脱硫相关技术分析及探讨

李晓斌

（宜化集团股份公司，湖北宜昌 443007）

脱硫是合成氨生产的一个重要环节，我公司的脱硫装置一套为直径4m脱硫塔，一套为直径5m脱硫塔，产能都在130kt／a左右，设计之初为低硫煤工艺，在2009年8月之前，脱硫前原料气硫含量一般在1.2mg／m3，脱硫后基本控制在0.05mg／m3。2009年8月之后，由于部分低硫煤系统改烧高硫煤，脱硫前原料气硫含量上涨到1.6～1.7mg／m3，脱硫后不能达标。于是，将脱硫塔由原来的两段填料（每段6m），增加为三段填料，脱硫后原料气硫含量基本控制合格。但是，近几个月来寺河矿的高硫煤大量掺烧后，脱硫系统长期处于高硫前状态下运行，问题不断地暴露出来，现归纳总结有以下几点。

（1）脱硫后H2S跑高，虽然在变脱之后合格，但对变换蒸汽消耗危害极大。

（2）循环量增加，系统溶液带出量增大，脱硫剂消耗增加。脱硫费用从3.9元／t逐步上涨到9.9元／t。

（3）脱硫系统长周期高负荷运行，系统副盐逐步累积，硫酸钠和硫代硫酸钠之和最高达到220mg／m3，系统到了崩溃的边沿。

以上问题出现后，一方面从合成氨系统稳定方面出发要求必须降低脱硫后原料气硫含量，一方面由于煤供应较紧张，脱硫前硫含量高的状况不能得到缓解，必须寻求解决的新办法。

1 工艺调整

脱硫工艺调整兼顾的面很广，关键是要找准其折中点。例如，有时发现溶液组分下降后，会大量补加化工原料，这时千万要注意三点：一是查找原因；二是补加方法；三是配新鲜液的质量把关，尤其是在工艺不稳定时更应该小心谨慎。如同人吃饭一样，一顿多一顿少，时间长了肯定会对身体健康产生坏的影响，调整工艺指标也是如此，一定要慢慢调节，采取循序渐进的办法，做到少加勤加。特别是载氧体或催化剂的补加，必须考虑到它在系统的有效存活时间，由于监测其含量的手段是比色法，氧化态和还原态分析结果有一定的误差，可以说是一个隐形的指标，看分析结果很容易造成判断失误，这时工艺调节必须做到心中有数，若是盲目补加，不但浪费了化工原料，而且给脱硫液的及时恢复带来一定的难度。应确保溶液成分的稳定，逐步降低副盐。我们在低硫前时，溶液成分一般控制较低，总碱在30mg／m3，催化剂为90－2钛菁钴系列，加入少量栲胶，脱硫费用较低，仅3.9元／t。硫前上涨后，我们不仅加钛菁钴系列，还加入栲胶和钒，总碱一般控制在45mg／m3。随着时间的推移，特别是在经过春节期间全寺河矿煤的冲击以后，硫前上涨到3.0mg／m3以上，系统副盐逐步累积，硫酸钠和硫代硫酸钠之和最高达到220mg／m3。针对此情况我们认为，要维持系统稳定，首先必须降低溶液组分，以此来降低副盐含量，否则脱硫系统可能崩溃，将对整个公司的经营带来不可估量的影响。溶液组分降低后，要保证脱硫效率，必须有经济适宜的液气比保证H2S含量的合格，保证脱硫塔的长周期运行，则应控制较大的液气比，因析硫反应的70%在塔内进行，传统的理念认为液气比大于12L／m3即可，但是根据硫前的变化，要使H2S含量得以保证、塔阻比较稳定、运行周期较长，我们将液气比调整为15～18L／m3。原塔d＝4.0m，Q＝600m3／h，气量为50 000m3／h，液气比12L／m3，硫容为20mg／L；更新为Q＝900m3／h，液气比18L／m3，硫容为25mg／L，脱硫效率大大提高。

1.1 再生槽溢流操作的管理

再生槽溢流也是脱硫工艺的关键环节，它能直接影响到贫液质量、吸收、塔阻、硫回收等，乃至整个系统的生产。专设一操作工负责溢流，也是非常有必要的，这是稳定悬浮硫指标的关键措施。再则，再生槽硫泡沫的变化是非常复杂多变的，例如，煤气质量、硫化氢含量的高低、再生吸气量、催化剂的指标控制等，都会使泡沫受到影响。所以，我们要严格控制好硫泡沫的厚度，以及硫泡沫少的问题，一旦硫泡沫反应层增厚或没有硫泡沫，悬浮硫就会增长；必须做到根据硫泡沫情况，及时调节空气吸入量，或调节催化剂加入量。现在好多兄弟企业使用的是连续熔硫，对再生有一定的影响，但我们采用板框压滤，确保了清液质量，而且对再生没有影响。

1.2 副盐的生成及控制

脱硫工艺副盐生成是不可避免的，若控制不好，副反应增加，会导致碱耗大幅度升高，设备腐蚀加快。根据我们所掌握的经验，副盐的生成途径很多，最基本的方式是，要控制好溶液温度和溶液的浓度，此两个指标的升高，都可导致副盐明显增高。对此，我们应加强管理和严格控制，坚决把温度和溶液组分控制在最佳状态。其次，健全分析项目是本工艺十分重要的工作，我们尤其对Na2S2O3、Na2SO4、NaCNS三个分析数据十分关注，几乎是每周都要进行分析；我们发现，副反应生成物的总和超过100mg／L时，碱耗会大幅度升高，这也是一个深刻的教训。副盐Na2S2O3的控制（反应式2NaHS＋2O2Na2S2O3＋H2O）方法是，加强再生，稳定最佳的溶液温度，调整溶液循环量时兼顾到在富液槽和再生槽的停留时间——提高NaVO3浓度是完全可以控制住的。笔者的经验是，要降低该化合物，最好的办法是将其氧化成Na2SO4，然后再降Na2SO4，效果较明显。另，根据我们的实际经验，催化剂控制过高，也是导致副盐升高的主要原因。

2 设备方面的影响

脱硫后煤气带硫沫是影响脱硫费用的主要因素。

脱硫系统在运行过程中，脱硫塔作为气液接触装置，普遍存在雾沫夹带现象，只是程度不同而已。雾沫夹带轻的系统，对后工序基本没有影响。雾沫夹带严重的话，硫沫会带到后系统，出现压缩机一段气阀硫堵现象。一段时间，我们在压缩机检修时，在一段发现了大量的硫磺堵活门的现象。

脱硫塔的雾沫夹带不同于其他的气液接触装置，雾沫中携带的硫沫粘着性强而流动性差。在雾沫分离的过程中，硫沫容易粘附在分离装置等的表面上造成脱硫塔阻力上涨。

脱硫塔塔顶不安装除沫器，如果发生雾沫夹带的话，对后工序影响比较大。如果采用旋流板、丝网类除沫器的话，粘附硫沫后阻力会增大。在塔顶液体分布器上面加装一段填料的话，有一定的效果。需要注意的是，如果填料表面得不到液体的冲刷也存在硫堵的问题。如果使用折流板除沫器情况会相对好一些，但要根据脱硫塔的空塔气速对折流板的间距和角度认真核算。间距大而角度小了分离效果不好，间距小而角度大了阻力大且有吹翻的可能。4月份我们在河南大江看到，在脱硫塔后加分离器，脱硫液得到了回收，是一个很好的方法，我们计划在大修中进行整改。

由此看来，被动地应付雾沫夹带问题，采用折流板除沫器还是最佳选择。而要彻底解决带硫沫问题，还得从源头上想办法。气体中带硫沫的原因有如下几个：一是脱硫塔空塔气速高，否则夹带量就小（一般认为半脱空塔气速要低于1.0m／s）；二是脱硫液副盐含量高，造成脱硫液易起泡；三是脱硫贫液的悬浮硫高，造成泡沫中含大量的硫沫。这三种情况在大多数时候是同时存在的。而这一系列问题的发生是由于整个系统的设备存在的不足造成的。

硫容与富液槽／再生槽容积的关系如下。

硫容的高低能够反映出脱硫液状况的好坏，但目前认识上可能存在一个误区，即片面地追求高硫容。脱硫的目的是把煤气中的硫化氢降到设定的指标，达到指标是主要的。不能仅仅为了提高硫容而提高碱度、提高催化剂浓度，因为这样做必须保证有相应的富液槽停留时间与之匹配。高硫容意味着富液中的高NaHS含量，如果没有相应的富液槽停留时间与之匹配，富液中的NaHS不能在富液槽中充分氧化，在经过喷射再生时接触大量的空气，就会发生生成Na2S2O3的副反应。现在回想我们半脱系统的大量副盐的产生，就是在春节期间为提高硫容降低硫后，而盲目地提高溶液组分，但富液槽停留时间没有相应提高所致。富液槽停留时间重视程度不够，富液槽容积太小，导致副反应大量发生，造成脱硫效率下降，为了保证脱硫指标，只能被迫增加循环量，这样一来，富液槽停留时间更短，形成恶性循环。富液槽的改造目前由于受场地限制暂时不能实施，主要通过规范管理，提高液位来延长再生时间。

再生槽是脱硫剂恢复携氧量和HS－氧化成S的设备，同时实现硫泡沫的浮选。如果再生槽偏小的话，不仅脱硫液再生不好，而且会造成贫液悬浮硫高。根据行业一般要求，富液槽、再生槽停留时间参考值为15±5min。我们弥补的办法是，将备用的1＃再生槽投入系统，有效容积增加了50m3，总体再生时间从原来的6min延长到了8min。

3 结 论

基于以上认识并进行改造和规范管理以后，目前我公司的硫化氢即使在脱硫前较高（3.0mg／m3以上）时，脱硫后一般在可控的范围之内。总结有如下措施。

（1）控制较大的液气比，采用大循环量操作是脱硫提高硫容的优先手段。

（2）低溶液组分运行是确保副盐降低的关键方法，不能为提高硫容而提高溶液组分含量，否则不仅脱硫费用上涨，而且会使系统进一步恶化。

（3）再生系统是提高脱硫效率，增加硫容的关键环节。富液槽、再生槽的关键技术指标必须达标，如果有富余将更有利于脱硫系统的优化。如果先天不足，会减少控制手段，甚至影响生产的长周期稳定运行。