脱硫改造-浅谈湿法脱硫塔的技术改造

0 前 言

目前绝大多数湿法脱硫塔基本都采用填料塔，填料塔以其气液传质面积大、脱硫效率高而被得到认可，在行业内广为应用。但近几年来，随着企业生产规模的不断扩大，改烧高硫煤以及后工序生产的需要，企业对脱硫要求也越来越严格，填料塔暴露出的弊病日见突出。比如，塔径越做越大，溶液循环量越来越高，而净化度却不尽人意，很难完全满足生产需要。这主要是塔径大,气液不易分布均匀所形成的。再是脱硫塔因堵塔而阻力增大更是行业内比较普遍的现象。虽然随着催化剂技术的发展，许多新型脱硫催化剂已经具备清塔洗塔的能力（如888脱硫催化剂），而使堵塔现象得以缓解。降低贫液中悬浮硫含量无疑是从根本上抑制和消除硫堵的有效措施，但由于脱硫过程析硫速度快，在脱硫塔内即有单质硫析出，因此要解决脱硫塔堵塔的问题还得从脱硫塔的改造上入手。下面笔者根据多年从事脱硫技术服务的经验谈几点个人体会，抛砖引玉，希望对读者有所裨益。

1 关于脱硫塔的设计

　　对于脱硫塔的设计，其直径大小和高度不能只根据气速和气量简单的确定。操作气速的确定，至少要根据液体质量流速(L，kg/h)、气体质量流速(G，kg/h)、气体密度(ρg，kg/m³)、液体密度(ρL，kg/m³)这四要素，求解出泛点速度(W0，m/s)后，再确定操作气速。一般操作气速操作气速为液泛点速度的20％～30％。然后根据操作状态下的每小时处理气体量就可算出塔径。至于塔的高度计算，如果是填料塔的话，首先要将所需的填料总高度算出来。计算所需的填料总高度，也是要根据吸收过程传质系数、吸收过程平均推动力、传质所需总面积、所选择填料的比表面面积等四个要素来确定塔的填料高度。确定了塔径和填料高度的数据，这仅仅是填料塔设计的最基本的东西，更要缜密考虑的是填料塔的内件整体的设计。对此，有经验有能力的厂可自行设计，反之，请有经验的设计单位或对口单位来设计比较妥当。填料塔主要工艺参数为：

    操作气速：0.5 m/s～0.9m/s（常压），0.08 m/s～0.2m/s（加压）

    液气比：常压≥12L/m³，加压 ≥5L/m³

塔内喷淋密度：35～50m³/m²·h

2 填料的选择

在填料的选择上，脱硫塔内必须保持足够的传质面积。我们知道，比表面积大的填料往往容易堵塔，而比表面积小的填料则因传质面积不高从而造成脱硫效率降低，但相对来讲不易堵塔。因此，选择填料时应充分兼顾考虑填料尺寸大小及表面积。在既定的塔径条件下，选择在同一填料尺寸下具有较大比表面积的填料，而在满足脱硫任务所要求的吸收表面积时，可选择尺寸较大的填料。填料一般以三段装填为好，每段填料高度5 m～6m，填料总高15 m～18m，段间设气液再分布器，填料以散装聚丙烯Φ50mm～Φ70mm为主，下段宜装大规格填料以防堵塔。对于脱硫系统，因为影响堵塔的因素复杂、多变，故选用规整填料应慎重。

3 液体分布器与气液再分布器的选择与安装

一般使用的液体分布器塔顶部多采用孔管式的液体分布器，而在塔中则是槽盘式液体分布器，值得注意的是在填料之间应有槽盘式气液再分布器。分布器在设计上，分布管的孔径不宜太小，太小容易堵塞。如果堵塞孔数多了，一方面造成液体分布不均匀，另一方面泵的流量会下降。分布器在安装上水平度很重要，否则液体分布不均匀，易产生壁流，引起“干区效应”，不仅脱硫效率会大幅下降，时间久了塔的阻力也会随之增加。要达到液体分布器的水平度要求，要从分布器的制造和安装上把好关。对于液体分布器与气液再分布器的选择，最好找专业设计设制造厂家来做较为妥当些。

4 采用喷淋段与填料段复式组合的脱硫塔

对于单塔配置的企业，可将下段填料扒出改为喷淋段，上两段填料保持不动。这样喷淋段既具有较高的脱硫效率，又起到降温除尘的效果，同时减轻了填料段的负荷，有效的防止了堵塔。对于双塔或多塔配置的企业，可将前边的填料塔改为喷淋空塔，作为预脱硫塔。显然，要想保证喷淋空塔的脱硫效果，喷头的优劣无疑是最为关键的因素。许多企业的预脱塔大都采用用于洗气、降温的喷头，由于喷头雾化效果差，气液接触不彻底，使预脱硫塔不能更好地发挥作用。因此， 我公司气体净化设计研究中心通过模拟实验，总结行业内诸多喷头的不足，经过反复模拟实验与改造，最终研制开发了DSP型系列高效雾化喷头。可将脱硫贫液雾化成高强度、高密度且有极大的球形表面，呈接近液化的“气态”。 喷淋空塔设计参数：工艺气体线速 0.8 m/s～1.2m/s;液气比值：10L/Nm³;有效的接触时间:10S～15S。故高效雾化喷头能较好的满足在脱硫塔内气液两相传质界面大、传质动能大、传质时间短的传质三要素。

在保证高效雾化喷头的前提下，对于使用高硫煤的企业，在首级脱硫中优先考虑使用喷淋空塔技术，不仅能满足生产工艺所要求的脱硫效率，而且较好的解决了填料塔的堵塔弊病，从而为脱硫方法的选择拓宽了路子，不失为脱硫行业一个有益的探索和尝试。

近两年来，我公司已为广西柳州、内蒙乌海和包头、山东淄博、河南平顶山、山东平度、江西氨厂等多家企业设计改造了脱硫塔，有的正在设计中，有的已投入生产运行并取得了较令人满意的效果。

应用实例1：内蒙古红骏马化工有限责任公司于08年7月改造脱硫塔为喷淋段与填料段复式组合的脱硫塔。其主要设备：

脱硫塔：Φ3800mm，H=34000mm，系三段脱硫塔，塔下段：系喷淋空塔段，三层喷头，每层装配喷头9只。中上段：系填料段，76×38×2.5阶梯填料，总量130m³，高度各5.8m；

脱硫泵：流量468m³/h，扬程54m，一台

流量162m³/h，扬程50m二台，

正常开一大一小；

再生泵：同脱硫泵，  开一大一小；

再生槽：6500/7300/8100，配装喷射器18支。原塔型运行情况详见表４-1

塔系统压力降及其它情况如下：

罗茨风机出口压力：430mmHg

压缩机一入压力：425 mmHg，压力降430-425=5mmHg（上述压力降，至2009年5月初基本没变化）

应用实例２：山东烟台万华集团有限公司利用2008年7月大修，在填料塔前增设了喷淋空塔。大修开车后，为保证系统正常运行，喷淋空塔和填料塔串联运行半个月后，通过脱硫塔液量的调整，分析填料塔出口H₂S含量为零。于是停掉较容易堵塞的填料塔，只使用喷淋空塔单塔运行至今，分析出口硫均正常，无超指标现象。

5 对于加压脱硫塔（变换气脱硫塔）的改造，采用无填料塔技术，可从根本上解决塔堵问题

我们知道，虽然半脱和变脱脱除H₂S的反应机理是一样的，但压力不同，气体组分不一样，特别是CO₂含量差别较大（变换气CO₂含量为28%左右而半水煤气中CO₂的含量仅为8%左右）。而在加压条件下CO₂的溶解度将增大，溶液中CO₂的浓度当然也会随之升高。因此由于CO₂的存在使脱硫液选择性吸收H₂S受到很大的影响，基于CO₂和H₂S在碱液中的吸收特性，我们在变脱中就要选择高空速，短接触时间来选择性吸收H₂S。而现行的变换气脱硫塔，大多套用半脱塔的设计，没有从根本上解决气体中CO₂对变脱系统运行产生的干扰。从东狮脱硫技术协作网所收集的资料来看，变脱比半脱堵塔几率要高，变脱压力等级越高，堵塔机率就越大。

基于此，我公司气体净化技术研究中心的技术人员根据多年的脱硫技术经验，经过多次试验，终于推出了QYD型气液传质装置。该装置是集传统的诸多塔内件的优点于一身，更加强化气液传质过程，它充分利用了脱硫反应机理---H₂S和碱溶液快速的化学反应的原理，采用气液直接接触，并依据H₂S含量高低设置特殊的气液接触装置、气泡再布装置，使气液之间动态接触，湍动传质。这不仅大大增加了气液接触面积，使气体在极短的时间内与液体充分混合接触，提高了气体的净化度，而且以此传质装置取代填料，从而解决了行业脱硫多年来悬而未决的问题，即硫塔堵塔问题。另外，由于气液接触时间大大缩短，使脱硫原料气中CO₂对碱溶液吸收的影响将得到很大的改善，溶液中NaHCO₃的生成率也将大幅度降低，从而提高了贫液质量，促进溶液循吸收能力。该气液传质装置结构简单，安装简便，操作弹性大，塔阻力降低,且投资小，见效快。不仅适应于旧脱硫塔改造，更适用于新塔设计。该技术已获得了国家专利。2008年年底，全国化工合成氨设计技术中心站组织业内专家在使用现场进行过评审，专家们对该气液传质装置给予了充分肯定和很高的评价。

该气液传质装置自2007年11月份在山东宁阳飞达化工有限公司使用以来，其理想的脱硫效率、显著的节能效果、简便的操作维修以及最佳的投入产出比都得到了行业界的普遍关注。近年来先后在山东、河南、安徽、山西、河北、湖北、江西等数十家化肥行业得到成功应用。

应用实例１：河北河间瀛州化工有限公司于2008年10月利用年度停车检修机会，将操作压力为0.8MPa的￠3800的变脱塔进行了改造，采用QYD型气液传质装置，取消塔内填料。改造后运行数据见表5-1。

在运行QYD内件的半年多的时间里，变脱系统一直在低碱度和低催化剂浓度下运行，运行费用明显降低，同时，对溶液的循环量也进行了摸索和调整，电耗大幅下降，工艺得到进一步优化。

应用实例2：河南开封晋开化工有限公司分别于08年7月和09年7月将两台并联运行的操作压力为2.0MPa的￠2800的变脱塔进行了改造，均采用了QYD型气液传质装置，取消塔内填料。改造后运行数据见下表5-2

 

6结束语

通过对数十多家化工企业的脱硫塔改造，大都收到了较好的效果。但也有个别厂家效果不佳，这主要是由于各个化工企业的加压脱硫系统的生产负荷及其设备的置配均不一样。我们知道，脱硫本身就是个系统工程，吸收再生和硫回收是脱硫系统三个不可缺的三要素，任何一个环节出现问题，将都会影响到气体的净化度，所以要想开好脱硫系统，还需要有设计合理的再生和硫回收系统与之配套，还需要行之有效的工艺操作规程来规范操作，还需要强有力的工艺操作管理方案来加强管理，只有这样，脱硫系统才能开得更好。

参考文献

 魏升月：用QYD型气液传质内件取代填料型变脱硫运行总结及喷淋空塔+填料型脱硫塔复式组合二级脱硫的应用。脱硫技术2009年第一期

文章来源：长春东狮科技（集团）有限责任公司官网-东狮脱硫技术协作网