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專題專欄
濕式氧化法脫硫工藝裝備的優化配置
作者:張豐予 來源:煤化工信息網 瀏覽次數:391次 更新時間:2019-09-03

       上世紀三四十年代,從國外進口一種銀白色粉狀物質,取其少量撒進田間,并隨之澆水,幾天之后,弱小的禾苗就茁壯生長。是碳銨、硫銨、硝銨還是復合肥,卻無從考證,農民給其取的中國名——“肥田粉”。

       幾年之后,制造“肥田粉”的裝備也有所引進,并在應用中不斷改進,進而研發并創新。短短半個世紀,就形成了相當規模,且較為完善的工藝裝備體系。

       回顧我國合成氨、合成甲醇,以及其它煤化工的脫硫工藝發展史,從年產千噸級到萬噸級、十幾萬噸級到上百萬噸級的大型、特大型的高知名度企業,無不與脫硫工藝裝備的引進、改進、研發及其創新息息相關,無不與脫硫工藝技術含量,特別是其核心技術含量的不斷提高息息相關。

       1綜 述

       濕式氧化法脫硫是十分復雜的系統工程,不僅需要工藝條件的合理選擇,工藝過程的科學管理,優質催化劑的適量配加,特別是工藝裝備的優化配置。

       其工藝裝備可稱脫硫生產的主體,而氣液相際之間的傳質,則是脫硫工藝技術的核心。因此,強化傳質過程,提高傳質效率,才是脫硫工作者關注的焦點。

      由上述要項組合的運行綜合體,可確保脫硫—再生—硫回收三大工藝環節可調、可控、均衡、穩定,以保持脫硫液長周期的正常運行。

       2脫 硫

       脫硫塔是脫硫生產的主要設備,脫硫過程是在脫硫塔內完成的。經過半個多世紀的應用、改進及不斷發展,目前已形成多種塔型,以滿足不同工況條件下,脫除工藝氣體中硫化氫的工藝要求。

       塔型通常按塔內件的結構分類,與之相稱且目前常用的塔型分兩大類:板式塔、填料塔(又分散裝與規整兩類)。

       2.1板式塔

       塔體內裝有一定數量的塔盤,工藝氣以噴射或鼓泡的形式穿透(過)塔盤的液層,完成氣液相際之相的傳質過程,氣液兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式的變化。工藝氣中的H2S含量階梯式降低,而脫硫液中的HS-含量則階梯式增多。

       2.2填料型脫硫塔

       (1)規整型填料塔(含垂直篩板塔):初始投運,氣液的傳質效率較高,運行一段時期,因多種原因則逐漸下降,而塔阻力則相應的增加,一但堵塔,清塔后再回裝就比較困難,目前多數企業已棄用。

       (2)散裝型填料塔:塔內裝一定段數、一定段高、一定數量的填料,脫硫液沿填料的表面自上而下呈液膜狀流動,且時有不均勻甚至斷檔的現象,呈不連續相,與自下而上呈連續相的工藝氣,逆向完成傳質過程。這種不均勻或斷檔現象,也成為此后填料段堵塞的重要成因之一。而由此造成的塔阻力增長,脫硫效率下降,物料損耗增多,塔攔液帶液等,終將導致系統的減負荷或被迫停車。幾乎所有環型填料,脫硫液初始淋灑在其表面的分散度較好,脫硫液下移,而再分布的性能就較差,這是其環型結構所固有的,這也是此后填料塔堵塞的重要原因之二。而其彎向環心的葉片,卻可增大氣體的喘動功能。

       2.3新開發工藝之空塔噴淋塔型工藝

       由于諸多因素,填料塔漸進式的堵塞是不可避免的,目前已知的堵塔成因有二三十種之多,且多為混合型堵塞。但有兩個主要的成因必須同時存在,即:附著物(或堵塞物)與被附著主體(或被堵塞主體)。“二者缺一”,就不會造成塔堵。“皮之不存,毛將焉符”,基于上述機理,東獅公司研發了空塔噴淋型半水煤氣脫硫塔和“QYD型”加壓變換氣脫硫塔。投入運行后較好的解決了堵塔問題,也強化了氣液相際間的傳質過程。

       空塔噴淋型半水煤氣脫硫塔,該塔型原屬除塵及降溫的塔系,由于其結構簡單,塔體利用率高,氣液相際間的傳質效率高,運行成本低等優勢。特別是其不會造成堵塔的特性。近年來被引入脫硫塔系列,并在投運后很快就獲得了業內以及企業的高度關注。

       空塔噴淋型脫硫塔的關鍵部件是高功能的霧化噴頭,依據工藝氣的氣量及硫化氫含量,以及對硫化氫的凈化度要求,合理配置其塔型,噴頭的層數及其支數,以及脫硫泵的揚程及流量等相應的裝備,特別強調的是,為防噴頭的堵塞,應在貧液槽的出口配置并聯的“一開一備”的管道過濾器,此應成為重要的塔系副件。或者采用不停車就可清理的組合式的套裝噴頭。

       工藝氣從塔底進入,經氣體分布器上行,與高密度、高均勻度、高強度的霧化脫硫貧液,逆向流動,完成傳質過程,而后經除沫器出塔,進入下一個工序,而下行的脫硫富液,則經塔底的液封裝置流出塔外(如果噴淋空塔后面是串聯的填料塔流程,則噴淋空塔可不設置除沫器)。

       工藝過程高密度的液相球型小顆粒,展開有極大的表面。氣液逆向流動有較強的動能,以及足夠長的時間及適宜的溫度,較好的滿足了氣液傳質的四要素。因此,氣液相際間的傳質效率高,脫硫效率高,該塔型可單獨配置,也可與填料塔復合式的配置,屬液相主導傳質。

       2.4新開發的QYD型傳質內件應用于變換氣脫硫塔

       QYD型傳質內件的加壓變換氣脫硫塔的核心技術是分層規整排管式的多孔鼓泡工藝技術。加壓變換氣由塔底部進塔后,直接入氣體分布器,而后進入持液段,完成氣液相際之間鼓泡式的傳質過程。脫硫液經液封流出,完成第一個生產單元;而出持液段的氣體呈夾帶液狀的氣液泡上升,經氣泡再分布裝置進入上一層的持液段,進行第二個生產單元。該生產單元之后,持液段的脫硫液經降液管流至下一段的持液段,進行再吸收……氣體在上層出塔前需經除沫器完成氣液分離,而后出塔,再進入下道工序。通常該裝置可分三層或四層配置。

       該塔型阻力低,塔阻力系各持液段的“段高之和”,規整排管式確保了氣泡的不偏離,多孔鼓泡式增大了氣液的相際介面,強化了動態傳質的過程,故傳質效率高,CO2的低吸收率,降低了NaHCO3的生成,同時也降低了脫硫液的粘度,總體提高了脫硫液的質量。總之,加壓變換氣脫硫,壓力等級越高,溶入量越多,脫硫效率越好,屬氣相主導傳質。

       3再 生

       再生裝備是脫硫過程的關鍵性設備。脫硫富液的再生是在再生塔或再生槽中完成的。

       上世紀八十年代化肥大發展期間,不少年產千噸級小型縣級的化肥廠只脫硫不再生,脫硫液中加入稀氨水吸收,氨水是時邊加入邊排放,十分簡單,稱濕法脫硫。之后,在水泥池中通入正壓空氣,升級為簡單的濕式氧化法脫硫。再之后,加入適量的催化劑,升級為高一級的濕式氧化法脫硫工藝。

       4噴霧器與噴射器

       上世紀四五十年代,有一種口吹式家庭用的噴霧器,其結構十分簡單,且適用,兩根金屬薄壁管,管徑約0.5公分,長管約15公分。一端縮口至0.15公分,橫向配置,稱吹氣管,短管約10公分,垂直插入藥液瓶內,稱吸液管,兩管成90度直角固位,但不相交。應用時用力一吹,橫管的縮口處就產生高速氣流,而在吸液管的上口處形成“負壓區”,吸液管內外的壓力差,致使管內的液位上升,而溢出,高速氣流將其霧化而噴出。之后,吹式升級為打氣筒式,提高了工作效率,強化了霧化功能,但仍屬間歇式的低級霧化技術。此稱“文丘里”管效應。或受此啟發,十年之后,高華教授研制并開發出目前工業用的噴射器。

       其實,噴霧器與噴射器屬同樣的工作原理,就如同一對雙胞胎兄弟。高塔加入正壓空氣再生,進化到低槽負壓吸入空氣再生,仍堪稱“里程碑”式的技術進步。

       5硫回收

       目前使用的硫回收方法:1、間歇式熔硫;2、連續式熔硫;3、三足轉鼓式回收;4、陶瓷過濾機。其中陶瓷過濾機是新開發的機型。它是一種集真空效應與毛細效應為一體的脫水裝置,其關鍵部件是由氧化鋁燒結材料,所制作的高均勻度高密度多微孔的濾盤,這些特殊的微孔具有毛細作用,按照“開爾文”定律,對應某一微孔直徑,表面張力在微孔里產生毛細效應,迫使微孔里的水位上升,而后從濾盤的微孔里流出。

       由于水與親水的氧化鋁,濾盤上的微孔的表面張力作用,其孔徑適當時,微孔不會流出所含的水,微孔中的毛細作用大于真空所施加的外力,可使微孔保持充滿水的狀態,濾盤的特殊功能——使空氣不能通過,從而產生只允許脫硫液通過,形成“亞絕對”真空。過濾機浸入脫硫泡沫槽中運行時,硫顆粒則附著在濾盤上。該機的工作效率,在很大程度上與硫泡沫的含硫量以及硫顆粒的大小有關。該機型的“兩阻檔-通過”功能,致使濾液清似水,改善了工作環境,降低了勞動強度,提高了硫黃回收率。物理的吸收過程,避免了副鹽的增多,保證了脫硫液質量,降低了能耗及物耗。


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