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        噴射氧化再生技術在焦爐煤氣脫硫中的應用

        全球五金網發表于 17小時前

        噴射氧化再生技術是上世紀七十年代由廣西大學和有關單位協作研發的一種脫硫再生技術。一經問世,便迅速在小化肥廠普遍應用。在不斷發展的過程中,該技術以其生產強度高,設備容積小,投資費用低,節能效果好,操作簡單方便等顯著特點而在大、中型化肥廠,煤氣廠逐步推廣應用。而焦化廠的焦爐煤氣脫硫,由于歷史原因及行業習慣,仍一直延續著高塔強制通風的再生技術。應該說,高塔再生也是一項成熟技術,它和噴射氧化再生槽再生各有利弊。高塔再生占地面積小,不易漏液,環境好,壓縮送風相對穩定,液位、泡沫溢流可以自動控制,操作方便,但設備投資較大,施工及檢修不方便,特別是操作人員的日常巡查比較麻煩??梢韵胂?,讓操作工人每個班二、三次的爬到四五十米高的再生塔上面巡查是件多么困難的事,一些管理不嚴格的焦化廠,很少有操作工人會自覺的定期去再生塔巡查。近年來,企業實行人性化管理越來越普及,新建脫硫裝置中,為了減輕操作工人的勞動強度,相當多的工程設計都選擇了噴射氧化再生槽再生。再加上噴射再生技術的日益完善以及包括東獅脫硫技術協作網和長春東獅科技(集團)有限責任公司等單位的大力倡導,因此,焦化廠的焦爐煤氣脫硫中應用噴射氧化再生技術的越來越多。但是,雖然該技術在氮肥行業的應用較為成熟和穩定,但對焦化行業來說,畢竟是一種新技術,所以在推廣之初,必然會遇到一些問題。這些問題如果得不到有效解決,不僅影響到該技術在焦化行業的推廣,甚至引起了焦化行業對該技術可靠性的懷疑。下面,筆者拋磚引玉,就在實際工作中遇到的一些問題談點個人看法。

        1 選擇正規單位進行工程設計

        焦化廠的焦爐煤氣脫硫大多是迫于日益嚴格的環保壓力下的產物,所以許多焦化廠對脫硫抱著可有可無的態度,甚至一些焦化廠的脫硫裝置形同虛設,只是單純的為了應付環保檢查。在這種思想指導下,不少焦化廠在增上噴射氧化再生技術的脫硫裝置時,不是選擇跟化工設計院或專業單位合作,委托設計院代為設計,而是自行加工,或者委托個人代為設計。筆者在河南某焦化廠就遇到過這樣的例子。該廠是七十萬噸的生產能力,焦爐氣量30000 Nm3/h,進口硫4g/m3,脫硫塔為φ45000,原為高塔再生,塔徑φ34000。由于無法保證脫硫效率,決定把再生塔改為脫硫塔,兩塔并聯,同時增上噴射氧化再生槽。并委托某化肥廠的專家對再生槽進行了設計加工。結果開起來后,一直運行不正常,脫硫效率偏低,再生槽內無泡沫,副鹽較高,堿耗量偏大,懸浮硫高,先后更換了幾種脫硫催化劑,仍然不能解決問題。后來選擇與我公司合作,筆者到現場后,發現再生空氣量明顯不足。而空氣量小的關鍵因素除了噴射器本身的質量原因外(該廠脫硫是大包工程,噴射器是施工隊自行制作),還與再生槽設計不合理有關。一是再生槽內的硫泡沫溢流堰太高,為8米,而槽徑僅7米。因溢流堰太高,尾管出來的脫硫液阻力較大。二是噴射器的安裝沒有選擇近年來應用越來越廣泛的高位安裝,而是仍采用了低位安裝,安裝高度僅在9米的位置處。三是仍為傳統的二件套設計,沒有增加脫硫液的溢流環槽。四是槽內僅一層分布板,且分布板上開孔太大,孔徑為φ50,不能很好的起到分布作用。同時,開孔面積太小,僅為正常開孔面積的三十分之一。這些因素再加上噴射本身的質量問題,使噴射器的單支吸氣量明顯偏小。經實際測量,30#的噴射器其吸氣量僅為50m3/h。再生槽設計的缺陷導致了工況的不斷惡化。被迫停車處理。

        對于設計院與廠方自行解決,筆者曾戲稱之為這是正規軍與游擊隊的區別。選擇設計院設計,雖然要付出一定的設計費用,成本高些,但畢竟是正規設計,其運行效果一般都能得到較好的保證。而廠方自行解決或者委托個人代為設計的,由于“土專家”的水平參差不齊,就有可能帶來一系列的問題。當然,設計院有時也會出現一些常識性的錯誤。如山西某廠為“24·40”工程,委托國內某知名化工設計院設計。脫硫系統半水煤氣氣量125000Nm3/h,φ6600的脫硫塔與φ7000再生槽都沒什么問題,問題出在脫硫泵的選型上。只配置了兩臺流量為420m3/h的脫硫與再生泵。兩臺脫硫泵全開,實際流量不足800m3/h。系統運行后,最為突出的問題是塔阻力增長過快。不到半年的時間內,先后停車對脫硫系統處理了三次。這個廠明顯是因為循環量不足,噴淋密度太小造成堵塔嚴重。該廠進口硫較低,僅為400mg/m3左右,后面又是全低變流程,要求脫硫系統出口硫在100 mg/m3~150 mg/m3,所以估計當時設計院在設計過程中,選取溶液循環量時,僅考慮了脫硫液的硫容,而沒有同時考慮到脫硫塔的噴淋密度所致。設計上的先天不足是致命的,僅靠工藝或操作管理是無法彌補的。

        近年來,我們長春東獅科技(集團)有限責任公司在脫硫的工程設計方面取得了令人矚目的成果。其原因,就是因為我們在為客戶做工程設計時,不僅是按照正規的化工工程設計,而且還把我們多年來,在為客戶做技術服務過程中積累的許多經驗揉合到工程設計中去,從而,保證了脫硫系統的先進性、合理性、實用性,以及操作簡單穩定性等。

        綜上所述,對于焦化廠新上脫硫系統或者對原有的脫硫系統高塔再生改為噴射再生槽中,筆者認為,還是請有一定資質和水準的化工研究院或專業的脫硫單位代為設計較為穩妥。

        2 規范日常的操作管理

        對于大多焦化廠來說,噴射氧化再生技術是一項新技術,不僅崗位工人很少接觸,甚至生產管理人員也了解甚少,這樣,認識上的誤區給日常的操作管理帶來很大麻煩。山西一家六十萬噸的焦化廠,原來使用ADA脫硫催化劑,也是一直運行不正常。突出問題是堵塔。運行時間不足一年,再生槽與脫硫塔內積硫嚴重。塔阻力很高,再生槽下部的積硫使噴射器尾管出液困難,被迫在空氣吸入口處用石棉板封堵,僅留直徑不足φ30的小孔才不至溶液反噴,后來被迫停車清堵。在此情況下,該廠選擇了與我公司合作。筆者到現場后,本著我公司對技術人員“先查找問題,解決問題,再使用催化劑”的工作思路和要求,對該廠工藝與設備狀況進行了仔細了解,發現該廠工藝與設備都沒大的問題,問題主要出在日常的操作管理方面。即噴射氧化再生槽內的液位長期偏低所致!原來該廠再生槽內硫泡沫溢流堰的高度為6m,微機上液位計的零點選在1.9m處,則液位計零點到溢流堰高度為4.1m,那么,正??刂圃偕鄣母叨葢撛?m~4.05m。但是,該廠卻將這一高度長期控制在3.5m高,很少有超過3.8m米高。這樣一來,槽內經過噴射氧化再生后的硫泡沫便不能及時有效的浮選出來??刂七@個液位高度在3.5m~3.8m后,則槽內液面上的硫泡沫必須在達到半米多的高度時,才能得以經過溢流堰浮選出來。我們知道,在再生槽內,HS-被氧化成單質硫的過程中,先生成是S的單原子,然后單原子S兩兩之間在進行化合而生成S2分子,并進一步與S原子化合成S4、S6乃至S8,此時,如果不能把S分子及時浮選出去,S分子就會繼續聚合成硫團。在再生槽內,大量的硫團不能及時浮選,就會使硫團越聚越多越大,最終沉積于再生槽下部。這樣,不僅溶液中的懸浮硫長期偏高,而且再生槽下部的沉積硫越來越多,當達到與噴射器的尾部附近的高度時,就影響了自吸噴射器的自吸空氣量,使再生不完全,反過來又影響到吸收系統,造成惡性循環。該廠這個情況正是如此。找到問題的原因后,處理就是很輕松的事了。把這個問題解決后,同時又處理了存在的其它小問題,在優化工況的情況下,該廠于2009年11月改用了我公司生產的888-JDS脫硫催化劑,運行半年多來,一直很穩定,出口硫始終在50 mg/m3以下。

         類似的問題還有很多,在筆者的工作經歷中,焦化廠噴射氧化脫硫的日常管理,在溶液循環量,噴射壓力,空氣量,溶液成分等方面都出現過問題。如果設備存在著明顯不匹配時出現問題還情有可原,但有些是單純的操作管理不到位,造成運行的不正常,這就太可惜了。

        3 正確認識與控制幾個主要工藝條件

        在整個脫硫過程中,從吸收到再生,再到硫回收,有許多工藝條件是相互矛盾的。新設計的脫硫裝置一般都會綜合考慮到各種相互影響的因素,把脫硫系統的脫硫、再生、以及硫回收做為一個系統工程,全面考慮,統籌解決,選擇較為適宜的設備規格與工藝,所以問題都不是太大。但是,對于不斷進行擴產改造或者是利用舊設備的裝置,常常存在著各種不相匹配的因素,所以必須正確認識,合理兼顧。

        3.1 吹風強度與再生空氣量

             我們知道,再生的作用有點。第一,供給脫硫所需要的化學反應的氧量。第二,富液中的HS-在再生時繼續被氧化,完全恢復催化劑的活性。第三,在空氣的鼓泡和吹攪下,硫粒聚集成硫泡沫浮在上面,便于浮選把硫黃分離出去。第四,把溶液中在脫硫的同時被吸收的CO2氣提出去,從而提高溶液堿度,降低堿的消耗。由此可知,如果單純從再生角度出發,吹風強度越大,再生越完全越徹底。但是,過大的吹風強度卻會對硫泡沫的正常浮選帶來不利影響。過大的空氣量會造成液面翻騰較大,硫泡沫層不穩定,硫浮選分離差,且造成懸浮硫高。若空氣量長期過大,則溶液電位將偏高,會使副反應加快。而且,過度氧化還會造成硫酸鈉的升高,帶來設備腐蝕。所以再生槽的吹風強度要適宜。

        我們還知道,對于噴射再生槽來說,空氣量的選取要考慮兩個因素。一是吹風強度,一般焦爐氣噴射再生流程的吹風強度為60 m3/m2.h~100 m3/m2.h;二是脫硫所需要的化學反應的氧量,即每吸收1kgH2S理論需空氣量為1.57m3,而實際需要量是這個數字的818倍。應該指出的是,這兩個數字對企業的實際運行沒有什么太大的指導意義。因為這兩個數字的范圍都太大。而差之毫厘,卻是繆之千里的。以實際空氣量為理論空氣量的倍數而言,有的資料上面說是812倍,有的說是1015倍,有的說是1215倍,有的說是1218倍,這么多的說法,這么大的范圍是讓企業無所適從的,也無法用這個數字來指導生產。筆者認為,一廠一情,一企一況,各企業都應該在生產實踐中,根據自身的設備和工藝狀況,摸索出適合自己工況的最佳空氣量。一般來說,對于噴射氧化再生槽的空氣量來說,在保證硫泡沫的正常浮選的情況下,如果脫硫負荷大,或者溶液質量相對較差,則再生空氣量易大不宜??;如果脫硫負荷輕,或者溶液質量較好,則再生空氣量宜小不宜大。

        3.2 溶液循環量與再生停留時間

        溶液的循環量與再生停留時間是反比關系。在其它條件不變的情況下,當氣量大,H2S含量高時,為保證脫硫效率,應適當增加溶液循環量,即增大液氣比和噴淋密度。但是,在增加循環量的同時,一定要考慮溶液在再生槽中的停留時間。否則,因為循環量的增加,縮短了溶液在再生槽的停留時間,造成再生不完全,溶液質量差,同樣達不到較高的脫硫效率。筆者曾為山西某廠做過一個改造方案:該廠脫硫塔直徑為φ4800,原有的貧液泵額定流量為420m3/h,按泵的出力率85%計算,其實際工作流量只有357 m3/h,其噴淋密度僅為19.7m3/m2.h,明顯偏小了。所以必須增加溶液的循環量。當時給該廠提出了兩個方案供選擇:一是把循環量增加至600 m3/h,一是增加到800 m3/h。如果單純從噴淋密度考慮,以增加至800 m3/h為佳,此時噴淋密度為44 m3/m2.h。但是該廠再生槽容積是為循環量400 m3/h左右而設計,如果流量增加至800 m3/h,則溶液在再生槽中的停留時間太短,無法滿足再生需求,再生槽容積肯定要做相應調整,這樣就給施工帶來很大的工作量??紤]到該廠脫硫塔進口硫含量不高,脫硫負荷不大,所以建議把流量增加到600 m3/h,這樣噴淋密度為33 m3/m2.h,基本能滿足要求,而且該流量下再生槽內溶液的停留時間為10分鐘,雖然略小,但也能滿足生產需要。

        溶液循環量與再生空氣量也有著密切關系。因為噴射氧化再生槽的工藝,是靠富液通過噴射器吸入空氣的,而富液吸入空氣量基本上是恒定的。如果循環量較小,則吸入空氣量不足,可能就滿足不了再生氧化槽所需的空氣量,也就可能開車后不久出現懸浮硫高、硫回收率低、吸收劑與催化劑消耗高等問題,嚴重時還會引起堵塔。

        3.3 溶液總堿度與PH值

        溶液的總堿度與其硫容量成正比關系,因而提高總堿度是提高硫容量的有效途徑。在其它工況不變的情況下,提高總堿度可以更好的保證脫硫效率。但是,若總堿度過高,則出硫差,原料消耗增加且副反應加快。

        PH值是脫硫液的基本組分值。PH值太低,不利于硫化氫的吸收,并會降低氧的溶解度,溶液再生效果差;PH值太高,會加快副反應,副鹽生成率高,影響析硫速度,硫回收差且增加堿耗。

        至于總堿度與PH值的關系,一般來說,PH值隨總堿度的增加而上升,但嚴格的講,PH值主要是受NaHCO3/ Na2CO3的影響,PH與比值呈反比關系。因此,提高PH值不宜單純增加總堿度,而應以降低NaHCO3/ Na2CO3為主要手段。提高總堿度, PH值升高效果不明顯,反而產生耗堿高,副產物組分增加的負作用。

        在實際生產中,由于各廠情況不同,脫硫進口氣體中H2S含量差別較大,工藝與設備配置的合理性也有很大差異,因此,對于總堿度的控制也沒有一定之規。但總的原則和指導思想應該是:在保證適宜溶液循環量和較高脫硫效率的前提下,以稀液吸收為好,盡可能降低溶液的總堿度,以降低生產消耗并保持工況的穩定。

        在這里,需要指出的是,對于一些脫硫入口氣體中硫含量很低,而后面又是全低變流程的氮肥廠來說,為了保證低溫變換催化劑所需要的最低H2S濃度,有三個調控手段來提高脫硫塔出口H2S濃度:一是減小溶液循環量,二是開脫硫塔的氣體近路,三是降低溶液有效成分。一般來說,用減小循環量來提H2S濃度的方法在任何情況下都是不提倡的。因為減小循環量會造成脫硫塔的噴淋密度偏小,會帶來堵塔的不良后果。那么,是用脫硫塔的氣體近路,還是用降低溶液組分來提高H2S濃度呢,兩者各有利弊。用脫硫塔的氣體近路來調節,方便迅速,靈敏度高,操作方便,但不利于節能降耗;而降低溶液組分雖然有利于降低化學品消耗,有利于工況,但操作滯后,有可能會對后工段帶來不利影響。因此,筆者認為,對于有這類情況的廠子,應該保留很少量的氣體近路以利調節,然后盡可能多的用降低溶液有效組分的方法,達到提高H2S濃度的目的。

        3.4重視分析工作

        分析工作的意義和重要性大家都是耳熟能詳的。分析工作也是一個老生常談的話題了。在2006年東獅脫硫技術協作網組織的專家調查組對部分企業的第一次走訪調查時,就發現了這個帶有普遍性的問題。并在2006年8月的無錫會議上正式提出了這個問題。此后,由東獅脫硫技術協作網和長春東獅科技(集團)有限責任公司牽頭組織,先后在長春和濟南舉辦了兩次分析員培訓班,對全國近百家企業進行了分析員培訓,為脫硫行業分析工作的規范和完善做出了一定的貢獻。但這些參加培訓的企業大多是化肥行業,焦化行業的卻不是太多。所以,現在焦化行業的脫硫分析工作還有待于進一步提高。在筆者所為之服務的焦化企業中,幾乎沒有哪家分析工作不存在問題的。分析缺項、頻率不夠、方法不準等現象較多。在今年筆者所對焦化新客戶的服務過程中,我們長春東獅集團本著為客戶服務,對客戶負責的態度,常常都是安排專門的分析人員隨筆者一同到企業,和企業的分析化驗人員一起,共同建立、完善、規范脫硫分析,從而更好的正確的用分析數據指導生產。因此,也贏得了客戶的廣泛好評。

             總之,噴射氧化再生技術在化肥行業應用普遍而且很成熟,而應用到焦爐煤氣脫硫還存在著一些問題。但是,應該看到的是,這些問題大多是由于認識與重視程度不夠造成的。只要設計合理,管理嚴格,操作得當,噴射氧化再生技術就一定能很好的解決焦爐氣脫硫再生中的問題。噴射氧化再生技術也必將在焦爐氣脫硫中得到更為廣泛的應用。


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