多功能微型吸收器在脫硫中的應用

高志斗 張 彤 劉 勇

(江蘇銘朗環(huán)境科技有限公司

江蘇連云港222000)

多功能微型吸收器技術是江蘇銘朗環(huán)境科技有限公司(以下簡稱銘朗公司)獨立研發(fā)的一種新型專利技術，依據(jù)兩相之間的物理與化學過程機理，適用于兩相或三相之間任何物理或化學過程的傳質、洗滌、降溫。該技術通過小試、中試和工業(yè)化試驗成功后，近年來在多家企業(yè)的脫硫中進行實際應用，均達到預期效果，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

1 技術背景

在目前的化工生產(chǎn)中，氣液兩相或氣液固三相之間的傳質、傳熱、洗滌、物理吸收大多是利用各式各樣的填料，通過填料強大的比表面來加強氣液兩相或氣液固三相之間的接觸，從而完成它們之間的傳質、傳熱、洗滌等物理或化學過程，也有采用特殊的塔器來加強兩相之間的接觸(如板式塔盤、鼓泡器、噴頭等)。無論采用何種形式，其最終的目的就是要加強氣液兩相的充分接觸，只有兩相之間充分接觸，才能很好地完成它們之間的物理或化學過程。實際工業(yè)化生產(chǎn)中，氣液兩相之間的充分接觸是很難做到的，受到許多主觀或客觀條件的限制，致使兩相或三相之間的物理或化學過程得不到有效完成。為了彌補這些不足，設計中都會通過增加循環(huán)量、延長氣液接觸時間以及增大傳質面積等方法來解決，這無疑帶來設備投資大、動力消耗高等問題。銘朗公司的多功能微型吸收器技術的最大特點是設備小型化、投資極低、運行費用極少、無需占地。近年來，該技術通過在多家企業(yè)的實際應用，無論是在常壓脫高硫方面，還是在加壓脫低硫方面，都取得了十分理想的效果。

2 技術特點

技術特點：①脫硫液硫容高，是傳統(tǒng)脫硫硫容的5～10倍；②在同等工況下，脫硫液循環(huán)量是常規(guī)設計的1/5～1/10；③脫硫效率高，單級使用脫硫效率達30%～50%；④設備體積小，結構簡單，投資省；⑤氣液接觸時間極短，不足1 s；⑥大大減輕了脫硫裝置的再生系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的負荷，減小了占地面積；⑦可單獨用于粗脫硫，也可與傳統(tǒng)脫硫塔進行串聯(lián)使用；⑧使用范圍廣泛，不僅適用于脫硫，而且適用于任何氣液兩相之間的物理或化學過程(如脫除CO2，SO2，HCl，NH3以及傳熱、洗滌、降溫、吸收等物理過程)；⑨所需泵的揚程較低，約高于氣相壓力0.1 MPa，即可滿足生產(chǎn)需要。與傳統(tǒng)空塔噴淋塔相比，節(jié)能效果顯著。

3 在山西聚豐能源替代一級脫硫的應用

山西聚豐能源有限公司原有兩級串聯(lián)脫硫系統(tǒng)，硫化氫含量長期不達標，故決定對脫硫系統(tǒng)進行技術改造。由于原有裝置挖潛余地不大，無論是其他設計單位還是廠方意見，都是準備再增加一級脫硫，即新增一級預脫硫系統(tǒng)，與原有的系統(tǒng)形成三級串聯(lián)，此方案不僅設備投入大、電耗費用高及施工時間長，而且受到現(xiàn)場的場地限制。經(jīng)綜合比較后，決定采用銘朗公司的多功能微型吸收器技術，于2015年8月施工，9月中旬開車，調試后經(jīng)分析化驗，完全達到預期效果。

3.1 原有脫硫工況

工藝流程：焦爐氣→冷鼓→脫硫→硫銨→洗苯塔。

工藝參數(shù)：焦爐氣流量50 000 m3/h(標態(tài))，焦爐氣溫度≤35 ℃，焦爐氣壓力14 kPa，焦爐氣進、出口中的ρ(H2S)分別≤6 000 mg/m3(標態(tài))和≤100 mg/m3(標態(tài))。

3.2 改造情況

(1) 增加1臺預冷塔后，將焦爐氣溫度降至30 ℃以下。對于以氨為堿源的濕法脫硫，維持較高脫硫效率的關鍵是提高液相中游離氨含量，而最有效的措施就是降低過程溫度。由于原先沒有預冷裝置，因此進入脫硫系統(tǒng)的焦爐氣溫度較高。增加預冷塔后，可將焦爐氣溫度控制在30 ℃以下，此點極為重要。

(2) 在原有的1#脫硫塔出口焦爐氣管道上增加1臺微型吸收器，規(guī)格Φ1 200/1 600 mm×11 500 mm，殼體為碳鋼，內件為304材質。脫硫液流量100 m3/h，脫硫液給液壓力≥0.1 MPa，設計脫硫效率≥30%。

(3) 其他原有設備不再做任何調整，也不再增加任何輔助設備。具體流程如下：焦爐氣→冷鼓→預冷→1#脫硫塔→微型吸收器→2#脫硫塔→焦爐氣去下工段。

3.3 改造效果

脫硫改造后，由于微型吸收器的脫硫效率比較穩(wěn)定(≥30%)，完全達到了設計指標，保證了脫硫系統(tǒng)總出口的要求指標。微型吸收器在聚豐能源公司的使用，成功取代了原來增加一級預脫硫塔的方案，不僅節(jié)省了數(shù)百萬元的設備投資，而且每年節(jié)省了增加一級預脫硫塔后數(shù)百萬元的電費；如果再加上相應的化學品消耗、檢修費用、人工費用、管理費用等，綜合效益更為可觀。

4 在古縣利達焦化晉豫分廠脫硫中的應用

2013年，古縣利達焦化有限公司全資并購山西晉豫焦化有限責任公司100%股權，擁有山西晉豫焦化有限責任公司的600 kt/a焦化產(chǎn)能。隨后，對焦化脫硫工序進行技術改造，與銘朗公司進行技術合作，使用銘朗公司的專利產(chǎn)品——微型吸收器用于脫硫的工程設計，取得了理想效果。

4.1 原有脫硫工況

工藝參數(shù)：焦爐氣流量37 000 m3/h(標態(tài))，焦爐氣溫度≤35 ℃，焦爐氣壓力8～10 kPa，焦爐氣進、出口中ρ(H2S)分別≤6 000 mg/m3(標態(tài))和≤20 mg/m3(標態(tài))。

4.2 改造情況

山西晉豫焦化有限責任公司脫硫裝置原有1套系統(tǒng)，Φ3 800 mm脫硫塔配置Φ5 500 mm高塔再生。由于單級脫硫后硫化氫含量一直偏高，故決定對脫硫裝置進行技術改造，增加一級預脫硫系統(tǒng)，與原有裝置形成兩級串聯(lián)流程。對技術方案、投資報價、運行費用、技術可靠度及成熟度等進行綜合考量，最終決定與銘朗公司進行技術合作，采用增加一級空塔噴淋配置噴射氧化再生槽，同時增加1臺微型吸收器，再串聯(lián)原有脫硫設置，形成兩級串聯(lián)的工藝。

4.3 改造效果

改造后的脫硫裝置于2015年8月底投運，現(xiàn)正在試運行，焦爐煤氣量已恢復至30 000 m3/h(標態(tài))左右，在焦爐煤氣中ρ(H2S) 6 500～7 000 mg/m3(標態(tài))情況下，系統(tǒng)出口ρ(H2S)可控制在20～40 mg/m3(標態(tài))，詳情見表1。

表1 2015年9月晉豫焦化微型吸收器運行數(shù)據(jù)

由表1可知：煤氣和貧液溫度比較高，在揮發(fā)氨含量偏低的情況下，系統(tǒng)出口ρ(H2S)在20～50 mg/m3(標態(tài))，下一步準備降低貧液溫度(目前40 ℃)；同時，為了彌補氨濃度的不足，準備在第2級脫硫溶液中補充一部分純堿。

5 微型吸收器的使用意義

5.1 在脫硫工程設計中的使用意義

在脫硫的工程設計中，時常遇到一些不易處理的工藝參數(shù)。比如氣體中ρ(H2S)在3～4 g/m3(標態(tài))時，若設計為一級脫硫，對脫硫效率把握不大；若設計為二級串聯(lián)脫硫，又會造成工程上的浪費。以前常規(guī)設計是根據(jù)所要求出口的硫化氫含量來定的。如果對出口的硫化氫含量要求寬松，大多采用一級脫硫；如果要求出口ρ(H2S)在50 mg/m3(標態(tài))甚至20 mg/m3(標態(tài))以下，則多采用兩級串聯(lián)脫硫。只要是兩級脫硫，即使其脫硫負荷較輕，氣體流量和一定的氣體空速決定了吸收塔的規(guī)格，而吸收塔的規(guī)格和噴淋密度又決定了溶液循環(huán)量，溶液循環(huán)量又決定了再生系統(tǒng)的規(guī)格。無論是一次性設備投資，還是電的消耗及運行費用都會比一級脫硫有較大幅度增加。微型吸收器的成功研制較好地解決了此種狀況，即對類似的工況，可采用微型吸收器加一級脫硫塔的工藝。氣體先進入微型吸收器，脫除30%～50%(體積分數(shù))的硫化氫后，再進入后面的填料塔，就能保證脫硫效率。由于微型吸收器只需很少的溶液循環(huán)量，不僅設備投資大大減少，而且節(jié)省電耗；同時，有效減少了再生系統(tǒng)的負荷。同樣，對于較高含量硫化氫氣體的脫硫，使用微型吸收器可有效減少脫硫設計的級數(shù)，進而減少投資及運行費用。

5.2 在脫硫技術改造中的使用意義

對于已有的脫硫裝置，微型吸收器的使用意義也同樣巨大，尤其是在焦化行業(yè)。由于歷史遺留原因以及國家環(huán)保政策的不斷地調整和完善，目前國內絕大多數(shù)焦化廠的脫硫裝置都不能達到環(huán)保要求。這些裝置相當一部分的出口氣體中ρ(H2S)都能達到原設計的200 mg/m3(標態(tài))的指標，但距新的50 mg/m3(標態(tài))甚至20 mg/m3(標態(tài))環(huán)保指標還有差距。由于受先天條件所限，原有裝置改造的潛力已不大，要想達標，通常是在原有裝置的前面增加一級脫硫作為預脫硫；但增加一級預脫硫塔，連同相應的再生系統(tǒng)，至少是幾百萬元甚至上千萬元的設備投資。在市場低迷的情況下，大多焦化企業(yè)都是因為技改投入較大而使脫硫改造難以進行，故采用微型吸收器技術就是一個很好的選擇。僅僅在原有吸收塔的前面增加1臺微型吸收器，不需要增加電耗，也不需要增加再生設備，只需要很少的溶液量就能脫除硫化氫，減輕了原有脫硫吸收塔的負荷，從而將出口硫化氫含量降到指標以內。

5.3 在脫硫節(jié)能降耗中的使用意義

對于脫硫運行比較穩(wěn)定的氮肥、甲醇企業(yè)來說，微型吸收器的使用也有一定的現(xiàn)實意義。無論是常壓的半水煤氣水煤氣脫硫，還是加壓的變換氣脫硫，在現(xiàn)有吸收塔前面增加1臺微型吸收器，可增加脫硫系統(tǒng)的脫硫能力和操作彈性；特別是常壓的半水煤氣脫硫，脫硫能力提高后，摻燒一定量的高硫煤，可降低生產(chǎn)成本。

6 結語

實踐證明，微型吸收器在脫硫上的應用意義十分重大，不僅在脫高硫上，其發(fā)揮的作用是目前吸收器都無法比擬的，而且在脫低硫時，也能夠有著較好的脫硫效率。在新脫硫系統(tǒng)設計時，在占地面積、溶液循環(huán)量、一次性投資、運行費用上，都將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。在舊系統(tǒng)改造中，特別對于目前化肥、焦化行業(yè)以及其他硫化氫含量不能達標的行業(yè)，在不需要其他任何投資狀況下，僅僅在塔的入口增加微型吸收器即可滿足生產(chǎn)需求，給企業(yè)減少了巨大的技改投資。

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2016- 01- 07)