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        淺談濕法脫硫塔的技術改造

        全球五金網發表于 17小時前

        0 前 言

        目前絕大多數濕法脫硫塔基本都采用填料塔,填料塔以其氣液傳質面積大、脫硫效率高而被得到認可,在行業內廣為應用。但近幾年來,隨著企業生產規模的不斷擴大,改燒高硫煤以及后工序生產的需要,企業對脫硫要求也越來越嚴格,填料塔暴露出的弊病日見突出。比如,塔徑越做越大,溶液循環量越來越高,而凈化度卻不盡人意,很難完全滿足生產需要。這主要是塔徑大,氣液不易分布均勻所形成的。再是脫硫塔因堵塔而阻力增大更是行業內比較普遍的現象。雖然隨著催化劑技術的發展,許多新型脫硫催化劑已經具備清塔洗塔的能力(如888脫硫催化劑),而使堵塔現象得以緩解。降低貧液中懸浮硫含量無疑是從根本上抑制和消除硫堵的有效措施,但由于脫硫過程析硫速度快,在脫硫塔內即有單質硫析出,因此要解決脫硫塔堵塔的問題還得從脫硫塔的改造上入手。下面筆者根據多年從事脫硫技術服務的經驗談幾點個人體會,拋磚引玉,希望對讀者有所裨益。

        1 關于脫硫塔的設計

          對于脫硫塔的設計,其直徑大小和高度不能只根據氣速和氣量簡單的確定。操作氣速的確定,至少要根據液體質量流速(L,kg/h)、氣體質量流速(G,kg/h)、氣體密度(ρg,kg/m3)、液體密度(ρL,kg/m3)這四要素,求解出泛點速度(W0,m/s)后,再確定操作氣速。一般操作氣速操作氣速為液泛點速度的20%~30%。然后根據操作狀態下的每小時處理氣體量就可算出塔徑。至于塔的高度計算,如果是填料塔的話,首先要將所需的填料總高度算出來。計算所需的填料總高度,也是要根據吸收過程傳質系數、吸收過程平均推動力、傳質所需總面積、所選擇填料的比表面面積等四個要素來確定塔的填料高度。確定了塔徑和填料高度的數據,這僅僅是填料塔設計的最基本的東西,更要縝密考慮的是填料塔的內件整體的設計。對此,有經驗有能力的廠可自行設計,反之,請有經驗的設計單位或對口單位來設計比較妥當。填料塔主要工藝參數為:

            操作氣速:0.5 m/s~0.9m/s(常壓),0.08 m/s~0.2m/s(加壓)

            液氣比:常壓≥12L/m3,加壓 ≥5L/m3

        塔內噴淋密度:35~50m3/m2·h

        2 填料的選擇

        在填料的選擇上,脫硫塔內必須保持足夠的傳質面積。我們知道,比表面積大的填料往往容易堵塔,而比表面積小的填料則因傳質面積不高從而造成脫硫效率降低,但相對來講不易堵塔。因此,選擇填料時應充分兼顧考慮填料尺寸大小及表面積。在既定的塔徑條件下,選擇在同一填料尺寸下具有較大比表面積的填料,而在滿足脫硫任務所要求的吸收表面積時,可選擇尺寸較大的填料。填料一般以三段裝填為好,每段填料高度5 m~6m,填料總高15 m~18m,段間設氣液再分布器,填料以散裝聚丙烯Φ50mm~Φ70mm為主,下段宜裝大規格填料以防堵塔。對于脫硫系統,因為影響堵塔的因素復雜、多變,故選用規整填料應慎重。

        3 液體分布器與氣液再分布器的選擇與安裝

        一般使用的液體分布器塔頂部多采用孔管式的液體分布器,而在塔中則是槽盤式液體分布器,值得注意的是在填料之間應有槽盤式氣液再分布器。分布器在設計上,分布管的孔徑不宜太小,太小容易堵塞。如果堵塞孔數多了,一方面造成液體分布不均勻,另一方面泵的流量會下降。分布器在安裝上水平度很重要,否則液體分布不均勻,易產生壁流,引起“干區效應”,不僅脫硫效率會大幅下降,時間久了塔的阻力也會隨之增加。要達到液體分布器的水平度要求,要從分布器的制造和安裝上把好關。對于液體分布器與氣液再分布器的選擇,最好找專業設計設制造廠家來做較為妥當些。

        4 采用噴淋段與填料段復式組合的脫硫塔

        對于單塔配置的企業,可將下段填料扒出改為噴淋段,上兩段填料保持不動。這樣噴淋段既具有較高的脫硫效率,又起到降溫除塵的效果,同時減輕了填料段的負荷,有效的防止了堵塔。對于雙塔或多塔配置的企業,可將前邊的填料塔改為噴淋空塔,作為預脫硫塔。顯然,要想保證噴淋空塔的脫硫效果,噴頭的優劣無疑是最為關鍵的因素。許多企業的預脫塔大都采用用于洗氣、降溫的噴頭,由于噴頭霧化效果差,氣液接觸不徹底,使預脫硫塔不能更好地發揮作用。因此, 我公司氣體凈化設計研究中心通過模擬實驗,總結行業內諸多噴頭的不足,經過反復模擬實驗與改造,最終研制開發了DSP型系列高效霧化噴頭??蓪⒚摿蜇氁红F化成高強度、高密度且有極大的球形表面,呈接近液化的“氣態”。 噴淋空塔設計參數:工藝氣體線速 0.8 m/s~1.2m/s;液氣比值:10L/Nm3;有效的接觸時間:10S~15S。故高效霧化噴頭能較好的滿足在脫硫塔內氣液兩相傳質界面大、傳質動能大、傳質時間短的傳質三要素。

        在保證高效霧化噴頭的前提下,對于使用高硫煤的企業,在首級脫硫中優先考慮使用噴淋空塔技術,不僅能滿足生產工藝所要求的脫硫效率,而且較好的解決了填料塔的堵塔弊病,從而為脫硫方法的選擇拓寬了路子,不失為脫硫行業一個有益的探索和嘗試。

        近兩年來,我公司已為廣西柳州、內蒙烏海和包頭、山東淄博、河南平頂山、山東平度、江西氨廠等多家企業設計改造了脫硫塔,有的正在設計中,有的已投入生產運行并取得了較令人滿意的效果。

        應用實例1:內蒙古紅駿馬化工有限責任公司于08年7月改造脫硫塔為噴淋段與填料段復式組合的脫硫塔。其主要設備:

        脫硫塔:Φ3800mm,H=34000mm,系三段脫硫塔,塔下段:系噴淋空塔段,三層噴頭,每層裝配噴頭9只。中上段:系填料段,76×38×2.5階梯填料,總量130m3,高度各5.8m;

        脫硫泵:流量468m3/h,揚程54m,一臺

        流量162m3/h,揚程50m二臺,

        正常開一大一??;

        再生泵:同脫硫泵,  開一大一??;

        再生槽:6500/7300/8100,配裝噴射器18支。原塔型運行情況詳見表4-1


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        塔系統壓力降及其它情況如下:

        羅茨風機出口壓力:430mmHg

        壓縮機一入壓力:425 mmHg,壓力降430-425=5mmHg(上述壓力降,至2009年5月初基本沒變化)

        應用實例2:山東煙臺萬華集團有限公司利用2008年7月大修,在填料塔前增設了噴淋空塔。大修開車后,為保證系統正常運行,噴淋空塔和填料塔串聯運行半個月后,通過脫硫塔液量的調整,分析填料塔出口H2S含量為零。于是停掉較容易堵塞的填料塔,只使用噴淋空塔單塔運行至今,分析出口硫均正常,無超指標現象。

        5 對于加壓脫硫塔(變換氣脫硫塔)的改造,采用無填料塔技術,可從根本上解決塔堵問題

        我們知道,雖然半脫和變脫脫除H2S的反應機理是一樣的,但壓力不同,氣體組分不一樣,特別是CO2含量差別較大(變換氣CO2含量為28%左右而半水煤氣中CO2的含量僅為8%左右)。而在加壓條件下CO2的溶解度將增大,溶液中CO2的濃度當然也會隨之升高。因此由于CO2的存在使脫硫液選擇性吸收H2S受到很大的影響,基于CO2和H2S在堿液中的吸收特性,我們在變脫中就要選擇高空速,短接觸時間來選擇性吸收H2S。而現行的變換氣脫硫塔,大多套用半脫塔的設計,沒有從根本上解決氣體中CO2對變脫系統運行產生的干擾。從東獅脫硫技術協作網所收集的資料來看,變脫比半脫堵塔幾率要高,變脫壓力等級越高,堵塔機率就越大。

        基于此,我公司氣體凈化技術研究中心的技術人員根據多年的脫硫技術經驗,經過多次試驗,終于推出了QYD型氣液傳質裝置。該裝置是集傳統的諸多塔內件的優點于一身,更加強化氣液傳質過程,它充分利用了脫硫反應機理---H2S和堿溶液快速的化學反應的原理,采用氣液直接接觸,并依據H2S含量高低設置特殊的氣液接觸裝置、氣泡再布裝置,使氣液之間動態接觸,湍動傳質。這不僅大大增加了氣液接觸面積,使氣體在極短的時間內與液體充分混合接觸,提高了氣體的凈化度,而且以此傳質裝置取代填料,從而解決了行業脫硫多年來懸而未決的問題,即硫塔堵塔問題。另外,由于氣液接觸時間大大縮短,使脫硫原料氣中CO2對堿溶液吸收的影響將得到很大的改善,溶液中NaHCO3的生成率也將大幅度降低,從而提高了貧液質量,促進溶液循吸收能力。該氣液傳質裝置結構簡單,安裝簡便,操作彈性大,塔阻力降低,且投資小,見效快。不僅適應于舊脫硫塔改造,更適用于新塔設計。該技術已獲得了國家專利。2008年年底,全國化工合成氨設計技術中心站組織業內專家在使用現場進行過評審,專家們對該氣液傳質裝置給予了充分肯定和很高的評價。

        氣液傳質裝置自2007年11在山東寧陽飛達化工有限公司使用以來,其理想的脫硫效率、顯著的節能效果、簡便的操作維修以及最佳的投入產出比都得到了行業界的普遍關注。近來先后山東、河南、安徽、山西、河北、湖北、江西等數十家化肥行業得到成功應用。

        應用實例1:河北河間瀛州化工有限公司于2008年10月利用年度停車檢修機會,將操作壓力為0.8MPa的¢3800的變脫塔進行了改造,采用QYD型氣液傳質裝置,取消塔內填料。改造后運行數據見表5-1。

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        在運行QYD內件的半年多的時間里,變脫系統一直在低堿度和低催化劑濃度下運行,運行費用明顯降低,同時,對溶液的循環量也進行了摸索和調整,電耗大幅下降,工藝得到進一步優化。

        應用實例2:河南開封晉開化工有限公司分別于08年7月和09年7月將兩臺并聯運行的操作壓力為2.0MPa的¢2800的變脫塔進行了改造,均采用了QYD型氣液傳質裝置,取消塔內填料。改造后運行數據見下表5-2


         

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        6結束語

        通過對數十多家化工企業的脫硫塔改造,大都收到了較好的效果。但也有個別廠家效果不佳,這主要是由于各個化工企業的加壓脫硫系統的生產負荷及其設備的置配均不一樣。我們知道,脫硫本身就是個系統工程,吸收再生和硫回收是脫硫系統三個不可缺的三要素,任何一個環節出現問題,將都會影響到氣體的凈化度,所以要想開好脫硫系統,還需要有設計合理的再生和硫回收系統與之配套,還需要行之有效的工藝操作規程來規范操作,還需要強有力的工藝操作管理方案來加強管理,只有這樣,脫硫系統才能開得更好。

        長春東獅科技(集團)有限責任公司為您提供888脫硫催化劑、高硫容脫硫催化劑、沼氣、焦爐氣等氣體脫硫催化劑高爐煤氣脫硫技術、各類脫硫設備等

        參考文獻

         魏升月:用QYD型氣液傳質內件取代填料型變脫硫運行總結及噴淋空塔+填料型脫硫塔復式組合二級脫硫的應用。脫硫技術2009年第一期

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