 一对一模式

采用一组脱硫塔对应一组再生塔，脱硫塔和再生塔均分两段运行，即脱硫塔的上、下段分别对应再生塔的下、上段。自2008年6月份开工到2010年2月，煤气处理量在50000 Nm3/h左右。采用一对一模式，出口H2S含量在200 mg/Nm3以下，基本上能够保证脱硫效率。表1是一对一模式下的运行数据和设计值。

表1 一对一运行模式下部分工艺参数和设计值对比

2010年3 月开始，煤气量逐渐增加，由50000m3/h升高至85000～90000m3/h，为保证脱硫效率，曾将碱洗段投入运行，对水处理生产造成较大影响，后不得不停止运行。为此，将脱硫塔贫液喷洒量进行调整，并将脱硫塔上段喷洒溶液部分溢流至下段，通过调整后，脱硫效果明显好转，但仍然不能完全达到要求，具体数据如表2所示。

表2 一对一模式下脱硫效果跟踪表

2.2 二对二模式

采用两组脱硫塔分别对应两组再生塔，即脱硫贫液自脱硫塔上段喷淋吸收煤气中酸性气体，脱硫富液从再生塔上段喷淋解析。2010年5月开始，脱硫塔和再生塔采用二对二模式，在煤气处理量为80000～90000 m3/h的情况下，从表3中的数据可以看出，脱硫后煤气中H2S含量基本上可以保证在200 mg/m3以下。

3 结语

文章对焦炉煤气真空碳酸钾脱硫工艺中的多塔匹配方式进行了分析。在二对二的模式下贫液中的KHS的含量在0.45/0.58解析效率达到91.17%，使用两座再生塔，酸气的气速较慢，可以有效减少气液夹带，降低真空泵负荷，有助于保证再生塔的真空度，降低塔顶温度，有利于富液的解析，减少富盐的生成。

表3 二对二模式下运行数据