脱硫工程空塔喷淋串联填料塔脱硫的使用

0 前言

脱硫工段作为化肥或化工生产中的一个工艺环节，近年来已经引起了人们足够的重视，尤其是那些很早就使用劣质高硫煤作为原料的生产企业，更是对该工段投入较大，当然在脱硫方面也就积累了宝贵的经验。我们阳煤丰喜集团临猗分公司就是一例，我们不仅在脱除较高硫化氢的方面积累了一定经验，而且在溶液再生、熔硫及熔硫后残液处理等方面也积累了一定的经验，当然对于填料堵塞这个难题（物理脱硫除外），我们也是不断摸索总结汲取同行经验几经改造，，获得较好的效果，现与大家分享。

1 目前行业内脱硫使用的几种主要塔器形式

1.1 空塔喷淋

空塔喷淋其实也是脱硫工艺应用较早的塔器（喷射塔及旋流板塔也较早），但是随着气体中硫化氢的不断升高，可能是人们考虑到填料塔气液接触面比较大，传质效果更好些（尤其是新型填料的出现），加之早些时侯空塔喷淋所用的喷嘴技术估计效果比较差，脱硫效率较低的缘故吧，该类塔器逐渐被填料塔所替代。但是近年来随着劣质高硫煤的使用，以及随之而来的堵塔问题，人们不得不在喷嘴技术方面作了改进，重新使用了该类塔器。

1.2 湍球塔

湍球塔也是脱硫工艺应用比较早的塔器，该种塔塔径较小，空塔气速是常压填料塔的2～3倍，虽然湍球填料相当少，但脱硫效果不错，一般可大于60%，据某些企业介绍最好的效果可达到90%，但是由于其单塔压差较大，湍球填料容易磨破致漏需要定期更换，加之设备冲刷腐蚀比较严重，故应用的也较少。

1.3 预脱塔（空塔或湍球塔）串填料塔

这种复合塔器目前在硫化氢较高的企业应用的比较多，就我们集团公司的几个分公司而言，受高硫堵塔因素的影响，被迫较早的在该类塔器方面进行了试用及尝试性改造。

1.4 多个填料塔并联使用

该类塔器组合使用无论是在北方还是南方的企业都有，笔者也曾实地考察过这样一些企业，原因很简单，就是为了整个系统不至于停车检修，哪个填料塔压差大，停下来处理一下然后再投用，即使这样也并没有延缓填料塔的堵塞问题。

1.5 东狮新型塔器的使用

据东狮资料介绍，新型塔器已经投用，由于笔者没有实地考察过该种塔器，所以此处暂不探讨。

2 我公司的脱硫塔情况

关于脱硫塔结构，我公司同其他兄弟单位一样，主要也是填料塔。就填料而言，我们由最早的50#鲍尔环，改用为76#鲍尔环（也有阶梯环等），后因为H2S较高，填料堵塞比较厉害，就将较大的两套系统的下层填料改为100#填料。当然也使用过几年的格栅填料，虽然在延缓塔堵方面稍有效果，但是一方面因填料比面积较小，脱硫效果较低，另一方面格栅填料一旦堵塞或倒状，检修比较困难，所以填料方面目前主要用76#鲍尔环。

2005年我们考察了云南贵州的一些化肥企业，了解到部分企业主要是“预脱硫塔（空塔）串填料塔”，这种复合塔器结构，于是我们在2#系统进行了改造，也就是在填料塔前串联一个空塔喷淋，或许是当时所选喷嘴技术不过关，雾化效果差，或许是塔径较小气速大的缘故，反正空塔喷淋投用后，脱硫效果很差。于是我们又学习本集团公司的其他兄弟单位，改用湍球塔串填料塔结构，脱硫效果还行，但是湍球塔压差较大，脱硫液量稍大些，仅湍球塔单塔压差则达到40mmHg左右。即便这样，我们觉得至少还是可以降低填料塔入口H2S的含量，起到了预脱作用，延缓堵塔，于是在3#系统也上了一套湍球塔。当然这期间也一直关注我们集团公司的另一个分公司的两个空塔喷淋脱硫的运行情况。由于该公司一直未连续掺烧高硫煤，且合成氨系统产能较小，考虑到没有代表性（主要担心空塔喷淋脱高硫效果差），所以也一直没有坚定这方面的改造。这期间我们也使用过个别脱硫剂厂家的清塔剂，有一定效果，但是并不能最终把压差降下来，塔堵一直是影响我们系统连运的一个瓶颈，如何延缓堵塔，成为我们这些搞脱硫工艺人员棘手的一个问题。2011年11月，我们经武汉利德流体技术公司的介绍，考察了湖北的几个空塔喷淋串联填料塔使用厂家（已经运行了好几年），效果确实不错，于是对我们临猗分公司的三套合成氨脱硫全部进行了改造，即“空塔喷淋串联填料塔”这种复合塔型，目前运行效果良好。

3 改造前后脱硫情况

首先，我们利用2012年5月检修机会，对1#合成氨系统（年产氨醇200kt）及3#合成氨系统（年产氨醇150kt）的脱硫进行了改造，并于开车时投用，同时对2#合成氨系统（年产氨醇80kt），也利用闲置的旧塔进行了改造，并于8月份投入使用，简单情况如下：

1#系统：原来两个φ5000mm塔串联，其中一个使用，另一个闲置，用作分离器用，于是我们改造了一个塔，使用了三层喷嘴喷淋装置，每层19个共57个，型号XS1930，脱硫、再生系统各自分开，利用以前的旧泵及旧设备改造的再生槽。

3#系统：原来一个湍球塔串联一个φ5000mm塔和一个φ4000mm塔，也是湍球塔和φ5000mm塔使用，另一个φ4000mm闲置被当作分离器，于是我们停用了湍球塔，改造了φ4000mm塔，使用了四层喷嘴喷淋装置，每层14个共56个型号XS1330，脱硫、再生系统各自分开，利用以前湍球塔的泵及再生槽等设备。

2#系统：原来一个φ2200mm湍球塔，串联一个φ3400mm填料塔，由于考虑到脱硫液量较小，及湍球塔压差大的缘故，该系统一直以来主要使用填料塔，本次改造时，我们利用一台旧造气洗气塔φ4000mm进行了空塔喷淋改造，共三层42个喷嘴，每层14个，型号XS1330，脱硫、再生系统各自分开，利用以前闲置的固定设备并配以两台新泵。

4 改造后运行情况及优点分析

（1）空塔喷淋脱硫达到了预期效果，一般情况下脱硫效率60-80%，我公司一般煤气中H2S为2000-3000mg/Nm3，空塔出口也就400-500 mg/Nm3，有几个班H2S高达4300 mg/Nm 3时，空塔出口也就900 mg/Nm3左右。这样不仅放宽了煤种，减少高价低硫煤的使用，降低了煤本，而且避免因更换煤种所造成造气工艺的波动。

（2）由于1#、3#系统5月份检修时，就进行了空塔喷淋的改造，空塔投用后，填料塔入口硫化氢也就几百mg/Nm3，所以填料塔的压差相对以前比较稳定。而2#系统由于5月份空塔未能改造好，运行至8月份单塔压差已达40mmHg。

（3）从目前1#、3#系统空塔喷淋运行情况来看，仅空塔喷淋单塔而言，压差很小，一般为2—3 mmHg，明显低于湍球塔的压差。

（4）从实际运行情况来看，空塔喷淋的液气比没有填料塔严格，也就是说要求的液量无须填料塔那样大。正常生产时，我们主要要考虑每层喷淋总管的上液压力尽可能达到喷嘴雾化所要求的压力，然后根据H2S含量决定开几层喷淋装置。改造前我们曾在这方面认真考虑过，担心液量过小时，脱硫效果差，但是事实上我们的3#系统空塔仅开一台450m3/h的泵，而煤气流量52000N m3/h左右，脱硫效果一直很好。

（5）空塔喷淋较填料塔仅脱硫液循环量方面来讲，调节灵活，有明显优势。前面讲过，空塔喷淋根据H2S高低，可以调整溶液循环量，但是填料塔则不然，即使H2S很低时，一般情况下我们也不会过多去减溶液循环量，主要还是担心喷淋密度小时，填料个别地方形成“干区”从而堵塔，所以我们也会考虑以后对现有填料塔下段进行空塔喷淋改造，而上段适当保留一部分填料，一方面起到相对“精脱硫”的作用，另一方面起到除沫作用。

5 改造建议

（1）空塔喷淋脱硫液再生槽的设计不宜过大，当然也不宜太小。因为大多数脱硫系统主要使用填料塔，所以目前行业都有共同的看法，就是再生系统要大，这样再生效果会好些。但是使用空塔脱硫时，如果再生系统过大，而实际生产中有可能较小的溶液循环量即可满足生产要求，这样就存在因溶液循环量较小，再生槽硫泡沫浮选困难的问题，我们的1#系统就存在类似问题（生产中不得已增大了循环量）。

（2）塔内喷淋支管运行较长时间后是否会存在硫膏堵塞，（因为溶液中有悬浮硫，尤其硫化氢过高时，再生效果差，悬浮硫会更高些）这个问题我们也考虑过并咨询了兄弟单位及空塔喷淋设计单位，答曰目前尚未发现此类现象。但是从我们填料塔使用的管式液体分布器来看，每次检修时均发现存在硫膏堵塞管道，所以建议改造时，喷淋装置的支管与总管连接是否可以考虑法兰连接，而不要焊接，这样便于日后检修清理。当然，如果喷嘴被杂物堵塞，只要将喷嘴压盖卸下来清理干净即可。

（3）改为“空塔喷淋串联填料塔”这种复合塔型后，建议空塔喷淋脱硫系统的溶液成分控制稍高些，这样就可以以较小的循环量获得较高的脱硫效果，有利于降低电耗。而填料塔脱硫系统的溶液成分则可以根据硫化氢含量适当控制低些。

总之，经过以上方案的改造后，我们的脱硫系统相对以前比较稳定，尤其脱硫塔压差方面明显要好于以前，虽然因为增开了一套脱硫系统，电耗及脱硫剂辅料消耗有所增加，但是相比少使用的高价低硫煤而言，还是要合算的多。当然了关键的一点还是最大限度保证了整个生产系统的连运。