QYD复合型塔传质内件在变脱系统的应用

1  概述

华强化工集团份有限公司是2002年底由原国有企业改制而成的一家大型化工企业集团。2009年与中国500强企业—山西晋城煤业集团实现合资合作战略联盟。现拥有固定资产40亿元，员工5000余人，集团下设8家子公司。产品涵盖化肥、化工、热电、塑料制品、新型建材等五大领域10余个品种。现化肥领域主要经营尿素、复合肥、双氧水、三聚氰胺、甲醇等。随着企业的发展，现公司总醇氨年生产能力已达到60万吨。公司始终坚持科学发展观，技术创新，不断引进运用先进技术。特别是在煤气净化领域，公司一直很重视硫化氢的脱除工作，但由于随着生产能力的扩大和原料煤种的变化，变换气中H₂S含量明显增加，导致变换气脱硫后H₂S控制时有超标。而且由于变脱塔负荷加重，导致堵塔较频繁，被迫停车扒塔清洗填料，影响生产十分严重。

2  变脱运行现状

公司现有3套变脱装置，且均为填料塔。1#、2#变脱塔碱液循环量均为550m³/h，开20组50m³/h的喷射器运行，再生压力控制在0.57-0.59MPa，再生温度40-41℃，进口硫化氢在120mg/m³左右，1#变脱塔出口硫化氢在20mg/m³左右；2#变脱塔出口硫化氢在28mg/m³左右，3#变脱塔碱液循环量550m³/h，开13组50m³/h的喷射器运行，再生压力控制在0.52-0.53MPa，再生温度41-42℃，出口硫化氢在25 mg/m³左右。碱液成分为：总碱 60g/L、 Na₂CO₃ 3-4g/L、NaHCO₃ 80-90g/L、总还原物15g/L、Na₂S₂O₃ 15g/L、残S 1.0g/L、 KCA0.01g/L、PDS 20-30ppm、PH值8.4、Na₂SO₄ 30-50g/L，目前三脱硫塔并联生产，1＃塔气量在69000m³/h，2＃塔的气量在70000m³/h左右，3＃塔的气量在68000m³/h左右。

目前存在的问题是：

（1）变脱再生槽上碱液翻浪较大，导致硫泡沫无法形成，硫泡沫的无法正常溢流，同时也系统内残硫含量高，系统的出口硫化氢较高。

（2）变脱再生槽上解析出来的气体非常多，气味非常的难闻，说明碱液在吸收硫化氢的同时也吸收了大量的二氧化碳。

（3）变脱碱液成分中的碳酸氢钠含量高，最高达到80g/L。

（4）脱硫效果不理想，在进口硫化氢在200mg/m³左右的情况下，出口硫化氢基本在20mg/m³以上。

3  技术方案的确定

公司现有变脱塔为￠4600填料塔，从运行现状中可以发现存在气体液体分布难、循环量大且不易调节、脱硫效率低等诸多弊病。同时，系统碱液NaHCO₃含量过高，造成系统恶性循环：一是脱硫液在吸收H₂S的同时，也吸收了部分CO₂，生成了大量的NaHCO₃，这主要是填料塔气液逆流接触时间较长，NaHCO₃的生成率就变高，并进一步影响了脱硫效率。二是NaHCO₃降低了溶液中的PH值。PH值降低会使硫化物氧化为硫的反应速度下降。三是更重要的影响，降低了吸收H₂S的传质速度，因为原料气中的CO₂很低或不存在CO₂时，H₂S的反应速度只与原料气中的H₂S分压有关。由此看来，在系统增加负荷或者脱高硫时，采用增加填料塔高度的方法是没有意义的，反而会使气液接触时间进一步延长，NaHCO₃的生成进一步增高和加快，NaHCO₃结晶会导致填料堵塞。这是填料塔应用于变换气脱硫的主要问题。

鉴于以上原因，经公司领导研究决定摒弃原有填料结构采用新型传质内件。在新型传质内件采用的结构形式上，公司成立了由技术开发处、生产处、变脱车间等单位组成的项目论证组，到兄弟厂家进行了详细考察。经过反复论证，公司决定对新变换气脱硫塔采用长春东狮科贸实业有限公司自主研制开发的无填料塔技术——QYD复合型高效传质内件。

4  QYD内件的主要技术特点及与填料塔技术比较

（1）如果用于新塔设计，在直径不变的情况下，塔的高度要比填料塔降低1/3左右。

（2）无论用于新塔设计还是旧塔改造，该装置投入运行后，脱硫液的硫容要增加一倍左右，这样溶液的循环量要比填料塔降低30－50%左右。

（3）该装置在用于新塔设计时，由于塔的高度大幅度降低，因此在选取泵的扬程时也要比原来低10米左右，这样大大降低了脱硫系统的动力消耗。

（4）由于气液接触时间大幅度降低，这样脱硫原料气中CO₂对脱硫液的影响将得到有效的改善，这更加有利于脱硫液对硫化氢的选择性吸收，对于溶液的再生、硫泡沫的浮选以及降低NaHCO₃的生成率都有极大的好处。

（5）如果用于旧塔改造，该装置投入运行后，该塔的生产能力将提高10%左右。如果用于新塔设计，与填料塔相比，可节省30-50%的一次性投资。

5  单塔主要技术参数

变换气流量：≤100000m³/h

变脱塔操作压力：0.8MPa

变换气H₂S含量：≤300mg/Nm³

变脱出口H₂S含量：≤20mg/Nm³

变脱塔阻力≤32KP

脱硫液流量400-550 m³/h。

6  技术方案的实施

我公司共三套变脱装置，变脱塔规格均为￠4600填料塔，公司近几年来利用大修机会陆续对三套变脱塔进行了改造，2010年对3#变脱塔内件进行改造，2012年对2#变脱塔内件进行改造，效果显著。下面就最近一次的1#变脱塔改造效果予以说明。

2014年7月20日，公司利用年度检修机会对1#￠4600变脱塔内件进行安装。将原塔内填料扒出，改造为QYD传质内件（四层装），塔内三层填料支撑钢梁得到有效利用，新增一层钢梁。改造于2014年7月31日结束，当天晚班19:00开车。

改造前情况：

1#变脱塔与2#变脱塔公用一套再生系统，开两台550m³/h大脱硫泵，循环量1100m³/h，电机功率355KW两台，总电机功率710KW。

改造后情况：

1、将原塔内填料扒出，改造为QYD传质内件（四层装），原塔内三层填料支撑钢梁作为新内件的支撑，保留原除沫器和液体分布器，节约投资，节省时间，并新增一层钢梁作为第四层QYD传质内件支撑。

2、改造于2014年7月31日结束，当天晚班19:00开车，循环量开550m³/h和280m³/h脱硫泵各一台，电机功率355KW一台、160KW一台，总电机功率515KW。

3、改造前后连续运行情况：

改造效益：

 a、从以上数据可以看出，压差、出口H₂S含量在设计范围内；

 b、从原始操作记录上看出，系统气量、压力、液位运行稳定无波动；

 c、从运行成本上看，碱液循环量平均下降85m³/h，脱硫泵电机功率下降195KW/h；每小时节约电费91元。脱硫效率仍保持95%。但压差较填料塔增加22KPa。

 d、彻底解决堵塞塔内填料问题；

 e、由于塔内气液接触时间较短（25秒左右），CO₂将提高有效利用。

7  结束语

总之，QYD复合型传质内件在华强化工集团股份有限公司的应用是比较成功的。该内件充分利用了H₂S和碱溶液快速的化学反应机理，集传统的鼓泡塔、泡罩塔、筛板塔、旋流板塔、填料塔等诸多传质内件的优点于一身，更加强化气液传质过程，使气液之间动态接触，湍动传质，增加了气液接触面积，大大的提高了气体的净化度。以传质装置取代填料，彻底解决了脱硫塔堵塔的问题，杜绝了检修扒塔等工作，该内件安装简便，操作弹性大，见效快。故QYD复合型传质内件是目前在变换气脱硫塔中最有推广价值和使用价值的气液传质内件。