脱硫工艺与设备的有效组合.doc

脱硫工艺与设备的有效组合序言在我国现有的合成氨及改扩建的合成甲醇企业中半数以上属上世纪八十年代前年产合成氨不足万吨的小型氮肥老厂近十几年来虽然有些厂家逐步形成年产合成氨十几万吨二十几万吨甚至三四十万吨高知名度的大型企业但时移至今仍有不少厂家还工艺布局不合理工艺设备不配套甚至缺少必要的设备致使有些工艺条件无法进行调控对工艺设备的改造主要设备之间主要设备与辅助设备之间配套逐步完善工艺过程就显得尤其为重要十分迫切而势在必行脱硫技术工业生产中脱除硫化物的净化技术分为湿法工艺和干法工艺两大脱硫体系湿法脱硫的工作硫容高工艺操作弹性大处理硫负荷性能强特别是其系列中广泛应用的湿式氧化法还具有连续运行的特点适用于高含硫量工艺气体的净化通常前配置为半水煤气脱硫变换气脱硫其工艺较为复杂多单元控制的难度更大干法脱硫则净化度高设备布局简单工艺操作方便还可转化吸收有机硫化物多用于脱碳后工艺气体的精脱硫湿法串干法的二级三级或多级脱硫技术可较好地满足各工艺控制段对工艺气体中硫化物的净化度要求湿式氧化法脱硫技术就是将多组分的碱性水溶液吸收及部分有机硫化物所生成的在液相中氧化析出单质硫并随之将单质硫从液相中分离氧化再生的脱硫液可循环使用以保持脱硫生产的连续运行工艺原理在一定压力及一定温度条件下工艺气体中的穿透气液两相的介面扩散由气相主体转移至液相主体第一过程先溶解于水中第二过程是与碱发生中和反应电离生成和气液气相中的浓度随之降低其液相分压也相应下降而液相中的浓度则随之增加其液相分压也相应上升如不采取措施任上述过程自行发展终将导致气液两相中分压的平衡液相中的呈饱和状上式会静态终止可见只有破坏上式的平衡态或者从开始就不使其形成平衡有效的方法之一就是第三过程借助催化剂的催化氧化功能加速反应生成的的氧化析硫作用减少其在液相中的浓度气液反应生成物的减少促使上式正方向进行从另一层面过程的逆向视角看第三过程的析反应每析出一个硫原子就相应的生成一个氢氧根离子的增多相应的提高了吸收剂的浓度化学反应的速度与反应物的浓度积成正比可见第三过程对脱硫生产起着十分关键的作用而脱硫催化剂则决定着第三过程能否高效的正常进行脱硫液中的生成之后又随之减少并随之将单质硫从液相中分离确保了气液两相中分压常态的失衡气大于液其分压差多称压力降所形成的推动力促使由气相快速持续向液相转移其转移速度的快慢及转移数量的多少则与脱硫液工作硫容饱和度的高低密切相关工艺的特点多组分的碱性水溶液是脱硫工艺的载体它以特定的方式流经特殊结构的工艺主体设备进行一个循环完成载硫荷脱硫一卸硫荷再生两个工艺过程工艺载体的循环呈规律性的两极变化是其特点之一液相中氧化析硫反应是借助催化剂的液相催化功能完成的脱硫催化剂的性能不单对的氧化析硫速度快慢及数量多少有关还对单质硫颗粒形成的大小聚合浮选及从液相中分离的状况汇集的硫泡沫再处理过程等硫系列的因果关系也十分直观而明显是其特点之二单质硫的析出结晶过程分二个阶段晶核的生成结晶的成长液温高结晶成长速度快反之则反之结晶过程的两个阶段几乎同时进行若晶核形成的速度大于结晶成长的速度将得到大量细小的硫晶体反之结晶成长的速度大于晶核形成的速度则获得量少且粗大的硫结晶是其特点之三工艺过程的反应均在液相中进行气液固三相共存相互作用与制约干扰并依存工艺操作调控呈多单元多过程工艺载体恶化过程的潜伏期长恶化后再调优的难度大是其特点之四工艺过程与设备有效组合系统多单元控制的复杂性是其特点之五可见了解并掌握脱硫生产各工艺段控制的特性保持各工艺环节的协调均衡可控是至关重要的主要设备脱硫塔碱性水溶液中和吸收及部分有机硫化物的过程是在塔内完成的伴随中和吸收之后生成的氧化析硫反应催化剂输出释放后失活重新吸附的再生以及对工艺气体中的中和吸收及等的物理溶解也在塔内进行三种气体在不同温度下在水中的溶解度标准注气体分压为个气压其源为脱硫液中的溶解及夹带以及工业气体中的其塔内要保持脱硫生产的正常运行脱硫塔需为气液两相的接触提供足够大的介面足够长的时间足够强的态势以满足气液两相的传质过程脱硫塔多为填料塔其传质过程主要在填料段进行以三段填料塔为例分解其各填料段的特征上段高贫度贫液入塔后的第一个工作过程其硫容饱和度低悬浮硫含量低氧化析出的单质硫少带入的杂质少有例外溶液清亮粘度低中和吸收的性能好工艺气体出塔前的最后一个净化过程其硫化物含量低脱除几率低带入的杂质少该段气液分布均匀通常填料段不会填塞为获得较好的脱除硫化物的效果填料段可适当的加高下段脱硫液出塔前的最后一个工作过程已呈富液态硫容饱和度高悬浮硫含量高含量高浑浊粘度大吸收性能下降工艺气体入塔后第一个净化过程其硫化物含量高脱除几率高带入的焦油及粉尘多通常填料段有不同程度的堵塞气液分布不均壁流偏流沟流不同程度的形成为不致造成严重的堵塔填料段应适当降低中段其特征介于上下两段之间是脱除硫化物的主要工作区间若在此段形成偏流沟流气液分布不均就很难在填料段内再自行分布均匀工艺气体的自然或强势扩散其撞壁后可拆返而喷淋分布或溢流式分布的脱硫液撞塔壁则沿壁而下多形成壁流的趋壁效应造成脱硫液无功的浪费有的还十分严重因此增配段间的断壁流装置就显的十得必要填料段的堵塞是行业性的难题防止减轻或延缓堵塔的过程则是时刻都应关注的课程填料段的高度自上而下递减在总高不变的情况下可多分段且段高不宜超过米或许更为合理其喷淋密度需填料的选型则因厂而异规整波纹板式填料比表面积大传质效果好但易堵塞则不易清洗不易回装近年有淡出之势而饱尔环阶梯式矩鞍式等塑料材质的填料比表面积小但易装填易清洗易回装近年来则广泛采用其若将两种填料分层配装其优势互补或许效果更好有的厂家已在生产中应用短期内的效果还不错当然也应注意劣势叠加总之要依据本厂的具体情况的酌情选择不要遵循一个模式散装的填料则必须用箅子板压牢压而不牢造成填料段吹翻的事例常有发生此外有的厂家也采用空塔脱硫其高强度的雾化传质方式适用于低含硫小负荷的生产系统再生槽塔再生装置应完成如下过程脱硫富液中更完全的氧化析硫单质硫更好的聚合浮选并从液相中分离催化剂更充分的吸附再生脱硫液更多的溶解至饱和并多夹带形成的贫液呈高贫度硫容饱和度低悬浮硫含量低清亮粘度低利于传质过程利于中和吸收再生槽内主要反应如下以喷射自吸空气的再生槽为例加压的富液经喷嘴形成高速射流与吸入的空气高强度雾化接触经喉管扩散管尾管基本完成的氧化析硫过程筒体的上半部则主要是单质硫的聚合浮选而后从液相中分离再生装置分外加正压空气的高塔氧化再生喷射自吸空气的氧化再生喷射再生的槽体又分二套体及三套体或称三联体综合性能比较喷射再生优于高塔再生前者的有效现生时间分后者的有效再生时间分三套体装置优于二套体装置二套体装置其贫液在筒体内上升的动态过程流出塔悬浮硫夹带较多为减少悬浮硫的夹带远离硫泡沫翻浑区贫液出口与硫泡沫溢流堰的位差不宜低于米且侧面开口较为合理而三套体装置其贫液则在环槽呈静态状流出塔若在出液口上方设置水平挡板以防贫液出塔形成漩涡漏斗效应其悬浮硫夹带少的效果会更为明显喷射自吸空气再生槽的喷射器常发生粘附沉积物挂壁堵塞而影响再生装置的功能高速流经喷嘴喉管扩散管尾管的脱硫富液其流速呈中心快扩散式边缘慢且上快下慢而液温则呈中心低扩散式边缘高且上低下高上述过程呈不明显的特征综合分析观察喷嘴喉管的粘附积沉物多为液温以上形成的的热结垢其硬度较大而尾管扩散管的粘附沉积物则多为硫类物或硫盐混合物通常粘附沉积的挂壁多从下部形成具有上薄下厚的明显特征其挂壁的形成则于塔前冷却塔的水质入塔的气质以及脱硫液质量密切相关一但形成较严重的喷射器挂壁堵塞就应及时进行清理喷射器是单系功能性的整体清理也应使其上下畅通不然就很难达到理想的效果再堵塞的周期也会明显缩短此外硫泡沫的流道偏宽坡度偏小贫液出口硫泡沫溢流堰位差不足而喷射器的尾管槽底确有米位差甚至还有更大的空间形成米以下冷热两种手感沉积物的占据白白浪费了有效的再生空间其设计显然不太合理槽体内配置二层或三层分布孔板其功效并无明显差别但其孔陉的大小确十分重要孔陉小看似利于气液分布均匀其实生产过程中不可避免地局部孔堵塞或孔径缩小往往会形成气液的偏流孔堵塞甚至会严重到增阻影响喷射器的畅通进而影响再生的效果通常孔径较为适宜且孔径一般为下层大上层小硫回收装置硫回收是将汇集的硫泡沫经再处理分别对硫磺的成品或半成品滤液或熔硫残液进行回收其方法因厂而异大致有如下几种先过滤后熔硫其设备复杂一次性投资多但硫处理能力大滤液质量好可直接回收对系统无干扰熔硫残液排量少对环境少污染且蒸汽耗量少不过滤只熔硫又分间断式及连续式设备简单一次性投资少其连续式熔硫硫处理能力大但残液排量多环境污染大且残液回收前必须进行分级沉淀并降温有时甚至需通空气皂化处理方可回收其蒸汽耗量多此外温度左右的熔硫过程部分分解为其分解率在左右而副反应明显加快则有成倍的增多脱硫液中副盐的大量积累若系多组分共存则溶解度均会大幅度下降往往形成混合性过饱和而析出脱硫液粘度增大硫容量降低影响吸收与再生过程势必碱耗增加副反应加快形成恶性循环副盐的析出还会造成塔阻力升高甚至形成严重堵塔只过滤不熔硫可分为真空式过滤离心式过滤滤网平置分池分级式过滤因其为自然沉降过滤一般滤网孔密度低滤液质量差该法适用于硫负荷低的生产系统综合性对比先过滤后熔硫优于不过滤只熔硫间断熔硫优于连续熔硫若硫处理量大可增设高位槽加温左右使硫泡沫分层只排液不过滤高浓度的硫泡沫间断熔硫一则省时二则省汽三则副盐生成少四则少污染此方法十分简便此经验值得借鉴冷却塔风机加压输往脱硫塔的半水煤气通常温度较高需降温至合适的范围低温水降高温气的过程通中在冷却塔的填料段直接换热进行而用工艺气体的温度调控脱硫液的温度则以同样的方式在脱硫内进行以满足生产过程对液温的工艺要求此外冷却塔还可洗涤工艺气体中的粉尘及焦油易溶于水塔后气体中会有所降低冷却塔是主要的辅助设备其不配置的缺位或功能不足会给生产带来很大的麻烦甚至造成系统的失控若氨水为吸收剂其影响就更为明显富液槽脱硫富液出塔所夹带的部分半水煤气及加压系统吸收的气体进入富液槽减压后得以释放以减轻进入氧化再生装置对氧化再生过程的干扰在槽内可进一步氧化析硫单质硫在槽内可更好的聚合另外还利于系统的平衡控制有的工艺设备配置缺位而不设富液槽则以脱硫塔底部的空间所代替其实富液槽的主要功能塔底的空间是不能替代的工艺载体在工艺设备配置基本定型的情况下工艺载体能否依照预期的设想协调均衡可控的保持长周期良性循环则是工艺操作中的关键脱硫溶液的多组分含有效成分中性成分有害成分保持有效成分合适的含量并相对稳定抑制有害成分副盐的生成及积聚则需在工艺条件的选择工艺指标的控制吸收剂及催化剂的配制及往系统补充滤液或溶硫残液的回收等方面采取合理规范的工艺操作程序吸收剂及催化剂的含量必须在合适的范围含量低不能满足工艺要求含量太高也会造成副面影响而往系统的补加量也不应过度集中特别是高浓度高温度的碱液大量集中加入系统会造成局部液温高致使硫泡沫快速消失硫颗粒细小难以聚合浮选分离副反应也会相应的加快不同温度下在份水中的溶解度注重质纯碱假比重为最大溶解度在形成含碳酸钠溶液可见制配碱液温度不宜太高温度高只是溶解速度加快滤液及熔硫残液的回收清亮干净的滤液或熔硫残液均可直接回收至贫液槽特别是硫熔过程约有分解为第一过程进入脱硫塔更利于中和吸收若回收至再生槽富液槽则值高会加快副反应且还侵占富液的再生空间若上述两液浑浊且杂质多则应回收至富液槽或再生槽经再浮选分离以保持贫液的质量通常脱硫液的循环多强调贫液的质优更充分的氧化析硫单质硫更完全的聚合浮选分离悬浮硫的低含量溶液清亮低粘度有利传质有利中和吸收即溶液工作硫容的饱和度低其实良性的中和吸收生成高富度的富液才是脱硫生产所追求的目标优质的富液呈含量多工作硫容的高饱和度高悬浮硫含量高溶液浑浊粘度大有利单质硫的聚合浮选保持脱硫贫富液工作硫容的饱和度有较高且稳定的差值才是脱硫溶液良性循环最本质的特征依据脱硫生产的综合需要按折算富液的工作流容饱和度约贫液中工作流容饱和度约的循环其再生效率左右就能较好的满足生产的要求太高则影响中和吸收的速度太低则需增加再生的时间总之湿式氧化法脱硫其实质是中和吸收之后多层次的氧化还原反应其工艺过程是多单元控制的功能性整体工艺载体与主体的有效组合则是通过参与者的作为应用先进技术强化工艺管理优化工艺条件规范各工艺单元有效的综合性调控充分发挥工艺主体的设计功能并挖掘其潜能形成工艺载体流经主体的良性循环以保持生产过程中物料的低损耗环境的少污染设备的轻腐蚀获得较高且稳定的工艺气体的净化度要求