金信公司半水煤氣與變換氣脫硫裝置改造成果總結(jié)

金信公司半水煤氣與變換氣脫硫裝置改造成果總結(jié)摘

要：本文對(duì)合成氨脫硫系統(tǒng)的半水煤氣加壓A.D.A脫硫改常壓栲膠脫硫的狀況、新型填料-旋流板組合變脫塔的應(yīng)用、脫硫液高塔再生改噴射再生、熔硫釜的安全性改造等進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞：加壓，常壓，脫硫，變脫塔，再生，噴射，熔硫釜0前言我公司經(jīng)過擴(kuò)建后，合成氨生產(chǎn)能力達(dá)到180kt/a。其氣體凈化裝置為三套獨(dú)立的系統(tǒng)。改造前，其半水煤氣及變換氣脫硫系統(tǒng)的主要特徑為：來自造氣廠電除塵后的半水煤氣，經(jīng)壓縮機(jī)一、二、三級(jí)壓縮后壓力為1.8MPa，送A.D.A溶液脫硫塔脫硫，脫硫后的半水煤氣送中變進(jìn)行CO變換；變換氣脫硫則采用加壓(1.8MPa)ADA變脫，脫硫液采用高塔再生，其脫硫工藝流程為：脫硫循環(huán)槽(3臺(tái))→脫硫泵(2臺(tái))→變換氣脫硫塔(3臺(tái))→高再生塔(2臺(tái))→脫硫循環(huán)槽(3臺(tái))；系統(tǒng)濕法脫硫時(shí)析出的膏狀單質(zhì)硫采用間歇式熔硫釜熔硫回收工藝。近年來，我公司針對(duì)脫硫系統(tǒng)的工藝與設(shè)備存在的種種不足，進(jìn)行了相應(yīng)技術(shù)改造。現(xiàn)總結(jié)如下。1半水煤氣加壓脫硫人改為常壓脫硫1.1改造概況我公司半水煤氣的脫硫一直采用加壓A.D.A法脫硫。加壓A.D.A脫硫塔采用的是噴灑型全空塔，由于使用時(shí)間長，塔內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，所以加壓A.D.A脫硫塔當(dāng)時(shí)無論是脫硫效率還是生產(chǎn)安全保障均較差。特別是脫硫效率在90%以下，當(dāng)進(jìn)口半水煤氣中H2S>1000mg/m3時(shí)，出口H2S含量即高達(dá)100

mg/m3以上，嚴(yán)重制約了我公司生產(chǎn)，給中變及粗醇觸媒造成極大危害。為解決這一問題，我公司決定利用改擴(kuò)建機(jī)會(huì)將半水煤氣加壓A.D.A脫硫改為常壓栲膠脫。改造后的常壓栲膠脫硫的工藝流程見圖1。來自造氣廠電除塵后的半水煤氣，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)升壓至9000Pa后送栲膠溶液脫硫塔脫硫，脫硫后的半水煤氣送壓縮機(jī)一段出口。常壓栲膠脫硫塔采用兩臺(tái)DN5500×31930填料塔。

圖1，半水煤氣常壓栲膠脫硫工藝流程示意

常壓栲膠脫硫正常投運(yùn)后，與加壓A.D.A脫硫相比顯示出如下優(yōu)點(diǎn)：①脫硫效率較高。正常生產(chǎn)情況下，常壓栲膠脫硫的脫硫效率可達(dá)95%以上。常壓栲膠脫硫與加壓A.D.A脫硫的脫硫率見表1；②減小氨合成原料氣凈化系統(tǒng)阻力。加壓A.D.A脫硫改常壓栲膠脫硫后，由于半水煤氣脫硫從壓縮機(jī)三段出口改到壓縮機(jī)一段進(jìn)口前，使壓縮機(jī)三段出口和四段進(jìn)口間的阻力減小，壓差減小0.06MPa左右；③提高了壓縮機(jī)打氣量。常壓栲膠脫硫采用煤氣鼓風(fēng)升壓，從而提高了壓縮機(jī)一段進(jìn)口半水煤氣壓力，使壓縮機(jī)打氣量大為改觀。加壓A.D.A脫硫改常壓栲膠脫硫取得的經(jīng)濟(jì)效益主要有：①與加壓A.D.A脫硫相比，常壓栲膠脫硫增加了煤氣鼓風(fēng)機(jī)和溶液再生泵，整個(gè)半水煤氣膠硫的能耗增加了。但是，增設(shè)煤氣鼓風(fēng)機(jī)使壓縮機(jī)一段進(jìn)口壓力增加，同時(shí)，將半水煤氣從壓縮機(jī)三段出口改至一段進(jìn)口前，減小了壓縮機(jī)三出和四進(jìn)間的壓差，提高了壓縮機(jī)的打氣量，從而提高了壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，降低高壓機(jī)功消耗。加壓A.D.A脫硫改常壓栲膠脫硫后，壓縮機(jī)的打氣量提高了1%左右；②常壓栲膠脫硫的脫硫效率比加壓A.D.A脫硫高得多，加壓A.D.A改常壓脫硫后，半水煤氣中H2S含量在4000mg/m3

，脫硫后H2S也能降至50mg/m3以下（即控制在工藝指標(biāo)之內(nèi)）。而加壓A.D.A脫硫時(shí)，當(dāng)進(jìn)口半水煤氣H2S含量在3000mg/m3內(nèi)，出口H2S含量將達(dá)到600

mg/m3。所以，采用常壓栲膠脫硫后，CO中變爐進(jìn)口半水煤氣中H2S含量較低，使中變觸媒使用壽命延長。同時(shí)，可使造氣廠對(duì)原料煤的選擇上在硫含量指標(biāo)上放寬，為我公司日后采用硫含量較高的貴州塊煤造氣提供了較好的基礎(chǔ)條件；③栲膠在價(jià)格上比A.D.A便宜得多。A.D.A每噸價(jià)兩萬元，而栲膠每噸價(jià)3400元，以每年消耗A.D.A或栲膠12噸計(jì)，采用栲膠脫硫比采用A.D.A脫硫每年減少成本近20萬元。1.2存在的問題和對(duì)策常壓栲膠脫硫投運(yùn)后，脫硫效率較高，半水煤氣中H2S含量在5000

mg/m3以下時(shí)，脫硫后H2S含量在50mg/m3

發(fā)下，脫硫率在99%以上與加壓A.D.A脫硫相比，脫硫效率大為改觀。但是根據(jù)全國同類型廠家的經(jīng)驗(yàn)，常壓栲膠脫硫投運(yùn)初期其硫膏很難從溶液中分離出來，溶液中懸浮硫較高，大部分公司常壓栲膠脫硫投運(yùn)半年以后系統(tǒng)尚無法穩(wěn)定，并且一直找不到原因。我公司常壓栲膠脫硫投運(yùn)后也遇到同樣的問題。投運(yùn)初期，溶液發(fā)泡嚴(yán)重，硫膏粘度大，過濾困難，溶液中懸浮硫較高，最高時(shí)達(dá)1500mg/1，整個(gè)系統(tǒng)硫堵嚴(yán)重，生產(chǎn)難以為繼。因此必須認(rèn)真研究解決。經(jīng)分析，產(chǎn)生栲膠脫硫后系列現(xiàn)象的原因是：①栲膠脫硫溶液發(fā)泡嚴(yán)重，主要是溶液中含有大量發(fā)泡物質(zhì)，造成這種情況的原因我們分析是因?yàn)橄到y(tǒng)屬于新安裝設(shè)備，在原始開車前的系統(tǒng)吹除和水洗，不可能將系統(tǒng)徹底吹除干凈，殘存在系統(tǒng)中的各種雜質(zhì)在系統(tǒng)投入運(yùn)行后進(jìn)入溶液中，使溶液遭受污染。這些雜質(zhì)在溶液中形成永久性泡沫，致使溶液發(fā)泡嚴(yán)重；②硫膏粘度大，過濾困難，我們認(rèn)為是因?yàn)殍嗄z制備時(shí)熟化不完全，一次性投入栲膠太多，溶液中生栲膠含量較高，造成溶液膠性較大所至。栲膠制備時(shí)栲膠和堿度之比應(yīng)該是1：4。但由于栲膠制備采用的是蒸汽直接加熱熟化，在熟化過程中，大量蒸汽冷凝液進(jìn)入栲膠溶液，使溶液稀釋而堿度降低。熟化時(shí)間越長，冷凝的蒸汽變越多，溶液的堿度也就越低，由于受制備槽體積的限制，栲膠熟化時(shí)間不能太長，只好在栲膠熟化到一定程度后便投入系統(tǒng)，造成栲膠熟化不完全；③溶液中懸浮硫含量較高，同時(shí)我們測得溶液的電位偏低，證明溶液再生效果不好。但根據(jù)再生器容積和溶液循環(huán)量計(jì)算，溶液在再生槽內(nèi)的停留時(shí)間已足夠長。所以我們分析造成溶液再生效果不好的原因是進(jìn)入再生槽內(nèi)的空氣量不足。在水聯(lián)動(dòng)試車時(shí)我們就發(fā)現(xiàn)有溶液從再生噴射器空氣吸入管口冒出。經(jīng)拆開噴射器檢查，發(fā)現(xiàn)其存在諸多制造方面的缺陷。通過現(xiàn)場測定、核算發(fā)現(xiàn)，噴射器空氣口吸入空氣流速0.7-0.8m/s遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需要。據(jù)此我公司相應(yīng)采取了下述措施：①針對(duì)栲膠熟化不完全，我們對(duì)原栲膠熟化工藝進(jìn)行了改造，它具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，由于空氣從熟化槽底環(huán)管下部吹出，槽底不會(huì)象以前那樣有一層生栲膠熟化不到；第二，改栲膠熟化過程中的蒸汽直接加熱為間接加熱、自動(dòng)補(bǔ)水裝置的應(yīng)用，避免了蒸汽冷凝液進(jìn)入溶液，保證熟化過程中的液位、溫度、栲膠液堿度不變，同時(shí)保證栲膠的熟化時(shí)間，從而保證栲膠的完全熟化；②針對(duì)再生空氣量不足問題，我們對(duì)再生噴射器進(jìn)行了改造，將噴射器喉管的長度從1000mm增加到2000mm，同時(shí)縮短了擴(kuò)散管長度。經(jīng)過改造，使噴射器空缺吸入管口的空氣流速達(dá)到2一3m/s,滿足了生產(chǎn)需要；③對(duì)于溶液發(fā)泡嚴(yán)重，則采取泡沫溢流排地溝，一次性將大量永久性泡沫從溶液中排走；④經(jīng)過一段時(shí)間的摸索，我們發(fā)現(xiàn)栲膠液總堿度對(duì)硫膏溢流和過濾的影響較大，進(jìn)而找出栲膠液最佳堿度為0.7N左右，當(dāng)總堿度在0.7N時(shí)，硫膏過濾情況較好，系統(tǒng)基本穩(wěn)定。經(jīng)過采取以上對(duì)策，該系統(tǒng)在投運(yùn)半個(gè)月后基本穩(wěn)定了下來，在如此短的時(shí)間里使系統(tǒng)穩(wěn)定，滿足了生產(chǎn)需要，這在國內(nèi)同類型廠家中是少見的。該系統(tǒng)經(jīng)過一年多生產(chǎn)考驗(yàn)，運(yùn)行基本正常，這證明當(dāng)時(shí)的原因分析是準(zhǔn)確的，采取的對(duì)策也是正確的。現(xiàn)在，常壓栲膠脫硫運(yùn)行基本正常，但栲膠脫硫液電位無論是富液還是貧液均偏高，一方面足見栲膠脫硫再生效果好，另一方面分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是再生槽容積過大，溶液在再生槽內(nèi)停留時(shí)間過長，有利于副反應(yīng)的發(fā)生，這一問題尚有待于今后繼續(xù)摸索解決。圖2，填料—旋流板復(fù)合脫硫塔結(jié)構(gòu)示意1-喇叭阻液管；2-旋流除霧板；3-寶塔型噴頭；4-塑料階梯環(huán)；5-新型填料柵板；

6-錐形引液圈；7-帶溢流錐旋流板；8-多孔篩液板；9-氣體進(jìn)口分布

2新型變換氣脫硫塔的改造應(yīng)用原1、2#變脫塔(Φ2.6m、H24m，內(nèi)裝Φ75階梯環(huán)，高3m)，已運(yùn)行多年，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)有大量裂紋，整個(gè)塔腐蝕嚴(yán)重，公司決定更換新塔。我公司針對(duì)原塔存在脫硫效率低、容易硫堵的現(xiàn)象，以及新塔現(xiàn)場場地要求，設(shè)計(jì)了新型填料-旋流板組合脫硫塔，新塔高仍為24m，塔徑縮減至2.2m，變脫塔上段裝填料2.5m，下段增設(shè)三層錐旋流板，進(jìn)變脫溶液管直徑由Φ273降至Φ219。改造后的填料-旋流板組合脫硫塔結(jié)構(gòu)如圖2所示。塔底層氣體進(jìn)口管上設(shè)有新型氣體分布筒，切向進(jìn)氣；并在其上設(shè)置篩液板，增加氣液接觸，提高效率；中部為雙程葉片傳質(zhì)旋流板及錐形溢流裝置，共三層；塔上部設(shè)有2.53m高塑料環(huán)填料層；塔頂分別為噴淋裝置、單塊單程旋流板除沫器、喇叭型阻液氣體出口管組成。新型填料-旋流板組合脫硫塔主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：①傳質(zhì)旋流塔板采用了雙程葉片結(jié)構(gòu)。單程旋流板隨著塔板直徑的加大，延伸到塔壁的葉片間距也隨著增加，同時(shí)旋流板的開縫也隨著塔板直徑的加大，離心力變?nèi)?。為此采用了雙程葉片結(jié)構(gòu)。外程葉片數(shù)比內(nèi)程增加一倍，同時(shí)間距也縮小了，開孔均勻度大大提高，能取得氣液分布均勻和接觸良好的效果；②溢流裝置采用新型的帶螺旋葉片結(jié)構(gòu)。我們參照江氨的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了帶螺旋葉片結(jié)構(gòu)溢流裝置，它比溢流管好，回流效率高，又增加了氣、液接觸的機(jī)會(huì)，提高了脫硫效率。由于溢流所占區(qū)域?qū)儆跉?、液接觸無作用區(qū)，這樣也就提高了塔板的空間利用率（相當(dāng)于增加了0.5塊塔板）。為保證旋流板邊緣區(qū)有一定的液封又不致積液，必須有合適的溢流間隙，為此我們?nèi)∫缌鏖g隙為溶液入口截面管的1.6-1.7倍，通過生產(chǎn)實(shí)踐證明是符合要求的；③塔上部設(shè)置了2.53m高填料層。利用填料脫硫效率高的優(yōu)勢，強(qiáng)化脫硫效率。同時(shí)又可減輕旋流板負(fù)荷，提高了整個(gè)塔的操作彈性和脫硫效率；④對(duì)塔頂層的噴淋裝置及氣體出口優(yōu)化設(shè)計(jì)。塔頂脫硫溶液進(jìn)口采用易檢修又防堵的寶塔型噴頭，取代了阻力大、易堵又分布不均的螺旋噴頭。與塔中部的傳質(zhì)旋流板相比，較大幅度地提高了塔頂旋流除霧板動(dòng)能穿孔因子F0，從而提高除霧效果，防止硫堵；此外，為防止帶液，吸取南化經(jīng)驗(yàn)，采用了喇叭阻液管，它們大大減輕了塔后分離器的負(fù)擔(dān)，對(duì)后續(xù)工序的生產(chǎn)積極有利；⑤塔底部氣體進(jìn)口結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計(jì)。改造中采用了新型氣體分布筒和篩液板，使得切向進(jìn)入的氣體沿圓錐向上發(fā)散，均勻通過篩液板，氣液分布均勻，接觸好，有利于提高脫硫效果。更新改造的新變脫塔投產(chǎn)后的主要效果為：①設(shè)備生產(chǎn)能力得到大大提高。變換氣處理量由原來的30000m3/h提高到34000m3/h，如系統(tǒng)提壓后可提高到41000m3/h；②塔阻力降低，大大延長了運(yùn)行周期。最高阻力由原來的25kPa下降到4.0kPa。原來每年需停車檢修清洗2～4次，而改造后運(yùn)行兩年尚可不進(jìn)行檢修，這是少見的效果；③節(jié)約了停車檢修費(fèi)用，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度；④不積硫，不堵塔。新型塔投入系統(tǒng)運(yùn)行1年后，趁系統(tǒng)停車時(shí)打開檢查，未發(fā)現(xiàn)塔板上有積硫現(xiàn)象。只上部填料段有少量積硫，也不曾有帶液現(xiàn)象；⑤脫硫效率較高。在生產(chǎn)負(fù)荷相近，吸收溶液組分相近，泵電流相同狀況下，脫硫效率明顯提高，新舊脫硫塔脫硫效率的具體比較見表2。3脫硫液高塔再生改為噴射再生原脫硫液再生塔直徑Φ3m，H42.3m，它已使用多年，存在諸多問題：塔身多處腐蝕穿孔，擴(kuò)大部分腐蝕更厲害，嚴(yán)重影響硫泡沫的分離、溶液的再生；高塔檢修勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)性高；高塔再生需空壓機(jī)空氣，能耗高。我公司根據(jù)半水煤氣常壓脫硫，噴射再生的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一臺(tái)變脫噴射再生槽，取代原兩臺(tái)高再生塔。脫硫液高塔再生改噴射再生后變脫系統(tǒng)工藝流程見圖3。與高塔比較制造費(fèi)用節(jié)省30%。變脫噴射再生槽經(jīng)過試車后投入生產(chǎn)，又經(jīng)過完善，現(xiàn)變脫噴射再生槽運(yùn)行良好。而且硫回收操作工由2人減少到1人。在節(jié)電方面，效益也非常突出，每年可節(jié)省電費(fèi)20余萬元。

圖3，脫硫液高塔再生改噴射再生后變脫系統(tǒng)工藝流程示意1、2、7-變脫塔，3、8-脫硫泵，4、6-循環(huán)槽，5-噴射再生槽加壓變脫，常壓噴射再生，兩者壓力相差1.3MPa，這種流程中氮廠很少采用，無參考資料，試車過程中出現(xiàn)一個(gè)比較棘手的問題：脫硫液流量最大只能加到65%，即使再生槽調(diào)節(jié)器全部調(diào)下，硫泡沫帶溶液溢流也非?？?，由于流量不能加，H2S經(jīng)常超標(biāo)。經(jīng)分析摸索，認(rèn)為主要原因有：①再生槽出口溶液管徑太??；②噴射器數(shù)量少；③變脫液含較多的CO2氣，此氣在再生槽釋放，使再生槽液位升高；④噴射器自吸空氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需空氣量，這些多余的空氣不但占去再生槽相當(dāng)一部分容積，而且造成溶液在再生槽內(nèi)停留時(shí)間短。為此采取了相應(yīng)的措施：增加溶液副線，增加了噴射器數(shù)量(原8個(gè)現(xiàn)10個(gè))，在噴射器每個(gè)空氣吸入口增加一個(gè)孔盲板，每個(gè)孔盲板上只開兩個(gè)Φ1cm的孔，此舉既降低了空氣量60%左右，又使在停車過程中，噴射器反噴溶液造成損失大大減少。改進(jìn)后，溶液流量調(diào)節(jié)自如，再生槽溢流平穩(wěn)，再生效果也好于高塔再生，開車幾年來，再?zèng)]出現(xiàn)其它問題。3年后大修時(shí)檢查，排完再生槽溶液，里面很干凈，無需清洗。4熔硫釜的結(jié)構(gòu)改進(jìn)凈化脫硫系統(tǒng)原有2臺(tái)相同型號(hào)的間歇式熔硫釜，它們將系統(tǒng)脫硫而析出的膏狀單質(zhì)硫熔融成硫磺產(chǎn)品。原設(shè)計(jì)利用硫膏在140～180℃的熔融狀態(tài)下，其雜質(zhì)可以懸浮分離的特性，將低壓蒸汽（P≤0.4MPa，T≈150℃）作為熱源，引入到熔硫釜內(nèi)，熔煉硫磺。兩臺(tái)設(shè)備在此條件下安全、正常運(yùn)行了7年多。由于熱媒溫度與硫膏下限溫度接近，致使熔煉時(shí)間較長，并且易造成雜質(zhì)分離不徹底。為此，用戶將熱媒改造為過熱蒸汽（P=0.5MPa，T≈250℃）。改革后，釜內(nèi)溫度可達(dá)180℃，熔融時(shí)間大為縮短，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量明顯改善。但不巧的是，熱源改造后，熔硫釜上封頭部位卻突然逐漸變形：入料口接管在與上封頭結(jié)合處呈喇叭形向外擴(kuò)張，并伴有封頭鼓漲。后來因變形相當(dāng)嚴(yán)重而不得不停用。在排除了設(shè)計(jì)、制造、安裝環(huán)節(jié)的過失而引起熔硫釜失效后，根據(jù)計(jì)算得知，引起上封頭屈服失效的壓力最小值為2.6MPa，故操作條件的更改也不是失效因素（180℃的蒸汽壓約為1.0MPa）。那么，如此高的破壞性壓力源自何處呢？經(jīng)過調(diào)查、分析，發(fā)現(xiàn)失效的原因在于熱源改造后的滿釜操作，即硫膏原料充滿容器。因?yàn)闈M釜操作下，不斷加熱的硫磺膨脹所需的體積有時(shí)會(huì)大于間歇排汽所留下的體積，這種情況一旦發(fā)生，釜內(nèi)物料體積不斷增大和膨脹，將有可能形成大于2.6MPa的膨脹壓，從而引起釜體屈服失效。由于釜體上封頭部位存在最大開孔（Dg400），且依靠封頭壁厚補(bǔ)強(qiáng)，因此該最薄弱部位首先失效。同時(shí)熱媒改革前熔硫效率低不會(huì)滿釜操作，不產(chǎn)生超壓，故能安全運(yùn)行。更新改造后的熔硫釜參見圖4。為確保熔硫釜的安全運(yùn)行，改造中做了下列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：①新設(shè)料位自限裝置。從分析可知，要防止熔硫釜的屈服變形，必須禁止?jié)M釜操作，即必須有效控制物料的加入量。為此，特別設(shè)計(jì)了如圖4上封頭部位的料位自限裝置。其工作原理是：進(jìn)料時(shí)，打開管口f排氣，硫膏從管口d進(jìn)入；當(dāng)料位到達(dá)A-A面時(shí)，其上部空間被空氣占領(lǐng)，液位不再上升，如果此時(shí)熔硫釜原料貯斗內(nèi)還剩有物料，它將由d管口流入f管口，直至排出。這樣，實(shí)現(xiàn)了物料加入量的自動(dòng)限定；熔硫時(shí)，關(guān)閉d、f管口，隨著溫度升高，釜內(nèi)壓力增加，適時(shí)打開f管口排氣。只要限位空間（即料位高度）設(shè)計(jì)適當(dāng)，因空氣和部分水的排出而留下的空間，將足以包容硫膏膨脹所增長的體積，以避免超壓失效，從而確保設(shè)備安全運(yùn)行；②配合設(shè)置溢流裝置。在A-A面配對(duì)設(shè)置溢流排放口，當(dāng)釜內(nèi)料位處于A-A臨界面時(shí)，打開溢流口，可迅速排料到位，并能消除f管口積料堵管；

③設(shè)置壓力、溫度指示。該設(shè)計(jì)在進(jìn)料時(shí)若管口k、p等密封失效，而出現(xiàn)假料位自動(dòng)控制的危險(xiǎn)工況時(shí)，作用更大；④增設(shè)安全閥，成為熔硫釜最后一道安全屏障。圖4

新型熔硫釜結(jié)構(gòu)示意a.夾套蒸汽入口，b.盤管蒸汽入口，c.盤管蒸汽出口，d.人孔、硫膏加料口，e.夾套排氣口，f.釜體排氣口，g.冷凝液出口，h.融熔硫、雜質(zhì)出口，k.壓力表接口，m