新型变脱塔在变换气脱硫中的应用剖析

1、新型变脱塔在变换气脱硫中的设计与应用张大涛（山东晋煤明升达化工有限公司泰安 271400 ）0前言山东晋煤明升达化工有限公司，成立于2009年5月，系原山东飞达化工科技有限公司与山东晋煤明水化工集团 有限公司合资合作后成立的新公司。公司现为国家级“高新技术企业”设有“博士后科研工作站” “省级技术中心”和“泰安市 橡胶助剂工程技术研究中心”。目前，主导产品的生产能力分 别为合成氨12万吨/年、尿素18万吨/年、橡胶防老剂5000 吨/年、食品级二氧化碳 2万吨/年、甲醇2万吨/年、无碳氨 水15000吨/年。公司变换气脱硫装置原为3000 X31800的填料吸收塔 改造而成，由于随着产量的增加

2、，变换气脱硫岗位的装置明显 处于超负荷状态，变脱塔压差大、带夜、被迫开近路维持生 产，变脱后H2S指标无法得到保障，且当时变脱塔、再生槽 等设备腐蚀严重，变脱塔塔体多次发生泄漏，成了生产装置 的重大安全隐患。能否开发一种投资少， 脱硫效率高、节能、 又不堵塔能够长周期稳定运行的新型变脱塔，以解决生产的 瓶颈问题，已成为公司的当务之急。1. 设计方案的确定变换气中H2S的脱除是保证合成氨和尿素生产装置长 期稳定运行的关键，是生产工艺控制的重中之重。气体中 H2S超标对碳酸丙烯酯脱碳系统会在水冷器壁及填料上沉积 硫垢、堵塞填料、造成带液；对铜洗系统会使铜液吸收H2S生成CuS沉淀，造成铜洗带液、铜

3、耗增加；对尿素和碳铵系 统，还会造成设备腐蚀，影响尿素及碳铵产品质量。针对以 上危害我们在方案设计上进行了全面的分析。1.1脱硫催化剂的确定目前，我国氮肥行业变换气脱硫工艺绝大多数采用湿式催化氧化法，脱硫催化剂主要有考校、KCA、888、OTS、DDS、PDS等，这些催化剂的原理基本上大同小异，作用各有千秋。考校和 KCA对变换气中H2S含量较高时，效果较 好，但脱硫后的指标的 H2S精度不是很理想；888、DDS、 OTS等对脱硫后变换气中 H2S可以达到比较低的指标，但 对脱硫前变换气中 H2S含量有严格的要求。结合我公司的实 际情况，我们确定采用 KCA和888两种催化剂混用。1.2脱硫

4、塔的确定目前，我国氮肥行业变换气脱硫装置中基本上采用填料吸收塔和板式吸收塔两种，填料吸收塔约占70%，在填料吸收塔中根据气液分布装置和填料的不同，又有规整填料塔和散装填料塔。填料吸收塔具有结构简单、压力降小、造价低、维修施工方便、且填料可用各种材料制造耐腐蚀等优点。缺 点是气液分布不均匀时吸收效率低、易堵塔、为保持一定的 气液比液体的循环量较大，能耗较高。板式吸收塔是分级接 触型气液传质设备，种类繁多。目前，氮肥行业变换气脱硫 采用的板式脱硫塔主要有垂直筛板塔、浮阀塔和长春东狮公 司研制的QYD型内件变换气脱硫塔。板式塔具有脱硫效率 高、处理能力大、操作弹性大、不易堵塔、所需循环量小能 耗低等

5、优点。缺点是结构复杂、造价高投资大、维修施工不 便、内件易腐蚀。结合我公司的实际情况，组织相关工程技 术人员，多次到兄弟厂家及科研院所进行考察，经过反复论 证和工艺、设备方面的计算，公司决定研制一种新型高效变 脱塔。1.3新型高效变脱塔的原理新型高效变脱塔充分利用了脱硫反应机理-H 2S和碱溶液瞬间反应的特性（其反应速度远远大于 CO2与脱硫液的 反应速度），采用气体在液体中鼓泡吸收，利用气体分布装 置和气泡再布装置形成大量的小气泡，使气泡在极短的时间 内与脱硫液充分混合接触，湍动传质，极大的提高了气体中 H2S的吸收速度和净化度，从而大大降低设备的高度和脱硫 液的循环量。该高效变脱塔由塔体、

6、 塔板、侧向导气管、气体平衡管、 气体分布器和气泡发生器、弓形降液管和液封槽、除沫器以 及组装以后形成的持液段等部分组成。气体流向：气体从塔 底部直接进入气体分布器和气泡发生器，从气泡发生器出来 以后在持液段内与脱硫液“潜水”快速鼓泡接触（分布器在持 液段液面以下），此时气体中的 H2S迅速与脱硫碱液发生反 应，同时气体以小气泡形式在浮力作用下向上升腾。为了加 强气泡与碱液充分接触，防止严重的气液夹带，在气泡升腾过 程中，气体分布器将大的气泡进一步破碎形成无数的小气泡 群，从而大大强化了气液传质过程。经过第一级吸收后，此 时H2S的脱除率将达到50-60%，通过初步净化后的气体沿 侧向导气管依

7、次进入第二级和第三级吸收，脱硫效率达到 98%以上，净化后的气体再经除沫器除去气沫夹带的液滴及 硫泡沫后出塔。液体流向：脱硫液从上部进液管口直接打入上层塔板， 吸收部分H2S后，经弓形降液管和液封槽依次溢流至第二和 第三层塔板，完成吸收过程后经弓形降液管进入塔下部富液 区，由变脱塔根部液位调节阀控制进入闪蒸槽，闪蒸后的脱 硫富液进入氧化再生槽喷射器氧化再生，再生后的贫液经脱 硫泵打入变脱塔，进行下一个循环。1.4设计基准依据公司合成氨系统各岗位生产装置的能力，制定了整 体技术方案，并确定了相应设计的基础条件。 设计处理变换气流量50000m 3/h ; 变脱塔入口 H2S含量 0.5=71.2

8、8 万元。3.3 脱硫液组分由于变换气中CO2浓度较高（27%左右）采用填料塔 吸收时间长，在吸收 H2S的同时，吸收了大量的CO 2 ,碱耗较高。高效变脱塔投入运行后脱硫液组分明显改善，碱耗降 低三分之一，总碱度始终在0.4-0.5mol/l , KCA、888脱硫剂 添加量不变，副盐含量大幅度降低，贫液中的悬浮硫含量从 0.8g/l 降至 0. 2 g/l。4 经济效益4.1 投资情况 调剂塔设备本体及运输费20万元，吊装费1.5万元。 气体分布器、气泡发生器、降液管、液封槽、侧向导气管、气相平衡管、除沫器等制作及安装费14.5万元。 工艺管线、阀门、仪表等8万元。 合计：44万元。4.2

9、 经济效益 节电效益：（308-128） X24 X330 0.5=71.28 万元 节约食用纯碱：原来加碱量360Kg/天，改造后200Kg/天，年节约量 52.8吨，按当前市场价 1860元/吨计 算，年节约9.82万元。 节约活性炭：原脱碳前活性炭脱硫槽每月更换一次，一槽5吨，改造后一年更换一次，年节约活性炭脱硫剂55吨、价值12.1万元。 合计：年经济效益 93.2万元。5结语高效变脱塔与传统填料塔对比，有以下优点：大大提高了气体净化度；投资小，见效快，节能显著；彻底解决了脱 硫塔填料堵塞问题，杜绝了检修扒塔等系列工作，节约了人 力物力；操作弹性大，塔阻力小。而且该高效变脱塔特别适 应于旧塔改造，改造后单塔生产能力得到大幅度提高。用于 新塔设计，由