Abstract：
Due to the fluctuation of sulfur content in feed coal, the mass concentration of H2S in the produced semi-water gas exceeds 700 mg/m3 (standard state), which causes the sulfur content in CO2 produced by decarburization unit to exceed the standard, and causes corrosion of production equipment of urea unit. A pre-desulfurization tower is added behind the cooling and cleaning tower of the wet desulfurization unit and in front of the desulfurization tower. The mass concentration of H2S in the semi-water gas at the outlet of the wet desulfurization unit is 102-161 mg/m3, and the mass concentration of H2S in the gas at the outlet of the shift gas desulfurization unit is 5.1-6.8 mg/m3. With the addition of pre-desulfurization tower, the H2S removal capacity of desulfurization system is improved and the problem of sulfur content exceeding the standard is solved.
河南心连心化学工业集团股份有限公司一分厂合成氨装置的脱硫系统采用湿法脱硫工艺(脱硫剂为栲胶)，正常生产时进口半水煤气流量135 000 m3/h(标态)，H2S质量浓度＜700 mg/m3(标态)，脱硫系统能正常运行。但由于原料煤(山西晋城低硫块煤)中硫含量不稳定(一般煤中硫质量分数≤0.5%)，特别是在冬季及山西临汾大宁炭用量较大时，半水煤气中会出现H2S质量浓度＞700 mg/m3(标态)的情况，此时必须增大脱硫物料的投加量并分别增开1台贫液泵和富液泵，否则会出现变换气脱硫系统出口变换气中H2S质量浓度≥10 mg/m3(标态)的情况，严重时引起CO2脱硫槽炭床穿透，造成尿素设备腐蚀[1]。为了满足日趋严格的环保要求，同时降低生产成本、提高市场竞争力，公司决定增设预脱硫装置，以实现生产系统的长周期稳定运行。
1
脱硫系统工艺流程
1.1
气体流程
来自造气单元的半水煤气经半水煤气气柜(10 000 m3)出口冷洗塔除去部分粉尘、煤焦油等杂质并降温后，由罗茨风机加压送入冷却清洗塔下段进行降温、除尘，然后依次进入脱硫塔脱除部分H2S、冷却清洗塔上段降温，再经静电除焦器除去焦油等杂质，最后送往压缩机一段入口。气体工艺流程见图 1。
图 1
1.2
脱硫溶液工艺流程
吸收H2S后的脱硫富液先经富液泵送至再生槽内，然后通过喷射氧化再生后进入贫液槽，由贫液泵送入脱硫塔脱除H2S，最后经液封流入富液槽循环使用。再生槽内浮选出来的硫泡沫溢流至泡沫槽内，经泡沫泵加压送入熔硫釜内加热熔硫；清液返回沉淀槽，沉淀澄清后由配液泵送至再生槽内回收循环使用。脱硫溶液工艺流程见图 2。
图 2
2
改造方案
在冷却清洗塔下段出口管道(垂直管道)上增设高效喷头(即预脱硫系统)，半水煤气先与脱硫溶液并流接触，然后进入脱硫塔与脱硫溶液逆向接触。
1#脱硫系统采用单塔运行，处理气量为55 000 m3/h(标态)。改造后，1#脱硫系统入口半水煤气中H2S质量浓度可提高至1.5 g/m3，按管道脱硫设计效率50%、脱硫溶液设计硫容0.35 g/L计算，脱硫溶液循环量为110 m3/h；按空塔气速5.5 m/s计算，1#预脱硫塔吸收段直径设定为1 600 mm，分离段直径设定为2 000 mm，配置SP-6.5/2.0-304型雾化器17支。
2#脱硫系统采用双塔并联运行，处理气量为80 000 m3/h(标态)。改造后，2#脱硫系统入口半水煤气中H2S质量浓度同样可提高至1.5 g/m3，按1#脱硫系统相同的设计条件计算，脱硫溶液循环量为165 m3/h。其中2#脱硫塔脱硫溶液循环量为78 m3/h，2#预脱硫塔吸收段直径设定为1 400 mm，分离段直径设定为1 800 mm，配置SP-6.5/2.0-304型雾化器12支。
3#脱硫塔脱硫溶液循环量为87 m3/h，3#预脱硫塔吸收段直径设定为1 500 mm，分离段直径设定为1 800 mm，配置SP-6.5/2.0-304型雾化器14支。
3
改造后的工艺流程
改造后的脱硫系统工艺流程见图 3。
图 3
4
改造后的运行情况
4.1
整体运行情况
1#~3#预脱硫塔投运后，掺烧山西晋城硫质量分数为0.5%~0.8%的煤，每小时掺烧量为9 t，脱硫系统进口半水煤气中H2S质量浓度最高为986 mg/m3，脱硫系统出口半水煤气中H2S质量浓度稳定在102~161 mg/m3；变换气脱硫系统进口变换气中H2S质量浓度为102~170 mg/m3，出口H2S质量浓度稳定在5.1~6.8 mg/m3。增开1台贫液泵，每班耗电量增加300 kW·h。1#、2#预脱硫塔的上液压力为0.14 MPa，3#预脱硫塔的上液压力为0.13 MPa。
4.2
改造前后工艺设备运行情况对比
(1) 脱硫溶液组分对比
改造前后脱硫溶液组分对比见表 1。
表 1
|
项目 |
日期 |
ρ(总碱度)/(g·L-1) |
ρ(Na2CO3)/(g·L-1) |
ρ(NaHCO3)/(g·L-1) |
电位/mV |
pH |
ρ(栲胶)/(g·L-1) |
|
改造前 |
5月1日 |
12.57 |
1.06 |
18.48 |
-261 |
8.02 |
2.17 |
|
6月1日 |
11.66 |
1.06 |
17.64 |
-290 |
8.15 |
2.12 |
|
改造后 |
7月12日 |
13.78 |
1.06 |
19.32 |
-248 |
8.72 |
1.35 |
|
7月13日 |
13.25 |
1.06 |
18.48 |
-241 |
8.26 |
1.42 |
(2) 物料消耗对比
改造前后物料消耗对比见表 2。
表 2
|
项目 |
纯碱 |
|
栲胶 |
|
V2O5 |
|
AS-968 |
|
合计费用/(元·d-1) |
|
用量/(kg·d-1) |
单价/(元·kg-1) |
|
用量/(kg·d-1) |
单价/(元·kg-1) |
|
用量/(kg·d-1) |
单价/(元·kg-1) |
|
用量/(kg·d-1) |
单价/(元·kg-1) |
|
改造前 |
750 |
1.35 |
|
5 |
16.8 |
|
1 |
61.1 |
|
3 |
170 |
|
1 667.6 |
|
改造后 |
1 200 |
1.35 |
|
15 |
16.8 |
|
3 |
61.1 |
|
3 |
170 |
|
2 565.3 |
预脱硫塔投入运行后，物料消耗增加的主要原因：①停车改造期间损失一部分脱硫溶液，溶液组分需要重新调整；②煤质发生变化，脱硫系统进口半水煤气中H2S质量浓度由700 mg/m3升至986 mg/m3，导致物料消耗增加。
(3) 动力消耗对比
改造前后动力消耗对比见表 3。
表 3
|
项目 |
动力消耗/(kW·h·班-1) |
|
改造前 |
改造后 |
|
1#贫液泵 |
3 060 |
2 700 |
|
2#贫液泵 |
0 |
600 |
|
1#富液泵 |
3 600 |
3 600 |
由表 3可知，预脱硫塔投入运行后，每班多耗电240 kW·h，主要原因是脱硫系统进口半水煤气中H2S含量升高。
(4) H2S含量及脱硫效率对比
改造前后脱硫系统进出口半水煤气中H2S含量及脱硫效率对比见表 4。
表 4
|
项目 |
日期 |
总脱硫效率/% |
ρ(H2S)/(mg·m-3) |
|
预脱硫效率/% |
|
系统进口 |
1#脱硫系统出口 |
2#脱硫系统出口 |
|
1#预脱硫塔 |
2#预脱硫塔 |
3#预脱硫塔 |
|
改造前 |
6月1日 |
75 |
667 |
136 |
187 |
|
|
|
|
|
6月2日 |
77 |
714 |
144 |
170 |
|
|
|
|
|
6月3日 |
76 |
695 |
127 |
196 |
|
|
|
|
|
改造后 |
7月12日 |
82 |
741 |
102 |
153 |
|
28.5 |
28.9 |
40.0 |
|
7月13日 |
83 |
680 |
119 |
136 |
|
18.5 |
33.5 |
42.5 |
|
7月14日 |
87 |
980 |
102 |
119 |
|
16.5 |
32.1 |
40.0 |
从表 4可以看出：脱硫系统总脱硫效率由改造前的76%左右提高至80%以上，脱硫系统出口半水煤气中H2S质量浓度可控制在170 mg/m3以下，2#、3#预脱硫塔的脱硫效率达到预期效果。
(5) 硫黄产量对比
改造前后硫黄产量对比见表 5。
表 5
|
项目 |
日期 |
硫黄产量/(kg·d-1) |
|
改造前 |
6月3日 |
1 630 |
|
6月4日 |
1 760 |
|
6月5日 |
1 940 |
|
改造后 |
7月12日 |
2 600 |
|
7月13日 |
2 090 |
|
7月14日 |
2 370 |
从表 5可以看出，改造后硫黄产量由平均1 777 t/d提高至2 353 t/d。
(6) 脱硫系统阻力对比
改造前后脱硫系统阻力对比见表 6。
表 6
|
项目 |
日期 |
阻力/kPa |
|
1#脱硫系统 |
|
2#脱硫系统 |
|
改造前 |
6月1日 |
3.9 |
|
3.6 |
|
6月2日 |
3.7 |
|
3.7 |
|
6月3日 |
3.9 |
|
3.6 |
|
改造后 |
7月12日 |
3.0 |
|
2.9 |
|
7月13日 |
3.2 |
|
3.1 |
|
7月14日 |
3.2 |
|
3.0 |
从表 6可以看出，改造后，1#脱硫系统阻力下降0.70 kPa，2#脱硫系统阻力下降0.63 kPa。
5
存在的问题
在预脱硫塔投运初期，1#预脱硫塔的脱硫效率达到33.5%，但运行3 d后，脱硫效率最低降至11.0%。经调整预脱硫塔的上液压力，1#预脱硫塔脱硫效率稳定在18%左右。运行2年半后停车检查，发现1#预脱硫塔的喷头堵塞严重，而2#、3#预脱硫塔的喷头较干净。1#脱硫系统半水煤气处理量为55 000 m3/h(标态)，2#、3#脱硫系统半水煤气总处理量为80 000 m3/h(标态)，间接说明1#脱硫系统处理气量稍大，受杂质影响较严重。
6
结语
通过增设预脱硫塔，解决了半水煤气中H2S含量波动引起的系统减产、停车等问题；通过优化工艺及调整物料配比，实现了多功能生产调节模式；根据煤炭供应情况，适当调整其他矿区原料煤的掺烧比例(增加硫质量分数为0.5%~1.0%的煤掺烧)，实现了市场限制下的柔性调整；预脱硫技术可以运用到化工园区其他洗涤系统中，提高洗涤效率。
沪公网安备 31010702007066号