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SY新型高效变换气脱硫塔盘使用总结新型脱硫节能技术应用实例诸城市良丰化学有限公司刘涛手机：13081650123邮箱：liutaoandzdy@sina.com0、前言诸城市良丰化学有限公司属国家级高新技术企业，是一个集科研与生产为一体的综合性化工企业，产品有尿素、碳酸氢铵、三聚氰胺、复合肥、液体二氧化碳等，合成氨（醇）装置为中压联醇生产，生产能力为120kt/a，其中甲醇生产能力为40kt/a。根据生产装置的特性联醇原料气中的硫化氢含量要求比较严格。变换气脱硫塔原用散装扁平环填料，采用湿式氧化法脱硫串活性炭精脱硫工艺。1、常规变脱塔运行及存在的问题随着公司生产规模的不断扩大，原来φ2800×22000变脱塔的生产处理气量显得较为紧张，近几年我们一直在提高变脱塔能力上做文章。主要是采取更换变脱塔填料，增加液相循环量、改造气液分布器等常规性措施，虽有作用，但效果并不很理想。在通过315t/d的生产气量时变脱后硫化氢经常超标。高时到20~25ppm致使碳铵变成灰色，为保证脱碳入口硫化氢达标系统经常减量生产，严重制约生产的正常进行。2、新型塔盘的接触与改造过程对上述现象常规处理办法就是加大液相循环量，但对于填料塔来说并不是很理想。为此我们联系有关设计院、设备厂家等准备更换加大变脱塔，但加大变脱塔不但投资大，改造时间长而且改造后必须加大液体循环量，达不到降低消耗的目的，为此，我们考虑了几种改造方案，经多方设计、论证，归纳形成采取SY型高效塔盘来解决这一问题的想法，但该塔理论未有工业试验厂家。经过反复论证后我们公司决定第一家对该形式脱硫塔进行了工业化试运行。改造的理论依据：湿式氧化法脱硫工艺中的机理建立在双膜理论基础上，用碱液吸收硫化氢的反应属气膜控制。因此，在常压半水煤气脱硫工艺中，多采用了各种塔型及内件来破坏气膜，增强传质效果，在实际生产中该工艺起着主力军的作用。改造的理论依据：但是在变换气湿式氧化法脱硫工艺中，如果仅套用常压脱硫工艺参数进行设计，已远远不能满足生产要求。主要原因是由于变换气中二氧化碳的浓度已高达28%左右，而常压半水煤气中二氧化碳的浓度仅在8%左右，加之变换气脱硫装置均在加压下进行，而加压造成二氧化碳在溶液中的溶解度急剧增大，溶液中二氧化碳的浓度增高，导致二氧化碳与碱液的反应加剧，碱耗增高，溶液的PH值降低，硫化氢氧化为硫的速度下降，溶液再生效果变差，更重要的是降低了吸收硫化氢的传质速度。改造的理论依据：而现行的变换气湿式氧化法脱硫工艺中，大多都套用常压脱硫工艺参数进行设计，没有从根本上解决好二氧化碳对脱除硫化氢产生的影响，而是为了保证气体的净化度，通过加大吸收液量和增加气液接触时间来解决，这样导致变换气湿式氧化法脱硫工艺步入误区，造成脱硫效率低，净化度差，碱耗高，动力消耗大，所需设备庞大等问题。改造的理论依据：据有关资料介绍，由于碱液与硫化氢的吸收反应是一个飞速反应，属气膜控制型，其吸收速率随气体的流速增大而增大，与液速无关。而二氧化碳的吸收正好相反，是属于液膜控制型，二氧化碳的吸收速率随液体喷淋密度的增加而增大。因此，基于二氧化碳和硫化氢的这一吸收特点，在变换气脱硫工艺中，采用较高空速、较短的气液接触时间来抑制二氧化碳的吸收，选择性地吸收硫化氢。大胆尝试顺利成功为不影响生产正常进行我们决定在去碳化系统的变换气上搞一套Φ1600脱硫塔进行试验，设备设计高度14.86米，内装SY型塔盘，入口硫化氢设计为300ppm，出口＜5ppm，经过一个月制作安装于2006年4月5日开车，当时通入气量为14330Nm3/h，硫化氢脱除效果明显，由入口163ppm脱至出口的0~1.27ppm，液体循环量不足60m3/h，脱硫效率高达98.8%以上，而且系统阻力基本没有。达到了目的，运行效果非常理想。对外项目的实施情况：在Φ1600塔试验成功后，我们对该技术申报了专利并开始对外实施该项目。2006年7月份，山东海化金星化肥厂实施该技术进行改造，其生产能力为12万吨/年合成氨，该造前运行状况变脱工段有两套系统，变换气脱硫工艺为湿法串干法脱硫工艺。两台变脱塔分别为φ2600×25300（1997年投用），φ2400×29960（2003年由脱碳塔改造而成），均为填料塔；两塔并联使用，开三台脱硫泵，液体循环量400m3/h，脱硫效果不很理想，变脱后H2S含量一般25mg/m3左右，有时高达50mg/m3以上，致使干法精脱硫剂活性炭失效较快，每年要更换活性炭三到四次，每次更换都要消耗大量的人力和物力。对外项目的实施情况：经诸城市良丰容器设备有限公司与山东海化金星化工有限公司讨论决定对φ2600变脱塔进行改造，废弃φ2400塔，液体循环量设计为280~330m3/h。将φ2600×25300变脱塔内填料扒出，安装诸城市良丰容器设备有限公司设计制造的SY新型塔盘内件，并将另一台脱硫塔及分离器甩出，去掉活性炭精脱硫工艺。对外项目的实施情况：经过近四个月的运行情况来看效果非常理想，达到了设计要求。具体工艺指标如下：1、脱硫液循环量≤320m3/h。（开两台DA1—150变脱泵）。2、变脱塔入口H2S≤300mg/m3，变脱塔出口H2S≤10mg/m3，最低H2S可低于5.67mg/m3。3、两套变脱塔并联运行该为单套运行后，操作大大简化，工人劳动强度降低，同时系统阻力下降0.1~0.2kgf/cm2，降低了压缩机的功耗。4、现运行φ2600塔碱耗、脱硫剂消耗明显降低。对外项目的实施情况：继潍坊海化金星化工有限公司φ2600变脱塔成功投运后我们先后给浙江绍兴化工有限公司进行了设计制造;给山西天脊集团高平中化、安徽颖上化肥厂、潍坊振兴焦化厂（昌乐化肥厂）、垦利化肥厂、高密化肥厂、山东寿光联盟化工有限公司等进行了相应的设计，在他们停车检修时为其实施改造工程。对外项目的实施情况：上述单位中山西天脊集团高平中化为“40—60”项目，该厂为全低变生产工艺，没有半水煤气脱硫，变换气脱硫塔设计规格为φ4000×48000两台，工艺设计为入口硫化氢≤800mg/m3，出口设计H2S≤10mg/m3，运行压力为3.2MPa，运行过程中二氧化碳损失严重，约损失2%以上，同时堵塔现象严重，后经过诸城市良丰容器设备有限公司进行设计，发现该塔设计中未经过对压力的影响因素进行排查，设计严重超大，导致气液接触时间较长二氧化碳损失严重，影响脱硫质量，运行成本较高。经设计，其两套生产装置共用一塔即可解决。运行费用降低，检修的人工费用可消除。本公司大装置的投用情况：8月份，我公司Φ2800变脱塔利用大修的机会进行了改造，现已投入运行，在入口硫化氢≤260mg/m3情况下，单塔处理气量68000m3/h，出口硫化氢≤8mg/m3，最低可达1.7mg/m3，液体循环量260~290m3/h，电耗、碱耗较改造前都有大幅度的降低，运行效果非常理想。经考核测算该塔配用脱硫剂价格360元/公斤左右，每吨合成氨降低变换气脱硫费用及精脱硫费用约7.14元/吨合成氨，按年产110kt合成氨系统计算，仅脱硫工段年可节约资金78.56万元。3、该塔盘对二氧化碳吸收与常规塔盘的比较：（通过实际分析数据如下）由上表可以看出，二氧化碳损失较常规塔盘减少0.2~0.3%，按68000m3/h气量计算，每小时可少损失136~204m3二氧化碳气体。日期变脱前CO2改造前变脱后CO2变脱后新塔CO206.9.2325.2%24.8%25%06.9.2725.3%25.1%06.9.3025.2%25%改造后ф2800塔运行情况记录数据可以看出，该塔与常规填料变脱塔在技术上有质的区别，其特点为塔体高度由常规的25~50米降低为22米左右，省去了内部填料，改用SY塔盘即超过常规塔脱硫效果，塔体通气量大，阻力小，运行液体循环量降低30%，电耗低，因气液接触时间短，碱耗也降低约30~40%，使令氮肥生产较麻烦的硫化氢脱除难题迎刃而解。时间气量变换后H2S变脱后H2S9月20日6：0056440136ppm0ppm9月27日14：0058312170ppm2.27ppm9月30日11：0056638205ppm4.73ppm10月5日20：0057670205ppm2.27ppm4、变脱塔改后对其它工序的影响A、对后序工艺的影响：该塔投入使用后减少了进入脱碳系统的硫化氢，提高了脱碳效率和换热效果延长了运行周期。优化了碳化系统操作条件，提高了碳酸氢铵产品的质量。延长了甲醇系统精脱硫剂的使用寿命和铜基催化剂的使用寿命，降低了甲醇产品的成本。同时降低了精炼工段的铜耗和运行成本。B、对设备、工艺管道的影响：硫化氢降低后减轻了其对设备、管道的腐蚀，在合成氨生产装置中将长远受益。变脱塔改后对其它工序的影响C、对前序工艺的影响：该SY型塔盘设计入口硫化氢240~800mg/m3（随压力增大入口指标提高），出口硫化氢≤5ppm，可以看出此装置配全低变工艺非常合适，常规中串低工艺由于中变催化剂不耐硫，故对前序半脱工序出口硫化氢要求低于70mg/m3。使用该SY型脱硫塔后，中变催化剂可以换为耐硫中变催化剂，使变脱入口硫化氢可提至500mg/m3左右，从而减轻了半脱系统负荷，进而对造气工段掺烧高硫煤创造了条件，其效益是非常可观的。5、结论总之，SY新型高效变换气脱硫塔可谓是氮肥行业变换气脱硫技术的一场革命。该技术能使现有脱硫装置改造后提高生产能力20%以上，且装置阻力小，能减少氮氢气压缩机电耗，并提高后工序净化度，放宽前工序硫化氢要求，液体循环量减少，使电耗降低、纯碱消耗能降低，造气工段可烧高硫煤，从而能使吨合成氨生产成本降低50~100元；因省去常规填料，塔高降低，新上脱硫系统投资（设备、填料、土建）可降低30%~40%且运行费用可降低20~30%，按综合效益测算，几个月便可收回全部投资，在建设节约型社会，优质低硫煤越发紧张、化肥行业电价上涨市场竞争日趋激烈的化肥工业上，该技术的推广应用将会为我国中小氮肥企业的发展做出巨大贡献。常规填料塔与SY新型塔的对比：山西天脊集团高平中化脱硫装置φ4000×48000变脱塔，两套实景拍摄。该装置设计偏大，二氧化碳气体损失严重。脱硫费用较高，堵塔现象经常发生严重制约正常生产。常规填料塔与SY新型塔的对比：常规常压半水煤气脱硫塔设计常压φ4200×33000mm（实景照片），可通过43000m3/h半水煤气量。对比而言，新设计3.2MPa变脱塔偏大。常规填料塔与SY新型塔的对比：良丰公司试验用φ1600×14680mm变脱塔，单塔通入气量14330Nm3/h半水煤气，脱硫效率98.8%以上。常规填料塔与SY新型塔的对比：良丰公司12万吨/年合成氨装置φ2800×21780mm变脱塔，单塔通入气量68000Nm3/h半水煤气，脱硫效果出口硫化氢10mg/m3以下。常规填料塔与SY新型塔的对比：潍坊海化金星化工有限公司改造前两套变换气脱硫塔运行实景拍摄。常规填料塔与SY新型塔的对比：潍坊海化金星化工有限公司改造后单塔运行实景拍摄，开车后运行效果理想。常规填料塔与SY新型塔的对比：浙江绍兴化工有限公司7万吨合成氨，1.5MPa变换气脱硫塔制作完工现场。常规填料塔与SY新型塔的对比：设计制作中的的年生产能力10万吨合成氨的1.5MPa变换气脱硫塔常规填料塔与SY新型塔的对比：安徽颖上化工有限公司改造前运行的精脱硫塔运行实景照片。经重新设计，该塔可通过15万吨/年合成氨生产能力装置的能力。谢谢！