河北金石金万泰变脱塔使用QYD内件总结
河北金石金万泰化肥有限责任公司是晋煤金石化工投资集团有限公司的一个子公司。原厂址地处石家庄市区二环路之内，根据市政府的总体规划，进行异地搬迁改造。新厂址在新乐市东部工业园区，新建生产装置为年产合成氨18万吨、 甲醇12万吨、尿素20万吨、硝酸铵15万吨、浓硝酸3万吨。新建装置在充分利用原有生产装置的基础上，进行技术优化升级，实现节约能源消耗、清洁生产，具有良好的经济效益和社会效益。该项目建成后，年销售收入8.95亿元，利税2.15亿元，利润1.6亿元。目前，一期工程已建成投产。
在已经建成投产的一期工程中，该厂在变换气脱硫的项目建设中，与我公司进行了技术交流与合作，选择使用我公司专利技术QYD传质内件，取得了理想的效果。现把这次使用情况总结如下。
1工艺条件及技术参数
变换气量： 50000 Nm3/h
进塔H2S含量：≤250mg/Nm3
出塔H2S含量：≤10mg/Nm3
（保证两年内不堵塔）
溶液循环量： 320m3/h
脱硫贫液温度：40±4℃
变脱塔操作压力： 2.1MPa
变脱塔： ￠3200（三层QYD内件+雾化反应段组成，要求内件使用寿命：6年以上）
2 QYD内件的结构形式及特点
QYD型传质内件是加压变换气脱硫塔的核心技术，系采用分层规整排管式的多孔鼓泡工艺。加压变换气由塔底部进塔后，依次通过三个或四个相对独立的反应段，在反应段上，气体经过多孔分布管，以气泡的形式穿过一定高度的溶液，气液鼓泡吸收H2S后，进入上一级反应段。在完成各反应段的吸收反应后，经塔顶除沫器进行气液分离，而后出塔，再进入塔后分离器，送往下工序。而液体由塔顶进入最上层的反应段，反应后的溶液经降液管进入下一反应段，完成所有吸收反应后，直接到塔底。然后经溶液出口管排出塔外。根据入塔气体中H2S的高低及气量的大小，QYD内件通常分三层或四层配置。
该塔型阻力小，塔阻力系各反应段的“段高之和”，规整排管式确保了气泡均匀的不偏离，多孔鼓泡增大了气液的相际介面，强化了动态的传质过程，提高了传质效率，缩短了传质时间，降低了CO2的吸收率，减少了NaHCO3的生成量，同时降低了脱硫液的粘度，总体上提高了脱硫的效率，减低了堵塔的几率。
3 气液流程与雾化反应器
考虑到该厂变脱进口硫较高，为了使生产控制过程中有适当的操作弹性，我公司为该厂变脱塔设计了QYD内件与雾化反应器相结合的复合工艺。这样，既可以保证脱硫效率，又能维持较低的系统阻力降。雾化反应器是我公司在原来的空塔喷淋段的基础上创新而成。它的使用，可以在保证脱硫效率的前提下，最大限度的减少溶液循环量，以充分发挥QYD内件的优势特点。
其气体流程为气体由入口管进入塔内后，在塔内仍是管道的形式自上而下进入密封的竖直的雾化反应器。雾化反应器内，5只高效雾化喷头依次排列。气体在穿过雾化反应器时，与喷头喷出的雾化态的碱性溶液进行传质吸收。随后，气液混合物进入雾化反应器下面的一个多孔管式气液分离器。经分离后，气体向上进入QYD内件段，溶液降于塔底。溶液流程也是分两路入塔，一路从塔中部进入雾化反应段，经喷头雾化后分离与QYD内件经降液管下来的溶液汇合后，排出塔外。
4 运行情况及问题
该厂也是原始开车，所以低负荷运行的时间比较长。在低负荷运行期间，无论是系统阻力以及脱硫效率都比较理想。但在2012年7月逐渐加负荷后，却出现了系统阻力较高，以至于带液的不正常现象。笔者受公司安排于2012年7月底到达该厂，经过与生产管理人员交流以及报表查阅，了解到当时的情况是：在30000 Nm3/h气量情况下，系统阻力为0.08MPa，气量加至40000Nm3/h时，系统阻力增加到0.12MPa，当气量增加到43000Nm3/h时，系统阻力就会达到0.16MPa，同时出现带液现象。变脱塔后的分离器可以排出大量的脱硫液以及硫泡沫，被迫再把气量减下来维持生产。当时的溶液循环总量约为220m3/h，其中去下部的雾化反应器阀门全开，去上部QYD内件的阀门也几乎全开。
5 原因分析
很显然，系统阻力比较高是一个明显的问题。但这个阻力是不应该有的阻力。因为对于QYD内件来说，在一定的气体空速范围内，其阻力的产生取决于各反应段的“段高之和”。该厂QYD内件共有三层塔盘，每层从气体分布多孔管的中心到反应段的最上面约750mm，那么三层总的段高约为2250mm，也就是说，气体穿过三层反应段所产生的阻力应该在0.025MPa之内。
那么，现在在30000Nm3/h气量，几乎是半负荷的情况下，系统阻力就高达0.08MPa，肯定是有其它原因。而我们分析，气体在塔内产生阻力的原因无非是两个，一是因为降液不畅，使塔盘上的溶液实际液位较高，从而产生了较高的气体阻力。二是气体通道不畅，气体受阻，造成阻力较高。
6 调试情况及判断
上述分析也得到了该厂领导和技术部门的认可，在该厂车间管理人员的大力配合和支持下，我们对变脱塔进行了工艺调试，以进一步分析问题，排除问题，判断问题。
在30000Nm3/h气量，进口H2S120mg/m3，系统阻力0.08MPa基本稳定不变的情况下，在车间管理人员及岗位操作工人的帮助下，我们首先把进QYD内件的溶液进口阀门全部关闭，仅保留喷淋段的溶液。这样QYD内件就不再进液。分别进行了两次调试，第一次阀门关了半个小时，第二次阀门关了一小时以上，观察系统阻力没有任何变化，仍然维持在0.08MPa，同时分析变脱塔的出口H2S，也几乎没有变化，仍然是在5 mg/m3左右。
随后，又把进QYD内件的溶液阀门全打开，同时把进雾化反应器的溶液阀门关闭。这样仅使用QYD内件段。同样是分别过了半小时和一小时后，可以观察到，在刚刚关闭雾化反应器的进液阀门时，系统阻力略降了一点，从0.08MPa降至0.075MPa，此后就一直保持在这个阻力。一小时后分析出口H2S，也是在5 mg/m3左右。
从以上的调试中，我们可以得到这样的结论：系统阻力的较高并非是塔盘上的反应段液位过高造成的。因为如果是塔盘上的实际液位高，那么，在塔盘停止进液后，塔盘液位会迅速降到正常高度，这样系统阻力应该有一个很明显的下降。但事实却不是这样。其次，系统阻力跟雾化反应器应该有一定的关系。因为在雾化反应器停止进液后，系统阻力多少是有所变化的。而雾化反应器，无论是进塔后的引入接管，还是反应器本身，以及下面的分离器，全部都是管道的形式。因此，我们推断，系统阻力的较高，应该是气体通道受阻所致。
在基本确定是气体通道受阻造成系统阻力较大之后，我们又进一步分析，雾化反应器这一部分有阻力是一定的，但是，仅仅是此处的阻力，也只是影响到系统阻力增高，而不至于造成系统带液。那么，系统带液一定还有别的原因。并且初步判断是塔顶部的丝网除沫器堵塞较为严重，使气体经过除沫器局部时气体空速过大，造成带液。虽然有些牵强，但除此之外，也实在找不出别的原因。
7 检修及问题处理
在分析判断清楚，统一看法，并制定出有针对性的处理措施后，该厂利用一个停车检修的机会，对变脱塔进行了检修。打开塔观察到的情况如下：
（1）在雾化反应器下面的管式分离器内，存在着大量的不锈钢小填料，这些小填料无法穿过分离器的小孔，堆积在分离管内，再加上一些其它杂物，把分离器堵了个密密实实。这是造成变脱塔系统阻力大的根本原因。
这些小填料，来自于前面的变换工序，被气体夹带进入变脱塔。据了解，该厂变换工段后，进变脱工段前，有一个气液分离器，可能在此气液分离器内装有这种不锈钢小填料。估计是装填该填料时筛网没有铺好，或者是支撑填料的蓖子板出了问题，造成了填料的大量带入变脱系统。
处理很简单，把堵塞的分离器割开，人工把里面的填料清理出来，然后再重新焊接上。
（2）在QYD内件的三层塔盘上方，丝网除沫器的下面这个空间段内，还保留着一个原来旧塔的鼓泡反应段。而且此反应段原有的溶液溢流管已经拆除盲死，而反应段底部的一个￠57的排污阀又没有接引到下面，长期没开，所以，气体经过QYD内件后夹带上来的液沫以及上面丝网除沫器分离下来的液体，全部积存在此鼓泡反应段内，无法流出。这应该是带液的主要原因了。
由于在之前的问题处理中没有找到该塔的图纸，而车间管理人员多是生产运行后新调过来的，不太了解最初安装时的情况，所以，当时对这个旧塔的鼓泡段的情况大家都不是很清楚，也就没有从这方面考虑。打开塔后，看了鼓泡段的结构，问题就一目了然了。
处理方法：如果全部拆除这个原有的鼓泡段，工作量太大，也没必要。所以，就直接在这个鼓泡段的底部塔盘上新开了四个￠200的洞，以保证塔盘上面不再存液。
（3）QYD内件的溶液进口是利用原塔的溶液进口装置，在管式溶液分布器的下面，还有一层溶液再分布器。此分布器有一些小孔堵塞。
处理方法：直接把该溶液再分布器拆除了一部分。
对于QYD内件最上层塔盘的溶液入塔形式，笔者一直认为没有必要仍然采用填料塔那种平均分布、喷淋而下的方式。因为QYD内件的特点是利用每层塔盘上反应段的液位来吸收硫化氢，所以只考虑溶液在塔盘上流动的合理性，而无需考虑液体的的均匀分布情况。而填料塔的那种溶液入塔均匀喷淋而下的形式，对于QYD内件来说，不利之处有四：一是溶液经过分布以及再分布后的小液柱下落过程中，如果气体空速稍大，容易产生气液夹带。这也是一些厂子在小负荷时运行尚好，而加满负荷时就会带液的原因之一。二是这么多的小液柱对最上层的液面不断冲击，容易产生硫泡沫，影响正常下液速度，从而造成下液不畅。三是由于液体是均布的从上而下到最上层塔盘上，所以在靠近降液管附近的部分液体直接进入降液管，没有起到应有的作用。四是同样是液体从上而下，那么，最上层塔盘上反应段的下半部分溶液流动相对缓慢，也没有发挥应用的作用。这四条不利因素中，第一、二条易造成带液，第三、四条影响了脱硫效率。基于此，在笔者指导安装QYD内件的过程中，只要有条件，笔者都建议采用溶液入塔后不需分布，直接用管道引到最上层塔盘上的方法。这样最上层塔盘上溶液流动更为合理，有利于提高脱硫效率，同时，由于最上层塔盘的反应段液位上面有足够的分离空间，也可以有效的防止带液现象。
8 效果及结论
检修后的变脱塔重新运行后，达到了非常理想的效果。在雾化反应器不进液，仅使用QYD内件的情况下，变脱进气量45000Nm3/h时，溶液循环量200m3/h，系统阻力稳定在0.025～0.03MPa。进口H2S为120 mg/m3左右，出口H2S小于1 mg/m3。
从该厂的问题处理过程中，我们可以得到下面几点经验：
（1）要保证入塔气体的干净清洁。类似于这样气体夹带大量填料进入变脱系统的现象应该从根本上杜绝。
（2）在旧塔改造过程中，对于原有的内件，要坚决拆除。如果因时间关系或别的原因无法拆除，也一定要采取相应的措施，以防对QYD内件带来不利影响。
（3）对于由QYD内件与雾化反应器或者是喷淋段组成的复合型的工艺，在开车调试以及运行过程中，一定要科学合理。也就是说，在入口硫不高或者出口硫达标的情况下，应该只开QYD内件段，把喷淋段做为备用。如果入口硫较高必须要开喷淋段或者雾化反应器时，一定要注意把喷淋段的溶液进口阀门全开，同时适当关小进QYD内件段的进液阀。以达到优先保证喷淋段的流量和压力的目的。只有这样，才能充分发挥出喷淋段的作用。