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博九浅谈湿法脱硫塔的技术改造

时间:2020-10-04 23:45

  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。

  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:

  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,博九,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。

  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,最好找专业设计制造厂家来做较为妥当些。

  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;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。

  2S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

  2S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。

  2S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。

  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。

  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