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      濕法脫硫堵塔原因分析及對(duì)策

      2011-04-11 01:33:20郭文龍楊永杰張永斌
      化工設(shè)計(jì)通訊 2011年5期
      關(guān)鍵詞:羅茨煤氣氮肥

      郭文龍,楊永杰,張永斌

      (山西陽(yáng)煤豐喜集團(tuán)臨猗分公司,山西運(yùn)城 044100)

      隨著內(nèi)蒙和新疆等新興能源基地煤炭資源的大力開發(fā),氮肥產(chǎn)能和產(chǎn)量不斷擴(kuò)大(據(jù)統(tǒng)計(jì),目前的氮肥產(chǎn)能已超出需求10Mt/a),國(guó)內(nèi)的氮肥企業(yè)只有通過(guò)節(jié)能、降耗才能求得生存與發(fā)展,煤耗更是其中的關(guān)鍵因素。為了降低煤耗,大量投用高硫煤就成了氮肥企業(yè)的必然選擇,這就對(duì)煤氣脫硫提出了更高的要求,現(xiàn)在脫硫無(wú)疑成了合成氨氣體凈化的最關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接決定整個(gè)合成氨生產(chǎn)的穩(wěn)定和效益,而目前濕法脫硫系統(tǒng)遇到的最大問(wèn)題無(wú)疑是堵塔。

      1 脫硫系統(tǒng)堵塔的危害

      1.1 電耗高

      堵塔的直接后果就是整個(gè)脫硫系統(tǒng)的壓差升高,就拿我廠的半脫來(lái)說(shuō),開車初期壓差只有25mmHg(1mmHg=133Pa),堵塔時(shí)能達(dá)到130~140mmHg,羅茨機(jī)的電流增加近10A,達(dá)到電機(jī)負(fù)荷上限,這等于每小時(shí)多耗電360kW·h,比增加一臺(tái)羅茨機(jī)的電耗還高。另外堵塔后,為保證出脫硫系統(tǒng)的H2S指標(biāo),好多企業(yè)的慣常做法都是加大循環(huán)量,這也會(huì)增加電耗。在合成氨的成本組成中,電耗占的比例僅次于煤耗,這對(duì)正處于節(jié)能降耗大環(huán)境中的氮肥行業(yè)來(lái)說(shuō),是個(gè)很大的不利因素。

      1.2 脫硫效率低

      堵塔過(guò)程會(huì)在填料表面附著一層硫膏,這必然會(huì)降低填料的分布效果,最終形成液體偏流,氣液接觸面積減少,接觸時(shí)間縮短,影響脫硫效率。

      1.3 設(shè)備維護(hù)工作加重,檢修頻繁

      脫硫維修本來(lái)就是個(gè)又臟又累的行當(dāng),平時(shí)人員流失就比較嚴(yán)重,堵塔后更造成憋泵,用于密封的填料很容易打飛,嚴(yán)重時(shí)必須將進(jìn)出口閥門全部關(guān)死,才能加進(jìn)填料。另外,為了保證脫硫效率,加大循環(huán)量還會(huì)造成出口閥芯和管道沖刷腐蝕嚴(yán)重,這將大大縮短泵的使用壽命。有的合成氨廠,因?yàn)閴翰畲螅斐傻南到y(tǒng)停車檢修,多則兩三個(gè)月一次,大大影響了系統(tǒng)的連運(yùn)。

      1.4 煤氣阻力大,產(chǎn)量上不去

      堵塔必然導(dǎo)致通過(guò)凈化工段的煤氣輸送不暢,影響壓縮機(jī)的打氣量,最終影響的是綜合氨的產(chǎn)量。現(xiàn)在的合成氨企業(yè),利潤(rùn)空間較小,大多憑產(chǎn)量來(lái)維持正常生產(chǎn)運(yùn)行,同時(shí),維持高產(chǎn)量,也是降低成本的一個(gè)途徑。

      1.5 輔料消耗高

      堵塔必然造成氣速提高,很容易將脫硫液帶出塔;還有就是好多廠家在堵塔后,為了保證后工段的H2S含量,只好以提高脫硫液成分作權(quán)宜之計(jì),這些都會(huì)增加輔料的消耗。

      1.6 存在安全隱患

      如果因脫硫塔堵塔,造成羅茨機(jī)出口壓力不斷升高,極易造成羅茨機(jī)掉閘,如果不及時(shí)關(guān)閉出口,將導(dǎo)致羅茨機(jī)倒轉(zhuǎn),嚴(yán)重時(shí)可能將整個(gè)羅茨機(jī)打爆。另外,頻繁的增減泵,頻繁的檢修,必然增加不安全因素,影響安全生產(chǎn)。

      2 導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)堵塔的原因

      (1)脫硫系統(tǒng)的指標(biāo)控制。

      (2)氣溫低時(shí)液相加熱。把這一項(xiàng)單獨(dú)列出,是因?yàn)檫@是現(xiàn)在氮肥企業(yè)的普遍做法,或許是沒(méi)有辦法的辦法,或許是還沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這樣做的危害。

      (3)脫硫塔內(nèi)件的選擇。

      (4)沒(méi)有選擇合適的脫硫劑。

      (5)脫硫液再生效果差,貧液中硫含量高。再生不好,就是在塔內(nèi)Na2CO3吸收H2S得到的NaHS,未全部被氧化為單質(zhì)硫,并被浮選收集到泡沫槽,而被帶入了脫硫塔,在塔上段才完成氧化反應(yīng),生成單質(zhì)硫,隨即附著于填料表面,這是造成脫硫塔上段堵塔的主要原因。

      (6)硫回收的質(zhì)量。硫回收開的好壞,能直接反映脫除了多少H2S。即便脫硫系統(tǒng)開得再好,硫磺回收不出來(lái),那肯定是滯留在了塔內(nèi),為堵塔埋下隱患。還有就是熔硫的返液如果回系統(tǒng),是造成副鹽含量高的重要因素。

      (7)前工段的除塵效果。眾所周知,進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的氣體成分復(fù)雜,含有不少雜質(zhì)和臟物,一旦進(jìn)入脫硫塔就很難帶出,會(huì)和硫膏摻和在一起造成堵塔。一般的填料塔都分為3段,如果檢測(cè)的結(jié)果是最低層填料壓差大,那多半是因除塵效果不佳所致。

      3 防止脫硫系統(tǒng)堵塔的應(yīng)對(duì)措施

      (1)溫度是脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。溫度低了液體粘度大,脫硫效果差,溫度高了副鹽生成多,也不利于H2S的吸收。有人做過(guò)試驗(yàn),只要脫硫液溫度高于45℃,Na2S2O3和Na2SO4的生成率會(huì)直線上升。而且再生溫度過(guò)高時(shí),再生槽虛泡嚴(yán)重,硫顆粒聚合和浮選困難,致使貧液中懸浮硫逐步升高。一般脫硫溫度應(yīng)控制在38~42℃為宜,最低不低于35℃,最高不能高于45℃。

      pH值也是影響化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)重要因素。脫硫反應(yīng)同樣要嚴(yán)格控制再生液的pH值,一般要控制在8.2~8.8之間,生產(chǎn)中盡量避免pH值高于9.0。當(dāng)溶液的pH值大于9.2時(shí),副鹽的生成率也會(huì)直線上升。

      脫硫液的主要成分,則要根據(jù)生產(chǎn)工藝及時(shí)調(diào)整,同時(shí)嚴(yán)格控制脫硫液中的懸浮硫和副鹽含量。

      (2)好多企業(yè),特別是北方的企業(yè),為了在冬季氣溫低時(shí)提高脫硫液溫度,慣常的做法是給脫硫液加個(gè)蒸汽加熱器,直接用蒸汽將脫硫液加熱。還有一些企業(yè)是在再生槽底部增加蒸汽盤管或直接通入蒸汽。我廠原先也是這樣做的,2010年我們?cè)诿摿蛩簹膺M(jìn)口管上,加了個(gè)蒸汽夾套,用蒸汽加熱煤氣,效果不錯(cuò)。如果熱量不夠,還可以在煤氣管上直接通入蒸汽提溫。

      (3)濕式氧化法脫硫中,對(duì)吸收塔的選擇大多還是以傳統(tǒng)的填料塔為主,并且僅在塔頂設(shè)置一個(gè)分布器,脫硫液經(jīng)填料層自上而下流動(dòng),因塔高動(dòng)輒幾十米,加上煤氣的阻力,時(shí)間長(zhǎng)了很容易造成偏流。如今不少氮肥企業(yè)已經(jīng)通過(guò)技改,在每層填料上部增加再分布器,以減緩液體偏流,避免形成干區(qū),也能有效緩解堵塔。

      另外,隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步,解決了霧化噴頭等難題,空塔噴淋以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、塔體利用率高、氣液相際間的傳質(zhì)效率高和運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì),逐漸進(jìn)入人們的視野,據(jù)悉幾個(gè)兄弟企業(yè)應(yīng)用效果很好,塔壓差基本為零,從根本上避免了堵塔,值得推廣。

      (4)脫硫催化劑的選用,將從根本上決定脫硫效率、輔料消耗和脫硫成本等關(guān)鍵指標(biāo)?,F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的濕法脫硫劑品種很多,僅酞菁鈷系列的就有T90-2、RTS、PDS-600和TTS等,另外還有DDS和NDC等鐵系催化劑。脫硫劑的選擇沒(méi)有固定的標(biāo)準(zhǔn),但必須依據(jù)現(xiàn)有的工藝流程和設(shè)備配置,還有煤氣中的H2S含量和需要達(dá)到的脫硫指標(biāo)。比如我公司半脫進(jìn)口H2S為2 500~3 500mg/m3,因?yàn)樽儞Q采用的是全低變,要求出脫硫系統(tǒng)的H2S在100mg/m3左右,我們采用堿法的栲膠輔以888兩種催化劑組合,這也是業(yè)界普遍接受的較佳組合。不過(guò)現(xiàn)在遇到一個(gè)問(wèn)題,因V2O5的安全性,其生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模正在不斷壓縮,價(jià)格越來(lái)越高?,F(xiàn)在在使用過(guò)程中也平添了許多麻煩。有的地方已經(jīng)出臺(tái)規(guī)定,禁止使用V2O5。所以,筆者還是看好酞菁鈷系列的脫硫催化劑,攜氧能力強(qiáng)、粘度低、有利于沖塔和能脫除部分有機(jī)硫都是其優(yōu)點(diǎn)。

      (5)噴射再生槽要嚴(yán)格按 《合成氨》等手冊(cè)設(shè)計(jì),內(nèi)側(cè)反應(yīng)槽、中間貧液環(huán)槽和外側(cè)泡沫環(huán)槽三部分缺一不可。內(nèi)筒頂端與硫泡沫溢流堰的距離應(yīng)取700mm,尾管距離槽底建議取900mm,可以在尾管的端口上割上鋸齒狀花紋,提高分布效果。建議將尾管和花板焊死,因?yàn)槲覀冊(cè)跈z修過(guò)程中發(fā)現(xiàn),尾管和花板接觸處磨損嚴(yán)重。噴嘴最好用不銹鋼,因?yàn)檫@也是一個(gè)容易腐蝕的部位。噴射器的安裝最好找專業(yè)的安裝隊(duì),保證垂直同心,否則會(huì)影響抽空氣量。生產(chǎn)中還要通過(guò)再生壓力和液位調(diào)節(jié)器,嚴(yán)格控制泡沫層的厚度,防止液面大幅度波動(dòng)和翻浪,保證硫泡沫的正常溢流,同時(shí)也要避免泡沫帶液過(guò)多。經(jīng)常根據(jù)進(jìn)氣室風(fēng)速或倒噴情況,檢查噴嘴和喉管是否有堵塞和結(jié)垢甚至腐蝕。

      (6)好多企業(yè)采用的都是連續(xù)熔硫,因?yàn)榄h(huán)保和成本壓力大,熔硫的返液大都經(jīng)冷卻返回系統(tǒng),我廠每班回收的返液量就達(dá)30m3。進(jìn)熔硫釜的蒸汽溫度能達(dá)到190℃,出熔硫釜的返液最低也有85℃,如此高的溫度,必然會(huì)產(chǎn)生很多副鹽?,F(xiàn)在通常的做法是將返液引入沉淀池,經(jīng)沉淀冷卻后再打入貧液槽,有的企業(yè)還加上了涼液風(fēng)機(jī)。但這樣做只對(duì)降低返液溫度有效,而副鹽的冷卻沉降效果甚微。筆者曾做過(guò)試驗(yàn),將一部分返液常溫靜置沉淀1個(gè)月后,副鹽含量幾乎沒(méi)什么變化。

      我們現(xiàn)在正在進(jìn)行技改,將再生槽浮選的硫泡沫先打入過(guò)濾機(jī),過(guò)濾出大部分的清液,再將濃縮的硫膏打入熔硫釜。這樣大大減少了熔硫的返液量,也就最大程度上避免了副鹽的生成。如果能直接賣生硫磺,或開發(fā)生硫磺下游產(chǎn)品,將對(duì)脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行更為有利。

      (7)保證氣化爐出口除塵器的正常運(yùn)行,按時(shí)下灰。造氣循環(huán)水最好能上微渦流。開好電除塵裝置,不僅要維護(hù)好電濾器的二次電壓和電流,還要經(jīng)常熱洗電濾器,盡量減少因二次電壓、電流表的誤差,造成對(duì)除塵效果的誤判。管理好洗氣塔和冷卻清洗塔的循環(huán)水,有條件的企業(yè)要勤置換,最好能連加連排。

      由現(xiàn)場(chǎng)管理筆者深深體會(huì)到,脫硫工作是個(gè)“良心活”。在工藝和設(shè)備選定以后,平時(shí)細(xì)枝末節(jié)的管理,也是做好脫硫工作的關(guān)鍵。搞脫硫的員工,不僅業(yè)務(wù)素質(zhì)要高,能分析問(wèn)題、解決問(wèn)題,而且要有高度的責(zé)任心,對(duì)每時(shí)每刻的脫硫運(yùn)行情況了如指掌,才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題,及時(shí)采取有效措施。

      以上所述,是筆者在生產(chǎn)一線工作的些許積累,主要圍繞脫硫塔堵塔的問(wèn)題整理了一些資料,希望對(duì)奮戰(zhàn)在脫硫一線的工程、技術(shù)人員有所幫助。

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