超重力环境下碱液对尾气吸收的影响

樊江海，张宁峰，乔 轲

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026）

1 硫磺回收工艺

上游装置来的清洁酸性气在经过酸性气预热后，与含氨酸性气混合进入制硫燃烧炉火嘴，空气经过空气预热器预热后再进入炉内，根据制硫反应需氧量，通过比值调节和H2S/SO2在线分析仪反馈数据严格控制进炉空气量。过程气在炉膛中部与部分清洁酸性气混合，经一级冷凝冷却器发生低压饱和蒸汽回收余热，并使反应生成的元素硫凝为液态，液硫经捕集分离后进入硫封罐。根据反应温度要求，一级冷凝冷却器出来的过程气经一级高温掺合阀与制硫燃烧炉后的一部分高温气流混合升温，进入一级转化器，在催化剂的作用下，过程气中的H2S 和SO2进行Claus 反应，转化为元素硫，自一级转化器出来的高温过程气进入过程气换热器管程，与自制硫尾气分液罐出来的过程气换热后，再进入二级冷凝冷却器，过程气经二级冷凝冷却器发生低压饱和蒸汽并使元素硫凝为液态，液硫经捕集分离后进入硫封罐。由二级冷凝冷却器出来的过程气再经过二级高温掺合阀与制硫燃烧炉后的一部分高温气流混合升温后进入二级转化器，使过程气中剩余的H2S 和SO2进一步发生催化转化，二级转化器出口过程气经三级冷凝冷却器发生低压饱和蒸汽并使元素硫凝为液态，液硫经捕集分离进入液硫池。三级冷凝冷却器出来的制硫尾气经制硫尾气分液罐后进入尾气处理部分。

硫磺尾气经过尾气急冷塔冷却至40 ℃，使用贫液进行深度脱硫后将尾气中的H2S 降低至100 mg/m3以下，脱后尾气进入净化气分液罐脱液，最后进入尾气焚烧炉焚烧。在尾气焚烧炉500 ℃炉膛温度下，净化气中残余的H2S 被燃烧为SO2，剩余H2和烃类燃烧成CO2和H2O，自尾气焚烧炉出来的高温烟气经尾气废热锅炉回收余热后由烟囱排放。

2 超重力尾气回收工艺

自硫磺回收装置尾气焚烧炉来的高温（200 ℃）烟气经过烟气引风机增压后进入超重力脱硫机与脱硫液循环泵送来的脱硫循环液混合，完成脱除SO2的过程，然后气液混合物在超重力脱硫机中分离，净化烟气经超重力脱硫机出口至高效气液分离器脱除气相中携带的游离水，气液分离后的烟气送至烟囱直排大气[1]。

2.1 湿法吸收碱-酸法工艺流程

当碱性较高时，（1）式为主要反应式，碱性降低到中性甚至弱酸性时，则按（2）式发生反应，排放液为Na2SO3，吸收时应尽量减少氧化副反应的进行。

碱法脱SO2反应原理为：

副反应：

2.2 应急尾气超重力运行情况（表1）

表1 超重力机脱硫运行参数

吸收SO2的碱液由泵送入超重力机，并由液体分布器均匀喷淋在填料层，含有SO2的尾气经气体进口进入转子内腔与碱液进行逆流接触，进入转子的液体受到转子内填料的作用，旋转速度增加，所产生的离心力将被填料分割破碎的液体推向转子外缘，大量的破碎液体与气体进行大面积接触，吸收液体与气体在超重力内部的环境下高效接触发生反应，完成对尾气中SO2的吸收，生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵（图1）。气体从出口直接进入烟筒排大气，反应后产生大量的吸收液体从超重力机底部自流至循环罐，循环罐底部出口绝大部分液体作为循环液经脱硫液循环泵送回超重力脱硫机，其中一小部分污水外排出装置。超重力机具有碱液在超重力机内停留时间短，气液混合效率高、气液在超重力机内接触面积大的特点。通过增大气液接触面积，提高过程气与碱液的溶解量，确保在超重力机内有效停留时间内反应更充分，最终实现吸收效率的最大化，提高脱除尾气中SO2的效果[2]。

图1 超重力碱洗硫磺装置

2.3 碱液浓度、碱液循环量及超重力机转速对尾气的影响（表2）

由表2 可知，在工艺条件相同，碱液浓度不变的情况下，通过对碱液循环量、超重力机转速进行调整，当超重力机转速达到400～600 r/min 时，逐渐降低碱液循环量，可以明显看到随着转速的增加，加大了超重力机对循环碱液的切割破碎作用，加快了气液在旋转床内流动速度，强化了气液间在旋转床内的接触面积，提高了传质的效果，尾气浓度也逐渐下降。当超重力机转速提升到700 r/min 时，尾气浓度逐渐趋于缓和，这说明随着转速的不断提高会造成气液在旋转床内接触时间较短，无法充分接触吸收造成尾气的脱除效果无明显变化，试验证明超重力机转速达到400～600 r/min 时脱硫效果最好，超重力技术应用于硫磺尾气脱硫工艺上技术优势明显。

表2 变量下的尾气含量变化表

3 超重力碱洗结垢的解决措施

在运行过程中发现碱液循环量存在逐渐下降状态，通过切换碱液循环泵仍然无法使碱液循环量提高，初步判断是由于液体分布器均匀喷淋堵塞造成循环量提不起来，由于超重力机冲洗使用的介质是新鲜水，高温过程气（200～210 ℃）与新鲜水混合的碱液接触，高温下新鲜水中的钙镁离子转化为碳酸钙，造成超重力机液体分布器均匀喷淋和旋转床结垢堵塞，使其碱液循环量降低，并造成超重力机旋转床受载不均匀，在高负荷运转下产生剧烈抖动。

解决措施：通过将喷淋冲洗用的新鲜水改为除盐水，去除水中的钙镁离子，消除超重力机液体分布器不均匀喷淋、旋转床结垢堵塞及超重力机高负荷下的抖动问题。

通过改造后：在将对超重力机进行检修并对分布器、旋转床除垢后，将新鲜水改投用成除盐水至今，未再出现碱液循环量降低和高负荷下的超重力机抖动问题。

4 结论

超重力机碱洗在本公司尾气排放系统应用后，可以将外排尾气中的SO2由原来的50 mg/m3左右降至10 mg/m3左右，尾气脱硫效果十分明显，且脱硫效率稳定，为防止生产波动尾气稳定达标排放奠定了良好的工艺基础，超重力环境下碱液对尾气脱硫工艺在技术上优势明显。