合成氨脫硫系統改造小結

張素田 李 立

(陽煤集團平原化工有限公司 山東平原253100)

合成氨脫硫系統改造小結

張素田 李 立

(陽煤集團平原化工有限公司 山東平原253100)

陽煤平原化工有限公司化肥一廠現有的3套合成氨系統，均以白煤和煤棒為原料，采用固定層間歇氣化法制氣，半水煤氣采用DDS脫硫法脫硫工藝;一期2套系統合成氨設計能力為80kt/a，二期系統合成氨設計能力為180kt/a。2012年，原料煤全部改用陽泉高硫煤。全燒陽泉煤后，半水煤氣中H2S質量濃度由原來的1200mg/L上升至3500mg/L，尤其是二期合成氨系統，脫硫前H2S質量濃度高達4250mg/L。原料煤的改變，給脫硫系統操作帶來了巨大困難，在H2S含量上升初期，脫硫系統經常出現“皂泡”現象，再生槽、富液槽溢液頻繁，熔硫后清液中的泡沫難以徹底分離，返回系統后導致脫硫液中懸浮硫含量上升，液體損失量增大，噸氨脫硫費用高達29元。H2S含量的上升，嚴重影響系統長期穩定運行，但由于原裝置空間的限制，無法再新增設備，只能在原有基礎上對設備進行改造與調整，提高脫硫效率，以適應高硫煤的生產。

1 脫硫系統工藝流程及主要設備

1.1 工藝流程

氣體流程:來自氣柜的半水煤氣經清洗塔降溫除塵后進入靜電除焦器，進一步除去半水煤氣中的粉塵和焦油，經羅茨風機加壓、降溫塔降溫后進入脫硫塔，脫除H2S的半水煤氣再經清洗塔洗滌、靜電除焦器后進入壓縮機一段進口總管。

液體流程:吸收H2S的富液由脫硫塔進入富液槽，經再生泵加壓后，通過空氣自吸式噴射器進入氧化再生槽，在氧化再生槽內氧化再生，生成的硫單質浮選成泡沫進入泡沫槽，然后輸送至硫磺回收泡沫罐;再生后的貧液進入貧液槽供脫硫系統使用。

連續熔硫工藝:從泡沫罐來的硫泡沫經泡沫泵加壓后送至熔硫釜進行熔硫，含硫液體從底部定時排出，冷卻降溫后得到硫磺塊，分離出的清液由放空管進入回收液沉淀池，經沉淀降溫后再回至脫硫系統。

1.2 主要設備參數

一期、二期脫硫系統設備參數分別見表1和表2。

表1 一期脫硫系統設備參數

表2 二期脫硫系統設備參數

2 存在的問題及原因分析

(1)3套脫硫系統均采用北京博源恒升高科技有限公司的DDS脫硫技術，其特點是熔硫能力強，但再生后硫顆粒較細，且皂泡較多，泡沫進入熔硫釜加溫后硫液分離困難;連續熔硫運行過程中，系統稍有波動，排出液中就夾帶大量的泡沫;同時原熔硫釜排出液降溫沉淀槽較小，排出液來不及沉淀降溫即被回收至脫硫系統中，每次回收清液時，都會發生氧化再生槽“皂泡”現象，調整不及時就會導致再生槽溢液。

(2)當半水煤氣中H2S含量上升時，由于泡沫中“皂泡”較多，泡沫中硫含量低(質量濃度在18～20g/L)，氧化再生槽溢液頻繁。實際操作中，通過降低氧化再生槽液位和減少空氣吸入量來消除氧化再生槽溢液問題，但此舉會影響脫硫液的再生，從而影響脫硫效率，導致脫硫系統出口H2S含量經常超標，質量濃度最高達300mg/m3，系統被迫減量生產，且氧化再生槽溢液發生時，原有熔硫系統不能滿足生產需求，大量泡沫液只能排放處理，造成脫硫液損失量增大。

(3)當半水煤氣中H2S含量上升時，脫硫系統由單泵運行增加至雙泵，脫硫液單位流量增大，再生時間縮短，同時泡沫量成倍增加。后期雖然增加了熔硫釜，但排出液沉淀降溫槽受現場空間限制，不能再擴大，回收的排出液溫度大幅上升，會嚴重影響脫硫液的再生。當脫硫液再生溫度達到50℃，脫硫液中富鹽含量大幅上升，僅硫代硫酸鈉質量濃度就達240g/L。為了控制再生溫度和降低脫硫液中的副鹽含量，被迫排放部分回收液，導致脫硫輔料損失較大。

(4)由于以上原因，造成脫硫液中懸浮硫含量高(質量濃度最高達2.0g/L)，嚴重影響系統長周期運行;同時，硫磺產量成倍增加，由原每班1t增加至3t，且硫磺完全依靠人工搬運，增加了人工成本。

3 改造情況

3.1 改造思路

通過分析，脫硫系統能否適應陽泉高硫煤的生產，關健在于能否有效解決硫泡沫的處理及回收問題。根據DDS脫硫工藝形成的硫顆粒較細、硫顆粒與脫硫液不易分離的特點以及現場空間位置，結合目前小氮肥行業脫硫新技術及兄弟企業的經驗，決定在熔硫釜前增設板框式過濾機，以解決硫顆粒與脫硫液分離難的問題，同時考慮增加硫磺塊體積，以減少勞動強度，并在硫磺產量增加的情況下不增加操作人員，以降低生產成本。

3.2 設備選用

半水煤氣中H2S質量濃度在4200mg/L時，硫泡沫日回收量約為280m3，硫泡沫制成硫膏濃縮倍數約為10，過濾后的硫膏日產量為28m3，設備日工作18h，每次工作周期為2h，即過濾機日工作為9個周期，則每個周期板框式過濾機濾室總容量為3111L。根據國際生產標準，過濾機過濾面積1m2等價于15L的固體容積，則過濾面積為207m2，預留15%的余量，得到設計過濾面積為238m2，故選擇2臺XMZ120/1250-UK型板框式過濾機，其中120指單臺過濾機的過濾面積為120m2。該過濾機為自動卸料廂式過濾機，操作簡便，較好地滿足了操作要求。

每臺過濾機板框長度為3m，為了便于濾餅在卸料時能順利進入熔硫釜，每臺板框式過濾機配置2臺熔硫釜，將板框式過濾機安裝在2臺熔硫釜上方，并對原熔硫釜進行改造，將原硫硫釜內件折除，進料口改為DN300mm(圖1)，將揚程為30m泡沫泵更換為揚程為50m泡沫泵。

圖1 設備布置示意

3.2 改造后流程

脫硫系統來的硫泡沫進入泡沫槽，經泡沫泵加壓后直接進入板框式過濾機;濾液回至清液槽，經泵加壓后送至脫硫富液槽;產生的濾餅經漏斗式卸料口進入熔硫釜內，經加熱分離后自流至硫磺槽，冷卻后形成硫磺塊。熔硫釜放空所夾帶的液體和排完硫后的殘液送至原沉淀槽沉淀降溫，沉淀后清液回收至系統，殘留的硫顆粒送至板框式過濾機回收利用。

增設熔硫釜后，硫磺產量大幅提高，日產量由原來的240塊增加至420塊，因制作的硫磺塊體積較小且需要人工進行堆放，職工勞動強度隨之增加。為了不增加人員，決定增大硫磺塊并配備行車堆放硫磺，結合場地和費用考慮，在熔硫釜廠房前增設1臺2t龍門式行車即能滿足需求;根據龍門式行車的載質量和硫磺槽的質量，硫磺塊增大后的質量為1.3t，比原來增加了38倍，同時不需要新增員即可完成操作。

4 改造效果

合成氨脫硫系統綜合改造于2013年7月底全部完工并投入使用。經過近1年的運行，系統可靠穩定，基本解決了H2S含量上升導致脫硫系統負荷過重的問題，同時脫硫費用大幅下降。

4.1 降低輔料消耗，提高脫硫效率

脫硫系統改造前，氧化再生槽浮選的泡沫及硫顆粒直接進入脫硫液中，脫硫液中的懸浮硫質量濃度在1.2g/L左右;改造后，脫硫泡沫經過濾后，僅濾液回至脫硫系統，脫硫液懸浮物質量濃度降至0.6g/L以下。改造前，因脫硫液再生效果差，脫硫后H2S質量濃度在80～100mg/m3，合格率僅有80%;改造后，脫硫后H2S質量濃度降至70mg/m3以下，合格率達到98%以上。改造后，脫硫輔料總費用噸氨降低了14元左右。

4.2 減少蒸汽用量

脫硫系統改造前，硫泡沫全部進入熔硫釜加熱;改造后，僅濾餅進入熔硫釜加熱。泡沫含硫質量濃度約30g/L，濾餅含水質量分數約30%，按硫磺產量10t/d、溫升45℃計，共計減少加熱脫硫液330t/d，節省蒸汽用量26t/d。

4.3 降低勞動強度

脫硫系統改造前，硫磺槽中制得的硫磺塊質量約35kg/塊，平均生產硫磺240塊/d，需3位操作人員進行堆放，隨著半水煤氣中H2S含量的提高以及脫硫系統的不斷升級改造，副產的硫磺塊增加至420塊/d，操作人員勞動強度增加，崗位人員配備明顯不足。改造后，硫磺槽體積增加了38倍，單塊質量達1.3t，每天產18塊左右，堆放硫磺使用行車，減輕了操作人員的勞動強度。

5 存在的問題及解決措施

(1)采用的XMZ120/1250-UK型板框式過濾機不具備自動清洗濾布功能，由于脫硫液中含有焦油等黏性大的物質，運行一段時間后，濾布的過濾效果下降明顯，需定期清洗、更換濾布。

(2)濾餅中的脫硫液，經高溫蒸煮，有效成分基本被破壞，回收至系統對脫硫系統操作影響較大;另外，由于半水煤氣H2S含量較高，再加上脫硫液基本不外排，導致脫硫液中副鹽含量較高，硫代硫酸鈉質量濃度在200～240g/m3。目前，熔硫釜排出的殘液暫未回收。

6 結語

脫硫系統綜合改造完成后，既提高了系統的脫硫能力，減少了脫硫費用，又緩解了因硫磺產量增加帶來的人工費用增加問題，延長了脫硫塔的運行周期。截止目前，再沒有發生再生槽泡沫外溢事故，并極大改善了操作環境。該項目共投資75.0萬元，改造后年減少輔料費用47.5萬元、蒸汽費用16.0萬元。投資回收期為1.2年。

2015-03-04)