脱硫微型吸收器技术的开发和应用

脱硫微型吸收器技术的开发和应用脱硫微型吸收器研发背景在目前的化工生产中，气液两相或气液固三相之间的传质、传热、洗涤、物理吸收大多都是利用各式各样的填料，或者特殊的塔器来加强两相之间的接触。无论采用何种形式，其最终的目的就是要加强气液两相的充分接触，只有两相之间充分接触了，才能很好的完成它们之间的物理或化学过程。然而，随着化工行业的快速发展，但在实际工业化生产中，气液两相之间的充分接触是很难的，它受到许多主观或客观条件的限制。为了弥补这些不足，设计中都会通过增加循环量、延长气液接触时间以及增加传质面积等方法来解决，这无疑带来设备投资大、动力消耗高等问题。如何提高气液两相的接触效率，我公司依据气液两相之间的物理与化学过程机理，研究开发了适合于气液两相或气、液固三相之间任何物理或化学过程-多功能微型吸收器。脱硫微型吸收器技术原理微型吸收器技术包含两个技术：

液体的雾化技术和气液的捕集（分离）技术

吸收液的雾化技术：

脱硫液在雾化器内部特殊结构及外部工况条件作用下，在极低的压力下（0.05-0.1MPa）下把脱硫液雾化接近于汽态，使传统的气-液两相反应转化成接近汽-气两相，从而大大增加了传质面积。

气-液的捕集（分离）技术

反应后的汽-气混合相在特殊分离装置作用下使汽-气两相再次转化为气-液两相，从而实现气液两相的

彻底分离。脱硫微型吸收器主要特点脱硫液硫容高，是传统脱硫硫容的5～10倍。同等工况下，脱硫液循环量是常规设计的1/5～1/10。脱硫效率高。单级使用脱硫效率可达30～50%。设备体积小，结构简单，投资省。气液接触时间极短，不足1S。大大减轻了脱硫装置的再生系统和动力系统的负荷。减小了占地面积。可单独用于粗脱硫，也可与传统脱硫塔进行串联使用。使用范围广泛，不仅用于脱硫，而且适合于任何气液两相之间的物理或化学过程（如脱除CO2、SO2、HCI、NH3以及传热、洗涤、降温、吸收等等物理过程）。所需泵的扬程较低，约高于气相压力0.1MPa，即可满足生产需要，因此与传统的空塔喷淋塔相比，有较为十分明显的优势。应用案例一：阳煤正元化肥2016年2月，阳煤正元集团正元化肥决定在3#变脱中使用我公司的微型吸收器技术。位于河北灵寿的正元化肥东院是新建的“24·40”工程。变换气脱硫压力为2.1MPa，原设计一台φ3400变脱塔运行，后因气量增加，该塔成为制约整个生产的瓶颈，该厂又增上了一台φ3600变脱塔，以及相应的变脱泵和再生系统，两塔并联运行。这样不仅生产消耗高、电耗高，而且操作也不易控制。2015年，该厂了解到微型吸收器技术后，便有意使用微型吸收器来替代一台变脱塔。以达到节能降耗的目的。阳煤正元化肥：1、工况参数变换气流量：

180000Nm3/h系统压力：

2.1MPa；入口硫化氢含量:≤300mg/Nm3填料塔：

φ3400

1台填料塔：φ3600

1台再生槽：

φ7000

2台脱硫泵：

流量450m3/h

3台

流量280m3/h1台阳煤正元化肥：2、运行情况该厂在新的φ3600投运后，也尝试过只运行一台塔生产。但一台塔在两台脱硫泵运行时，就存在着脱硫塔内棚液、且出口硫化氢超指标的现象，只得开启另外一台φ3400塔，两台塔并联操作，并开启二大一小共三台脱硫泵，液体循环量约1180m3/h，运行两台再生槽（其中一台再生槽不完全再生）。变脱入口小于300mg/Nm3时，出口气体硫化氢含量为10mg/Nm3以下。阳煤正元化肥：3、改造情况2016年2月，该厂在φ3600变脱塔的入口气体管道上安装了一台微型吸收器，改造于2016年2月底顺利完工，并于3月初开起运行。如右图。图1：正元化肥微型吸收器阳煤正元化肥：4、改造效果2016年3月1日，该厂微型吸收器投入运行。经过几天的调试后，于3月10日把φ3400退出运行，单独运行φ3600变脱塔。在停塔的同时，停了一台280m3/h的变脱泵，同时，停用了一台再生槽。在生产满负荷180000Nm3/h情况下，微型吸收器串联一台脱硫塔，在入口硫≤300mg/Nm3情况下，变脱塔出口硫化氢稳定在10mg/Nm3以下。由于停用了一台变脱泵，节能效果显著。具体数据详见下页表一、表二。序号日期时间变换气流量Nm3/h溶液量m3/h工作压力MPa微吸入口H2Smg/m3微吸出口H2Smg/m3系统出口H2Smg/m3微吸脱硫效率%微吸工作硫容g/L13.239:001800001202.1183.669.79.35620.17210:301800001202.1151.3858.5440.09314:301800001202.1164.9517.65700.1743.246:001800001202.1120.769.76.8420.07510:301800001202.1100.393.57.6570.01614:101800001202.1173.476.57.65560.1473.256:001800001202.1178.5688.5620.17810:001800001202.1183.661.28.5670.18914.101800001202.1200.6687.65660.20103.266:001800001202.1195.559.59.35700.201110:301800001202.1141.156.17.65600.131214:101800001202.1130.9517.65610.12133.276:001800001202.1142.897.48.5320.061410:301800001202.1183.676.56.8580.161514:101800001202.117095.27.65440.11163.286:001800001202.1236.31029.35570.201710:001800001202.1205.776.58.5630.191814.101800001202.1181.964.68.5650.18193.296:001800001202.1173.4858.5510.13阳煤正元化肥：5、运行数据阳煤正元化肥：6、节电统计阳煤正元化肥：7、拓展应用微型吸收器在正元化肥的成功应用，得到了正元集团领导层、技术人员、生产管理人员的一致好评。目前，双方正着手讨论在该集团灵寿正元、柏坡正元、中冀正元等生产装置的半水煤气脱硫、变换气脱硫、以及碳酸丙烯脂脱碳等工序应用微型吸收器技术的方案。阳煤正元化肥：8、领导批示应用案例二：沂水鲁洲化工2015年12月，沂水鲁洲化工在该厂变换气脱硫中使用了微型吸收器技术。鲁洲化工前身为沂水县化肥厂，2009年搬迁改造后生产能力为年产12万吨氨醇，2012年又新上一套食品级二氧化碳，每天氨醇生产能力达到450吨左右，目前正在筹建一套空分及加压气化炉项目。由于近段时间造气系统一直烧高硫煤，半脱系统入口硫化氢含量比较高，达到3000

mg/Nm3，所以半脱出口一直处于高限，变脱压力较大，该公司经过到同类型先进企业进行了考察，决定采用我公司的微型吸收器技术，以达到提高脱硫效率，稳定生产的目的。改造前工况参数变换气流量：80000Nm3/h；系统压力：2.1MPa；入口硫化氢含量：≤200-500mg/Nm3；脱硫填料塔：φ3000，

1台；再生槽：φ7000，配置φ28喷射器12支

1台；脱硫泵：流量350m3/h，3台。沂水鲁洲化工：1、工况参数沂水鲁洲化工：2、运行情况正常运行两台脱硫泵，液体循环量控制在390-400m3/h，变脱入口小于300mg/Nm3时，出口气体硫化氢含量为50mg/Nm3。但存在着运行阻力大，经常出现带液的现象。2015年11月，我公司根据该厂的现场设备（变脱塔、脱硫泵、再生槽等）配置，提出变换气脱硫塔之前增加一台微型吸收器的改造方案。在双方技术人员以及该厂施工人员的共同努力下，变脱改造于2015年12月顺利完工，并于12月底开起运行。如下图：沂水鲁洲化工：3、改造情况

沂水鲁洲化工：4、微吸实物2015年12月底，该厂变脱装置检修后开启运行。由于原料煤中硫含量较高，半水煤气脱硫出口硫化氢持续偏高。致使变脱入口硫化氢始终在500mg/Nm3左右，开启微型吸收器后，微型吸收器的脱硫效率平均在50%左右，最高达90%以上，远远高于技术协议所规定30%脱硫效率的要求。由于微型吸收器发挥了相当大的作用，使进入变脱塔的硫化氢含量大幅度降低，从而，保证了变脱塔出口硫化氢含量稳定在20mg/Nm3以下。同时，由于微型吸收器的作用，减轻了原有变脱塔的负荷，变脱塔溶液循环量较以前有所下降，变脱塔带液现象也有所好转。沂水鲁洲化工：5、改造效果沂水鲁洲变脱微型吸收器运行数据表序号日期时间变换气流量Nm3/h溶液量m3/h溶液碱度g/L工作压力MPa微吸入口H2Smg/m3微吸出口H2Smg/m3微吸脱硫效率%微吸工作硫容g/L112.2511:00700001206.252.149417065.60.18213:00700001202.14774391.00.25315:00700001202.134417:00700001202.14262693.90.23522:00700001202.139213665.30.14612.261:00700001202.149410279.40.2276:00700001202.146718760.00.1689:00700001202.161327355.50.19914.007000012011.982.1119346061.40.421017:00700001202.168234150.00.191122:0070000602.142629830.00.141212.271:0070000602.137529022.70.09136:0070000602.144324744.20.22149:0070000602.152837529.00.171514:0040000607.792.122211946.40.061617:0040000602.137517054.70.131722:0040000602.139222243.40.111812.281:0040000602.137522240.80.10196:0040000602.149023053.10.17209:0040000602.132417047.50.10沂水鲁洲化工：6、运行数据2114:00400006017.442.144323946.40.142317:0070000602.192049446.30.492422:0070000602.144332426.90.142512.291:0070000602.147729039.20.22266:0070000602.152830741.90.26279:0070000602.161334144.40.322814:00700006020.672.157935838.20.262917:0070000602.154535734.50.223022:0070000602.156237533.30.223112.301:0070000602.157939232.30.22326:0070000602.163042632.40.24339:0070000602.161337538.80.283414:0070000602.164840936.90.283518:0070000602.185244348.00.483622:0070000602.158034041.30.283712.311:0070000602.157944323.50.16389:0070000602.176754529.00.26391.1夜700008026.42.144319655.80.2140白70000802.147710278.60.3241中70000802.146013670.40.28421.2夜70000802.146010277.80.3143白700008025.22.146018759.30.2344中70000802.146015366.70.26451.3夜70000802.139210274.00.2546白700008023.62.149420458.70.2547中70000802.139220448.00.16481.4夜70000802.151127346.60.2049白700008022.12.147727342.80.1750中70000802.144324744.20.17511.5夜70000802.144320454.00.2052白700008023.92.152825651.50.2353中70000802.147713671.50.29541.6夜70000802.152822258.00.2655白700008025.72.147711975.10.3156中70000802.146011974.10.29571.7夜70000802.146010277.80.3158白700008026.52.14436884.70.32应用案例三：钟祥金鹰科技2015年7月，钟祥市金鹰能源科技有限公司应用微型吸收器技术。该公司新建一套年产24万吨氨醇项目，于2014年4月份正式投产，自开车以来，一直保持四机量(压缩机型号为6M50-305)生产，由于系统存在着制约生产的瓶颈，一直不能加到五机量满负荷生产。其中变换气脱硫工序较为严重。为尽快使装置达产达标，我公司决定对变换气脱硫工序进行技术改造。公司领导组织技术人员进行认真分析，并到同类型先进企业进行了考察，委托铭朗公司对变脱进行重新设计与改造，并使用该公司最新研制开发的微型吸收器（反应器）技术。以达到增加产量、提高脱硫效率、节能降耗的目的。金鹰能源科技：1、工况参数工艺参数变换气流量：

120000-130000Nm3/h；系统压力：

2.1MPa；入口硫化氢含量：

<150mg/Nm3；设备配置脱硫吸收塔：φ3600，采用空塔喷淋

1台φ3000，采用填料塔

2台再生槽：

φ8000，配置φ28喷射器26支

1台脱硫泵：流量360m3/h，配用功率560KWh

3台流量450m3/h，配用功率630KWh

1台金鹰能源科技：2、运行情况（1）四机生产，变换气流量120000～130000Nm3/h。（2）变脱塔开3台（两级串联。第一级为予脱，吸收塔φ3600，采用空塔喷淋；第二级为两台φ3000填料吸收塔并联）。（3）脱硫泵开2台（一台泵供予脱塔，一台泵供两台填料塔）（4）总溶液循环量800m3/h左右。（5）入口硫化氢50～150mg/Nm3。（6）出口硫化氢15～30mg/Nm3。（7）脱硫剂消耗：PDS每天1.5公斤，MSQ每天平均2.5公斤。金鹰能源科技：3、技改情况2015年7月，该厂利用一次检修机会对变换气脱硫工段进行技术改造，在第一级φ3600吸收塔中安装使用了我公司的MLN高效传质内件，为保证脱硫效率，在吸收塔前增加了一台微型吸收器，改造后，仅开一台塔运行（高硫时增开塔前微型吸收器），把原来的两级串联脱硫改为单级脱硫，改造前、后的流程如下图所示。金鹰改造前流程

金鹰改造后流程金鹰能源科技：4、工艺流程金鹰微吸三维图

金鹰微吸实物图金鹰能源科技：5、现场图（1）四机生产，变换气流量120000～130000Nm3/h，2015年7月底，增开一台压缩机，加至五机气量150000Nm3/h。（2）变脱塔开1台（仅开一台予脱塔，内件改造为我公司的MLN高效传质内件，两台填料塔停用）。（3）脱硫泵开1台（同时供微型吸收器和变脱塔）。（4）总溶液循环量360m3/h左右（5）入口硫化氢50～150mg/Nm3。（6）出口硫化氢≤10mg/Nm3。（7）脱硫剂消耗：PDS每天1.5公斤。金鹰能源科技：6、运行情况序号日期时间变换气流量Nm3/h溶液量m3/h工作压力MPa微吸入口H2Smg/m3微吸出口H2Smg/m3微吸脱硫效率%微吸工作硫容g/L17.7中班120000202.111510211.30.0827.7晚班125000202.1988612.2.0.0837.8早班126000202.112710517.30.1447.8中班128000202.185805.90.0357.8晚班123000202.1695914.50.0667.9早班125000202.1857017.60.0977.9中班128000702.1372727.00.0287.9晚班127000702.113910226.60.0797.10早班125000702.11037923.30.04107.10中班125000702.1845435.70.05117.10晚班126000702.1683745.60.06127.11早班130000702.11027823.50.04137.11中班126000502.1925144.60.10147.11晚班130000502.1684046.70.07157.12早班128000502.1705028.60.05167.12中班125000502.181.637.454.20.11177.12晚班130000502.1613444.30.07187.13早班130000502.1823656.10.12197.13中班130000502.1804050.00.10207.13晚班125000502.1704437.10.07表4：2015年7月金鹰能源变脱微型吸收器运行数据表金鹰能源科技：7、运行数据（1）提高了脱硫效果改造后变换气由原来的130000Nm3/h提高到150000Nm3/h，变换气入口H2S浓度和改造前相同的情况下，变脱出口气体中H2S浓度由改造前的三塔两级串联的H2S≤30mg/Nm3降至现在的仅一台塔单级运行H2S≤10mg/Nm3。（2）节省电耗改造后，由于两台填料塔停用，少开一台变脱泵。按泵额定功率560KWh，每日可节电560×24=13440KWh；每年可节电560×24×300=4032000KWh；每年可节电费4032000×0.562=2265984元。即全年可为企业节省226万元。仅电费一项，两个多月的时间就能收回全部技改投入。（3）节省化学品消耗改造前，变脱使用PDS和MSQ两种脱硫催化剂。改造后，在保持原有PDS脱硫催化剂用量不增加的情况下，停用了MSQ脱硫催化剂。即每日节约2.5公斤MSQ脱硫催化剂，全年节约MSQ脱硫催化剂2.5×300=750公斤。（4）节省其它费用由于停用两台填料塔和一台变脱泵，所以省去了其对应的检修维修费用。（5）稳定生产由于传质形式的改变，可以有效的防止堵塔，从而给系统的长周期稳定运行提供了保证。金鹰能源科技：8、效果对比应用案例四：山西聚丰能源2015年9月，微型吸收器在山西聚丰能源有限公司应用。该公司原有两级串联脱硫，硫化氢长期不能达标，因此决定对脱硫进行技术改造。由于原有装置挖潜余地不大，无论是其它设计单位还是厂方意见，都是准备再增加一级予脱系统。这样，不仅设备投入大，电耗等运行费用高，施工时间长，而且也受现场场地的限制。在此情况下，我们建议采用微型吸收器技术。该公司经过综合分析比较后，采纳了我公司提出的用微型吸收器来替代一级予脱系统的的技术方案，以达到减少技改投入、减少运行费用的目的。山西聚丰能源：1、工况参数焦炉气成分：

焦炉气常规成分焦炉气流量：50000Nm3/h焦炉气温度：

≤35oC焦炉气压力：14KPa焦炉气入口中H2S：≤6000mg/Nm3改造前焦炉气出口中H2S：100～200mg/Nm3，要求改造后：≤20mg/Nm3山西聚丰能源：2、改造情况（1）增加预冷设备增加一台预冷塔，把煤气温度降到30℃以下。对于以氨为碱源的湿法脱硫，维持较高脱硫效率的关键是提高液相中游离氨含量。而提高液相中游离氨含量最有效的措施是降低过程温度。该公司由于没有预冷装置，因此进入脱硫系统的焦炉煤气温度较高。改造中增加预冷塔后，可以把焦炉煤气温度控制在30℃以下。这一点极其重要。（2）在原有的1#脱硫塔出口焦炉煤气管道上增加一台微型吸收器。该吸收器规格为φ1200/1600×11500，壳体为碳钢，内件为304材质。脱硫液量100m3/h。该微型吸收器设计脱硫效率≥30%。

山西聚丰能源：3、微吸实物序号日期煤气量Nm3/h溶液量m3/h压力KPa入口H2Smg/m3出口H2Smg/m3脱硫效率%工作硫容g/L备注19.205000080132223153530.90.4329.21500004091318112114.90.12调节液量39.225000080133683227638.20.8849.235000080131989122338.50.4859.245000080132703130751.60.8769.255000080131502取样口堵79.265000080131986136431.30.3989.275000080132433157035.50.5499.285000080131840141023.40.27109.295000080132412130146.10.69119.305000080133905148262.01.511210.1500008013179488050.90.571310.25000080132590109857.60.931410.3500008013358197672.71.631510.4500008013163573055.40.571610.55000080132564125451.10.821710.65000080133130172644.90.881810.75000080133716197246.91.091910.85000080132907141351.40.932015年9月聚丰能源微型吸收器运行数据表山西聚丰能源：4、运行数据

从上表可以看出，由于微型吸收器脱硫效率比较稳定，完全达到了设计指标，从而，保证了脱硫系统总出口的要求指标。

微型吸收器在聚丰能源公司的使用，成功取代了原来增加一级予脱硫塔的方案，不仅节省了数百万元的直接设备投资，而且每年节省了增加一级予脱后的数百万元的电费。如果再加上相应的化学品消耗、检修费用、人工费用、管理费用等，其综合效益更为可观。2015年底，由我公司设计并提供核心部件的聚丰能源脱硫技改工程顺利通过了由晋中市和灵石县环保局共同组织《脱硫环保限期治理项目》的环保达标验收，并被环保局专家评价为“以最小技改投资取得最佳效果的典范工程”。山西聚丰能源：5、改造效果应用案例五：古县利达焦化古县利达焦化有限公司属煤炭加工企业，2013年，古县利达焦化与古县晋豫焦化签订了股权转让协议，全资并购山西晋豫焦化有限责任公司100%股权，拥有山西晋豫焦化的60万吨焦化产能。随后，利达焦化投入资金对晋豫焦化进行了技术改造。其中在对晋豫焦化脱硫工序的技术改造中，与我公司进行技术合作，由我公司进行脱硫工艺包设计，并使用我公司的专利产品——微型吸收器，以达到减少技改投入、降低运行费用的目的，取得了理想效果。古县利达焦化：1、工况参数焦炉气成分：

焦炉气常规成分焦炉气流量：

37000Nm3/h焦炉气温度：

≤35oC焦炉气压力：8～10KPa焦炉气入口中H2S：

≤6000mg/Nm3改造前焦炉气出口中H2S：1000mg/Nm3左右要求改造后：≤20mg/Nm3古县利达焦化：2、设计情况该公司脱硫装置原有一套系统，ф3800填料脱硫塔配置ф5500高塔再生。单级脱硫。由于环保压力，公司决定对脱硫装置进行技术改造，增加一级予脱系统，与原有装置形成两级串联流程。在新予脱系统的工程设计中，该公司同时与数家做脱硫工程设计的单位进行了技术交流，有的公司提出再增加与原有ф3800填料脱硫塔ф5500再生高塔同样配置的脱硫设备，形成两级串联脱硫；也有的公司提出采用其它新型技术。该公司经过反复进行技术方案、投资报价、运行费用、技术可靠度成熟度等综合考量，最终选取了和我公司进行技术合作，由我公司进行脱硫工艺包设计，采用增加一级空塔喷淋配置喷射氧化再生槽，同时增加一台微型吸收器，再串联原有脱硫设置，形成两级串联的工艺。晋豫焦化新增空喷系统

晋豫焦化微型吸收器图古县利达焦化：3、装置现场日期时间煤气流量Nm3/h煤气温度℃贫液温度℃挥发氨g/L工作压力KPa系统入口H2Smg/m3微吸出口H2Smg/m3系统出口H2Smg/m3脱硫效率%8.27中班3000034424.6110531523632099.6晚班30000353710452412471799.68.28早班30000304210447021651499.7中班3000043414.4410580219001699.7晚班30000334010482818052199.28.29早班30000304010521316571999.6中班3000032403.3310560517381899.7晚班30000374210479622301399.78.30早班30000334010494219081899.6中班3000036382.7310523424411799.7晚班30000354210660829391799.78.31早班32000314010608621751999.7中班3200036404.3410582222581899.7晚班32000344010628928301899.72015年9月晋豫焦化微型吸收器运行数据表古县利达焦化：4、运行数据9.1早班32000323910637525291699.7中班3200035384.6110618726011299.8晚班32000334010635925281299.89.2早班32000293910669327371599.8中班3200035404.9510618029871699.8晚班32000334010581225361499.89.3早班32000314010663324551299.1中班32000353910673427101299.8晚班32000354210602527241799.79.4早班32000324110671526531299.8中班3200030404.8710665429521299.8晚班32000333910689729641499.89.5早班32000344010695829851799.7中班3200038405.4710647129211899.7晚班32000373910714430571599.89.6早班32000334010720129851599.8中班3200038425.0410643127491799.7晚班32000324310671429541599.89.7早班32000334010659323431599.8中班3200035424.5310722230631599.8晚班32000344010737730941899.89.8早班32000323910705929921999.7中班3200032415.3810617526331699.7晚班32000354010716528541799.89.9早班32000303910715726061799.8中班3200031395.4910663326641699.8晚班32000324010657327691699.89.10早班32000324010653422791099.8中班3200033396.310675522421099.9晚班32000343810611720291499.89.11早班32000363710635519031899.7中班3200043387.0710671620041899.7晚班3200044.84010705721561499.89.12早班32000363810617420131299.8古县利达焦化：5、运行效果（1）脱硫效率高：目前在煤气及贫液温度较高,且挥发氨含