超重力環(huán)境下堿液對尾氣吸收的影響

樊江海，張寧峰，喬 軻

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

1 硫磺回收工藝

上游裝置來的清潔酸性氣在經過酸性氣預熱后，與含氨酸性氣混合進入制硫燃燒爐火嘴，空氣經過空氣預熱器預熱后再進入爐內，根據制硫反應需氧量，通過比值調節(jié)和H2S/SO2在線分析儀反饋數據嚴格控制進爐空氣量。過程氣在爐膛中部與部分清潔酸性氣混合，經一級冷凝冷卻器發(fā)生低壓飽和蒸汽回收余熱，并使反應生成的元素硫凝為液態(tài)，液硫經捕集分離后進入硫封罐。根據反應溫度要求，一級冷凝冷卻器出來的過程氣經一級高溫摻合閥與制硫燃燒爐后的一部分高溫氣流混合升溫，進入一級轉化器，在催化劑的作用下，過程氣中的H2S 和SO2進行Claus 反應，轉化為元素硫，自一級轉化器出來的高溫過程氣進入過程氣換熱器管程，與自制硫尾氣分液罐出來的過程氣換熱后，再進入二級冷凝冷卻器，過程氣經二級冷凝冷卻器發(fā)生低壓飽和蒸汽并使元素硫凝為液態(tài)，液硫經捕集分離后進入硫封罐。由二級冷凝冷卻器出來的過程氣再經過二級高溫摻合閥與制硫燃燒爐后的一部分高溫氣流混合升溫后進入二級轉化器，使過程氣中剩余的H2S 和SO2進一步發(fā)生催化轉化，二級轉化器出口過程氣經三級冷凝冷卻器發(fā)生低壓飽和蒸汽并使元素硫凝為液態(tài)，液硫經捕集分離進入液硫池。三級冷凝冷卻器出來的制硫尾氣經制硫尾氣分液罐后進入尾氣處理部分。

硫磺尾氣經過尾氣急冷塔冷卻至40 ℃，使用貧液進行深度脫硫后將尾氣中的H2S 降低至100 mg/m3以下，脫后尾氣進入凈化氣分液罐脫液，最后進入尾氣焚燒爐焚燒。在尾氣焚燒爐500 ℃爐膛溫度下，凈化氣中殘余的H2S 被燃燒為SO2，剩余H2和烴類燃燒成CO2和H2O，自尾氣焚燒爐出來的高溫煙氣經尾氣廢熱鍋爐回收余熱后由煙囪排放。

2 超重力尾氣回收工藝

自硫磺回收裝置尾氣焚燒爐來的高溫（200 ℃）煙氣經過煙氣引風機增壓后進入超重力脫硫機與脫硫液循環(huán)泵送來的脫硫循環(huán)液混合，完成脫除SO2的過程，然后氣液混合物在超重力脫硫機中分離，凈化煙氣經超重力脫硫機出口至高效氣液分離器脫除氣相中攜帶的游離水，氣液分離后的煙氣送至煙囪直排大氣[1]。

2.1 濕法吸收堿-酸法工藝流程

當堿性較高時，（1）式為主要反應式，堿性降低到中性甚至弱酸性時，則按（2）式發(fā)生反應，排放液為Na2SO3，吸收時應盡量減少氧化副反應的進行。

堿法脫SO2反應原理為：

副反應：

2.2 應急尾氣超重力運行情況（表1）

表1 超重力機脫硫運行參數

吸收SO2的堿液由泵送入超重力機，并由液體分布器均勻噴淋在填料層，含有SO2的尾氣經氣體進口進入轉子內腔與堿液進行逆流接觸，進入轉子的液體受到轉子內填料的作用，旋轉速度增加，所產生的離心力將被填料分割破碎的液體推向轉子外緣，大量的破碎液體與氣體進行大面積接觸，吸收液體與氣體在超重力內部的環(huán)境下高效接觸發(fā)生反應，完成對尾氣中SO2的吸收，生成亞硫酸銨和亞硫酸氫銨（圖1）。氣體從出口直接進入煙筒排大氣，反應后產生大量的吸收液體從超重力機底部自流至循環(huán)罐，循環(huán)罐底部出口絕大部分液體作為循環(huán)液經脫硫液循環(huán)泵送回超重力脫硫機，其中一小部分污水外排出裝置。超重力機具有堿液在超重力機內停留時間短，氣液混合效率高、氣液在超重力機內接觸面積大的特點。通過增大氣液接觸面積，提高過程氣與堿液的溶解量，確保在超重力機內有效停留時間內反應更充分，最終實現(xiàn)吸收效率的最大化，提高脫除尾氣中SO2的效果[2]。

圖1 超重力堿洗硫磺裝置

2.3 堿液濃度、堿液循環(huán)量及超重力機轉速對尾氣的影響（表2）

由表2 可知，在工藝條件相同，堿液濃度不變的情況下，通過對堿液循環(huán)量、超重力機轉速進行調整，當超重力機轉速達到400～600 r/min 時，逐漸降低堿液循環(huán)量，可以明顯看到隨著轉速的增加，加大了超重力機對循環(huán)堿液的切割破碎作用，加快了氣液在旋轉床內流動速度，強化了氣液間在旋轉床內的接觸面積，提高了傳質的效果，尾氣濃度也逐漸下降。當超重力機轉速提升到700 r/min 時，尾氣濃度逐漸趨于緩和，這說明隨著轉速的不斷提高會造成氣液在旋轉床內接觸時間較短，無法充分接觸吸收造成尾氣的脫除效果無明顯變化，試驗證明超重力機轉速達到400～600 r/min 時脫硫效果最好，超重力技術應用于硫磺尾氣脫硫工藝上技術優(yōu)勢明顯。

表2 變量下的尾氣含量變化表

3 超重力堿洗結垢的解決措施

在運行過程中發(fā)現(xiàn)堿液循環(huán)量存在逐漸下降狀態(tài)，通過切換堿液循環(huán)泵仍然無法使堿液循環(huán)量提高，初步判斷是由于液體分布器均勻噴淋堵塞造成循環(huán)量提不起來，由于超重力機沖洗使用的介質是新鮮水，高溫過程氣（200～210 ℃）與新鮮水混合的堿液接觸，高溫下新鮮水中的鈣鎂離子轉化為碳酸鈣，造成超重力機液體分布器均勻噴淋和旋轉床結垢堵塞，使其堿液循環(huán)量降低，并造成超重力機旋轉床受載不均勻，在高負荷運轉下產生劇烈抖動。

解決措施：通過將噴淋沖洗用的新鮮水改為除鹽水，去除水中的鈣鎂離子，消除超重力機液體分布器不均勻噴淋、旋轉床結垢堵塞及超重力機高負荷下的抖動問題。

通過改造后：在將對超重力機進行檢修并對分布器、旋轉床除垢后，將新鮮水改投用成除鹽水至今，未再出現(xiàn)堿液循環(huán)量降低和高負荷下的超重力機抖動問題。

4 結論

超重力機堿洗在本公司尾氣排放系統(tǒng)應用后，可以將外排尾氣中的SO2由原來的50 mg/m3左右降至10 mg/m3左右，尾氣脫硫效果十分明顯，且脫硫效率穩(wěn)定，為防止生產波動尾氣穩(wěn)定達標排放奠定了良好的工藝基礎，超重力環(huán)境下堿液對尾氣脫硫工藝在技術上優(yōu)勢明顯。