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      脫硫與電除焦油器的選擇配置

      [摘 要]簡述脫硫技術與電除焦油技術的進展,除焦油與脫硫的互惠重要關系,在脫硫裝置中選擇配置電除焦油器的注意事項。

      [關鍵詞]脫硫技術; “888”脫硫催化劑;電除焦油器

      前 言 毋庸置疑,在合成氨生產一系列凈化中,脫硫是最重要的一環。小氮肥行業有一個二十項工藝指標,其中有16項與凈化有關。這個“凈化”的內涵主要反應在脫硫上。

      在上世紀七八十年代,對小氮肥行業來說脫硫是很頭疼的事,因此對脫硫是很重視的,不然那會有那么多脫硫方法應運而生呢?在八十年代底和九十年初開始,人們的注意力主要放在“兩煤變一煤”,比較多地強調能量平衡,心思用在合成氨生產蒸汽自給的技改上了。至于電除焦油器運用更是不被重視。 進入2000年后,由于化肥的大發展,脫硫技術也與時俱進,取得了很大進展。同也看到了去除焦油及粉塵雜物的重要性,先是壓縮機受益,后來認識到對脫硫本身的重要性。

      1 脫硫催化劑技術的進展 上世紀90年代和本世紀初涌現出許多先進的濕式氧化脫硫催化劑,其中“888”催化劑是最有代表性的。 早在1999年的5月份,中國氮肥工業協會還專門組織有關專家和一些使用廠家對“888”催化劑進行了評議,意見如下:“888”是東北師范大學在PDS的基礎上,改進提高后的新產品,“888”是以三核酞菁鈷磺酸銨金屬有機化合物為主體的脫硫催化劑產品。

      該產品在九四年通過長春市的新產品鑒定,現已在全國部分氮肥廠推廣應用,除具備PDS的產品特性外,還具備如下特點:

      (1)“888”不用添加其它助催化劑,預活化工藝簡單,時間短;無論以氨水和純堿為吸收劑,均能保持穩定的脫硫效率。

      (2)“888”使脫硫貧液的懸浮硫含量低,一般可降到0.3g/L以下,溶液清亮不堵塔,有利于降低脫硫系統阻力。如由其它濕式氧化法的脫硫催化劑改用“888”后能迅速降低脫硫液中的懸浮硫合量。

      (3)再生時浮選出硫顆粒大,溶液粘度低、硫黃易分離,不存在廢液排放的污染環境問題。

      (4)在同樣負荷和工況條件下,耗用催化劑的費用“888”約比同類產品降低20%以上。

      (5)“888”能脫除一定量的有機硫化合物(脫硫效率在50%~80%之間)。 進入2000年以后,該催化劑使用的領域更廣,在化肥、化工、焦化和煤氣等行業中有好幾百家廠使用它,并都取得很好和較好的脫硫的效果。就拿原來意義上的小氮肥廠來說,就有幾百套生產裝置(在“半脫”和“變脫”上)在用“888”催化劑。有的全用“888”一種催化劑,有的將“888”和栲膠結合起來用。象山東壽光廠,因地制宜,合成氨和聯產甲醇裝置的脫硫,采用“888”和栲膠合用;100Kt/a的單醇裝置脫硫的催化劑就只用“888”。

      歸納起來,“888”濕式氧化法脫硫有九大特點

      (1)工作硫容大,脫硫效率高(脫硫效率>99.00%,脫硫合格率為100%)。

      (2)具有抑制和消除硫黃堵塔的功能。如山東萊西市化肥廠自用“888”后,多年來均未在發生過硫堵。以前每年需停車5次以上清理硫堵。

      (3)具有脫有機硫的功能,脫硫率為50%到80%(主要脫除COS)。

      (4)有脫高硫氣的功能。經兩極脫硫后,脫硫效率達到99.5%。

      (5)副反應生成率低,純堿消耗低,硫回收率高,脫硫費用低。

      (6)溶液組成簡單,管理與操作方便。

      (7)催化劑活性好,用量少,消耗低,運行經濟(通常情況下每脫除1kg H2S 只需耗“888”0.5克~0.9克)。

      (8)貧液懸浮硫低,溶液清亮有利于節能。

      (9)應用范圍廣??蓱冒胨簹?、富氧氣化的煤氣、甲醇原料氣、變換氣、焦爐氣、天然氣、城市煤氣、沼氣等含硫氣體的脫硫;加壓、常壓脫硫均可以應用。 經過此后的多年實踐,300多家應用“888”催劑的實踐,該催化劑更加完善,使用效果更好。

      2 脫硫單元設備技術的進展 在這方面,東獅科貿實業有限公司作出的貢獻是很突出的。他們的視野從來就不只是盯在一個催化劑上,而把“半脫”和“變脫”看成是復雜的系統工程,首先抓住脫硫的關鍵設備進行改進。 對半水煤氣的脫硫塔設計上,根據“888”催化劑性能,在填料、氣體分布器、液體分布器、再分布器、液沫捕集、空塔氣速等等關鍵技術上,能將其優化綜合考慮。 在再生器的噴射器設計上,也下了很大功夫,產品設計先進,制作精準,像山東壽光等著名化肥廠都選用東獅公司的產品。

      QYD型加壓原料氣脫硫塔的開發成功,更充分體現出脫硫單元設備的技術進步。 QYD型加壓原料氣脫硫專用氣液復合傳質內件是東獅氣體凈化設計研究中心近年來研制開發成功的高效、節能、環保型傳質內件。該裝置是集傳統的諸多塔內件的優點于一身,更加強化氣液傳質過程,它充分利用了脫硫反應機理---H2S和堿溶液快速的化學反應的原理,采用氣液直接接觸,并依據H2S含量高低設置特殊的氣液接觸裝置、氣泡再布裝置,使氣液之間動態接觸,湍動傳質。這不僅大大增加了氣液接觸面積,使氣體在極短的時間內與液體充分混合接觸,提高了氣體的凈化度,而且以此傳質裝置取代填料,從而解決了行業脫硫多年來懸而未決的問題,即硫塔堵塔問題。

      另外,由于氣液接觸時間大大縮短,使脫硫原料氣中CO2對堿溶液吸收的影響將得到很大的改善,溶液中NaHCO3的生成率也將大幅度降低,從而提高了貧液質量,促進溶液循吸收能力。該內件結構簡單,安裝簡便,操作彈性大,塔阻力降低,且投資小,見效快。該裝置不僅適應于舊脫硫塔改造,更適用于新塔設計。該技術已申請了國家專利,并得到了審批。

      2008年年底,全國化工合成氨設計技術中心站組織業內專家在使用現場進行過評審;今年初,通過了部級鑒定,專家們對該開發技術給予了充分肯定和很高的評價。它是目前加壓原料氣脫硫塔內件中很具有推廣價值和使用價值的傳質內件。

      3 硫黃回收工藝的革新 硫黃回收的工藝路線有兩種,即連續熔硫回收和間歇熔硫回收。像安陽廠采用的是間歇熔硫回收工藝。硫泡沫的過濾機是先前堿廠用的那種轉筒真空過濾機。他們說,采用這種工藝的主要優點是,改善貧液的質量,節省蒸汽消耗。熔硫后的殘液量很少,經冷卻蒸發后,只剩殘渣,無液回系統,這是一個好舉措。去年7月青島脫硫會議代表參觀的平度化肥廠硫黃回收也是走一工藝路線,過濾機是采用先進的MS型硫泡沫專用過濾機,取得很好的效果。這就是硫黃回收工藝的改革。因此建議采用更先進的硫黃回收工藝取代傳統的工藝。

      硫黃回收新工藝的要點是:采用MS型硫泡沫專用過濾機過濾硫泡沫→干濾餅自動刮落進熔硫釜熔硫(間歇熔硫)→出熔硫釜殘液冷卻沉淀分離。走這條工藝路線的主要理由是:

      (1)在現有硫黃回收工藝中,采用連續熔硫的較普遍。隨著企業產能的增大,熔硫后的殘液量越來越大,處理難度和代價增大,與當今節能減排政策相悖。此外,在殘液處理過程中也會使溶液中HS-轉化成S2032-的機會大大增加。這些副鹽的大量產生不僅降低了脫硫液的質量,影響了脫硫效率,而且有時會因脫硫液中副鹽的結晶析出而堵塞設備、管道及填料。

      (2)從再生槽(或再生塔)出來的硫泡洙,80%左右都是脫硫液,只有20%左右才是單質硫。而且由于使用催化劑不同,再生狀況以及操作管理好壞不等,使硫泡洙中單質硫含量大不一樣,有的單質硫含量還不到10%,這些硫泡沫都進入熔硫釜進行加熱熔硫,這不僅增加了蒸汽消耗,而且增加了殘液處理難度。 在熔硫之前對泡沫進行過濾處理,讓硫泡沫在熔硫之前與脫硫液分離。特別是生產規模比較大或H2S含量比較高的企業,更有必要采取這樣的工藝,把泡洙變成硫餅,然后再熔硫。其實這個路子自濕法脫硫產生以來,行業界人士一直想走,但由于傳統的過濾技術所帶來的問題相當多,諸如需要專人看管、更換濾布頻繁,工人勞動強度大,電耗高,現場環境差、過濾后濾餅中殘液量高,且過濾后的脫硫液濁度很高等等原因,使這一工藝沒有得到利用。

      青島堿業股份有限公司天柱化肥分公司是一個具有合成氨醇160kt/a(其中甲醇40kt/a),尿素200kt/a的生產能力的企業。因受有時脫硫堵塔、脫硫廢液和扒塔產生的污染物外排等問題困惑,在脫硫工序首先使用由東獅科貿實業公司開發的硫黃回收新工藝﹝使用MS-8型硫泡沫真空過濾機﹞,并于2007年6月19日一次試車成功,經過運行實踐證明,在降低副鹽增長率、提高溶液質量;優化脫硫工藝、延長脫硫塔的使用周期方面效果明顯。使用先進過濾機后,硫黃回收率由原來的92%提高到94%左右,堿耗和脫硫廢液的外排量也明顯下降。貧液中的懸浮硫由0.3~0.8g/L左右,最高時超過1.5g/L(溶液混濁),后降為0.1~0.3g/L之間,溶液清澈透亮。

      4 操作技術和管理水平的提高 這是行業的整體水平提高的問題,說來話長,歸納起來下面的四項可體現這一點:

      ⑴ 脫硫狀況好的和比較好的廠家占多數。

      ⑵ 多數廠裝置能力得到充分發揮,處理問題能力增強。

      ⑶ 脫硫循環液的管理水平提高,能保持溶液的良好運行。

      ⑷ 加強了脫硫液的分析和進一步完善了理化數據。

      5 電除焦油器技術的進展 小氮肥廠原先并不使用電除焦油器。

      70年代初,當時的上??h,建了一個以重油為原料的小型氮肥廠,遇到合成氨原料氣除焦油的問題,當時一時也解決不了,一個偶然機會,從上海楊樹浦煤氣廠拿了兩臺淘汰下來的電除焦油給安上(是解放前從英國進口的、已老掉牙的設備),用后發現效果不錯。沒幾年,因原料關系,該廠下馬。這兩臺舊設備被上海青浦化肥廠拿去用,使用效果十分的好。每個班都能扒出幾十公斤與焦油粘附在一起,像豆沙芝麻餡的雜物。

      可想而知,如果這些東西帶到脫硫系統,再到后續工段,其影響是很大的。80年代,化肥有了新發展,因青浦化肥廠的電除焦油器用得好,在脫硫工段設置電除焦油器,也被重視起來。上?;ぴO計院正式設計了電除焦油器施工圖,上?;瘷C三廠制造,全國有多家廠在技改中使用。后由于規模擴大,電器配置跟不上,加上操作經驗缺乏,有很多波折。后經過10多年的磨練,逐漸成熟。 到現階段為止,杭州余杭工程環保設備廠經過對傳統電除焦裝置所存在問題的深入調研、改進、調試和實際應用后,取得了良好的使用效果,通過新產品鑒定驗收,經過較大范圍推廣應用驗證,顯示了其良好的性能和使用效果,獲得了廣大用戶和專家同行的認可。

      因而從1999年起,經全國化工合成氨設計技術中心站技術委員會審查考核,杭州余杭工程環保設備廠生產的“JC型系列靜電除焦油器”產品被評選為化工工程建設標準選用定點產品。 進入2000年后,大浪淘沙,幾經沉浮,現存生產電除焦設備的廠家還有十多個,杭州余杭工程環保設備廠是最具有代表性的一家。在現有廠家中,根據相同的工作原理,有用濕法的、干法的,有用管式的、蜂窩式的、同心圓式的等不同形式。但由于廠家產品的質量差異,實用效果卻大相徑庭。在本輪定點產品復查考核時,我們實地探訪考察了杭州余杭工程環保設備廠后,再次證實,該廠確實重視產品質量,能嚴格按ISO質量管理體系規定進行產品制作過程和出廠檢驗,并非常重視售后服務,以其良好的產品質量和使用效果,以及有求必應為用戶負責到底的服務精神,贏得了廣大用戶的青睞。迄今,該廠約有400余臺設備應用于全國150余家中小氮肥廠(含醋酸廠、甲醇廠),2008年還出口朝鮮,產品走向國際市場。

      6 電除焦油器配置與選用應關注的問題

      ⑴ 在脫硫工段設置電除焦油器 ,不僅對壓縮機的運行帶來好處,實際上對脫硫也收益非淺,因為焦油和雜塵對脫硫干擾很大,涉及脫硫的堵塔、脫硫效率、副鹽成分、再生系統的穩定運行等。因此,脫硫工段務必要設置電除焦油器,而且建議脫硫工段兩頭都設置電除焦油器。

      ⑵ 電除焦油器前務必配置分離器,而且要求分離效果要好,不然會嚴重影響電除焦油器的“除污”的效果;也給各自的后續工序帶來不良后果。有廠曾發現,后置的電除焦油器有大量硫膏被帶到靜電除焦油器中,積沉于電極絲和沉淀極上,嚴重影響除焦除塵效果。

      ⑶ 小氮肥廠大多選用垂掛電極絲同心圓式的,它簡單實用,久經考驗,繼續選用同心圓式的,更為穩妥。例如山東德齊龍化工集團有限公司,從1998年起至2007年的9年間,先后分11次共向杭州余杭工程環保設備廠訂購36臺JC-Ⅲ型設備;山東潤銀生物化工有限公司(前名為東平化肥廠、瑞星化學工業集團),從2001年至2009年的8年間,分8次共訂購18臺設備;江蘇新沂(現名江蘇恒盛化肥有限公司),1997年至2008年11年間,分13次共訂購17臺各型設備;安徽昊源(集團)化工有限公司(原阜陽化工總廠),1997年至2009年的12年間分11次共購25臺設備;湖北當陽華強化肥有限公司,2004~2008年的4年間,分10次,共購買17臺(Ⅲ型)設備……。這就叫“千磨萬箭還堅勁,任爾東西南北風”,認定了。

      ⑷ 電除焦油器單臺能力的選用要慎重。一般處理能力在50000Nm3/h以上的單臺設備直徑就過大,運輸就有問題,要安排現場施工制作。根據杭州余杭工程環保設備廠的經驗,一方面現場施工制作,質量很難保證;直徑過大的電除焦由器,氣體分布難以保證均勻,工藝上是不合理的。杭州余杭工程環保設備廠,遇到這種情況的用戶,為了對用戶的投資利益負責,也為對自己的信譽負責,都耐心地給用戶說清利弊。對于現場制作的業務,該廠堅持不受理。這是很好的技術理念和經營理念。例如,江蘇雙多化工有限公司最近招標中,原來是要招購每臺處理氣量為65000Nm3/h的4臺設備,脫硫前后各2臺,但這樣的設備直徑要在5m以上,必須現場制作,恐難保證質量和效果。后接受了合理化建議,根據場地條件,改為6臺每臺處理氣量為45000Nm3/h的設備,前后各3臺,這樣可確保制作質量和使用 效果,規避了現場制作帶來的風險,值得關用戶們的借鑒。

      ⑸ 電除焦油器設置安裝還要注意到:

      ①設備震動會引起上吊鉤和電極絲之間的磨損,加速懸掛接觸處的損壞,并使電極絲晃動,造成電壓電流不穩,影響效果。

      ②氣速大,氣流沖擊,管道固定不夠;或受附近動力設備震動影響等,也會使電極絲晃動,造成電壓電流不穩,影響效果。

      ③極個別用戶單位,壓縮機換大后,吸力大、氣流脈動,也影響電除焦油器的效果。

      7 結 語 誠然,也許當人們咋一看本文的標題,好像有點愕然,怎么把這兩者扯在一起。實際不然,二有著深層次的關系。特別在半水煤氣脫硫中, “半脫”前頭的電除焦油器,如果是高效運行,對“半脫”系統良性運行絕對起保障作用;“半脫”后頭的電除焦油器,為離開“半脫”系統的氣體起把關作用。從另一角度來說,二者一定要把它看成一個整體,統籌考慮,做到協調平衡,這樣才能使二者相得益彰。

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