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濕法脫硫設計中應注意的問題
濕法脫硫設計中應注意的問題
隨著我國石油、天然氣資源的匱乏及國家相關政策的改變，近年來我國的煤化工迅猛發展。硫做為一種組分，不管其含量的高低，在煤的利用方面對各種催化劑都有毒害作用。濕式氧化法脫硫做為煤氣凈化的傳統工序，與低溫甲醇洗相比其投資、設備材質的要求方面較低，而且能適應各種濃度的無機硫的脫除。在今后相當長的一段時期內，濕式氧化法還會存在。做為企業生產管理人員，個人認為要想搞好一套濕法脫硫裝置，使濕法脫硫系統運行正常，首先，系統的設計是前提，其次才是脫硫系統的管理。現就濕法脫硫系統的設計方面談談個人看法。
1設備
設備設計是否完善對系統運行起著至關重要的作用，對濕法脫硫而言設備的結構的設計影響著脫硫溶液質量的好壞及硫泡沫的生成，直接關系到系統是否能長期穩定運行。
1.1脫硫塔
脫硫塔、脫硫漿液循環泵是脫硫系統的主要設備，脫硫塔的職責是氣液接觸吸收氣相中H2S及其它酸性氣體。在脫硫塔中吸收H2S是一個快速反應，瞬間完成，而再生的反應速度相對較小。提高脫硫系統的運行效率，穩定運行脫硫系統，一方面要求氣液有充分接觸面積和反應時間，zui主要的是提高系統溶液的再生效率。
脫硫塔結構型式較多，目前大多廠家以填料塔主，填料塔以散裝填料為多。散裝填料塔以結構簡單、氣液流通面積大、阻力小、操作彈性大和運行穩定等特點優于其他板式塔。近年來開發了不少比表面積大、空隙率高、價廉物優的填料，使填料塔發揮出更大優勢。
一般脫硫塔填料為了更有利于脫硫液的分布，以三段裝填為好，每段5～6m，填料總高15～18m，段間設氣液再分布部件。填料以散裝聚丙烯φ50～76mm為主，下段填料宜選大規格以防堵塔。
提高填料塔吸收效率，關鍵是要求氣液分布均勻，充分接觸。入塔氣、脫硫液的分布、段間氣液再分配裝置、除沫器和防渦板等部件設計合理。
推薦實際氣速：u=0.5～0.9m/s
脫硫塔的噴淋密度大于35m3/(m2˙h)，液氣比大于15L/M3。噴淋密度過小，脫硫塔內容易形成干區，造成脫硫效率低，直接危害是脫硫塔硫堵，實際生產中嚴禁脫硫循環液隨系統負荷的改變而調節，通常應控制在zui大量。另一方面，脫硫塔填料底部目前許多企業采用駝峰支撐板，其通孔率雖大于100%，但由于在谷底部分不開孔，容易造成硫沉積，特別是在使用高硫煤時，煤氣入塔進口上方一米處，易造成硫堵。為了減少脫硫塔發生硫堵或鹽堵，散裝填料底部支撐設計時基本都不采用駝峰支撐板，改用普通格柵板，這一點在許多工廠的生產中都得到了印證。
1.2再生槽
再生槽作用是使用噴射器自吸空氣促使脫硫溶液氧化再生，對溶液的氣提釋放CO2及硫泡沫的浮選。上世紀70年代設計的脫硫液再生多以高塔再生為主，其占地小，可節省一臺貧液泵。但從操作方面，不利于脫硫液再生情況的觀察、調節。自90年代后期自吸空氣噴射再生槽已普遍使用。再生槽是脫硫系統的核心設備，自吸噴射器是再生槽的心臟，若設計加工和安裝精度達不到技術標準，會出現抽氣不力和倒液現象，影響再生效率的提高。常見再生槽液面不起硫沫或硫沫不起氣泡，浮選溢流差、溶液懸浮硫高。脫硫系統的再生好壞關鍵在于再生槽的結構設計。
為了更有利于硫泡沫的浮選，再生槽一般設置有2塊分布板，分布板的作用是將脫硫液中氣泡進行重新分布，使之彌散成大量的小氣泡在上升過程中分布均勻并且能使欲浮選的硫顆粒附著在氣泡表面，一方面增大氣液接觸面積，另一方面穩定再生槽脫硫液液面，以利硫泡沫的有效浮選。下層分布板一般距槽底2米，上層分布板距脫硫液面1～1.5米，分布板上孔徑通常設置為φ15～20mm，孔間距為20mm左右，且多以三角形排列設計。為了減少硫泡沫的沉積，減少單質硫對再生槽本體的腐蝕，噴射器尾管距再生槽底部的距離為600～800mm。
再生槽的有效高度即溶液的實際深度應根據噴射器入口脫硫液體壓力而定，若選用的富液泵揚程高、槽徑大，可適當增加再生槽的有效高度。為降低富液泵的動力消耗，宜選用揚程較小的為宜。噴射器入口液壓0.35～0.45MPa，再生槽有效深度5.0～5.5m即可。但須注意富液泵的揚程一般比貧液泵的揚程高，按0.6～0.7MPa選擇為宜。另外，進入噴射器的富液通過高位槽均勻分布，對于多個噴射器的運行更加平穩。再生槽的實際吹風強度亦要大于100m3/(m2˙h)，生產運行效果較好。
溶液在再生槽中停留的時間，即再生槽有效容積是一項重要設計參數。一般在再生槽中溶液停留時間按～15min為宜。
對于直徑大于8米的再生槽，為了便于浮選在再生槽表面的硫泡沫盡快溢流，減少硫泡沫的停留時間，除在再生槽周邊設置大于500mm的溢流槽外，中間還應設置有十字型硫泡沫溢流槽。
1.3富液槽
富液槽是脫硫塔排出脫硫液的臨時貯存裝置，不是重要的設備卻起著重要的作用，在富液槽內脫硫反應繼續進行。脫硫液吸收H2S轉為HS-后直至析出單質硫的反應相當部分是于富液槽中進行的。析硫的反應速度小，脫硫塔之后溶液于富液槽中有效停留時間應大于6min。停留時間短，HS-來不及轉化為單質硫，進入再生槽則被氧化為Na2S2O3和Na2SO4，增加了脫硫液中副鹽的含量。有的脫硫裝置為節省投資將富液槽去掉是非常錯誤的。
富液槽的另一個設計要點為脫硫液在富液槽內不能形成短路，即下進下出，應保證脫硫液真正在富液槽內停留，否則富液槽形同虛設。
對濕法脫硫系統的設備，為減少脫硫液對設備的腐蝕，設計中應考慮選用20#鋼，盡可能不用Q235普通碳鋼。
2工藝系統
首先，濕法脫硫從其運行壓力來分有常壓脫硫和加壓脫硫，俗稱半脫和變脫。不管濕法脫硫有壓力多高，其工藝流程看似都非常簡單，但實際反應機理較復雜，主、副反應交叉進行，氧化還原過程受多種因素影響。工藝流程設置是否完善對于溶液組分及脫硫運行、溶液再生等有很大的影響。關系著脫硫系統能否長期穩定連續運行。
脫硫系統的主要任務：吸收、溶液再生、熔硫。所以脫硫系統從工藝的整體設計方面都需要充分考慮要完成這三方面所必須滿足的條件：(1)、進、出粗脫硫系統時煤氣粉塵、焦油要少，煤氣得到凈化處理。目前較為常用的多為在濕法脫硫系統的進出口增加靜電除塵器，將煤氣中的灰塵、焦油類物質進行捕集凈化煤氣，減少雜質對加壓風機、脫硫溶液系統的影響。(2)、在進脫硫塔前增加噴淋塔，便于調節煤氣溫度，特別是夏季氣溫較高時，便于脫硫系統的穩定運行;為了凈化脫硫后的煤氣，減少對后序設備特別是壓縮機的影響，在脫硫塔后增加二次噴淋塔。(3)、為了穩定脫硫液成份，減少副鹽含量，將硫泡沫進行先機械分離后間歇熔硫，盡可能減少對脫硫液進行加熱升溫。
對于變脫的設計，許多廠家為了節省設備，將變脫與半脫的溶液系統及再生系統運用同一設備，在運行過程中由于兩個系統的氣體成份、運行壓力不同而相互影響，結果導致半脫再生困難，整個系統運行不正常。所以在脫硫系統的設計過程中，半脫與變脫的溶液系統與再生系統必須各自獨立運行。
另外，在目前大多數廠家中的變脫系統都是變脫后脫硫液靠自身壓力直接進入噴射器，這種設計在運行上不會出現大問題，但脫硫液質量及硫泡沫生成不是很好。變脫系統的設計中應考慮增設富液槽，將脫硫液降至常壓后，再用泵輸送至再生槽，在富液槽中一方面釋放大量的CO2氣體，另一方面，保證脫硫液在系統中足夠的停留時間，便于形成豐富的硫泡沫層。
水系統的設計：由于脫硫液在系統中不斷循環，與煤氣充分接觸，水中的離子對系統的影響不可忽略，特別是系統的補充水，包括二次噴淋水、化堿用的水、脫硫催化劑活化時用水及熔硫系統的沖洗水，必須是軟水，防止硬水中的鈣、鎂離子與硫酸根反應生成沉淀造成系統鹽堵或其它部位堵塞。在脫硫泵的選型時必須注意，泵填料要選擇無冷卻水的機械密封，否則機械密封的冷卻水漏入脫硫液系統很不容易發現。
3硫泡沫處理系統
過去，人們常習慣于連續熔硫，熔硫廢液簡單處理后重新返回系統，結果造成脫硫液中副鹽升高，部分外排置換;熔硫后廢液簡單處理返回系統后，造成再生槽經常出現皂泡，影響硫泡沫的溢出。隨著環保的重視及成本概念提出，現在多數新上裝置都將硫泡沫處理系統改為先機械過濾再間歇熔硫。硫泡沫先經過濾將硫膏水分含量降至40%以下熔硫，減少熔硫負荷，排出的殘液大大減少。盡可能減少熔硫廢液對脫硫系統的影響。
另外，在硫泡沫處理系統的設計當中應注意，硫泡沫槽在運行中必須有攪拌裝置，否則，正常生產運行過程中造成硫泡沫與脫硫液在泡沫槽中分層，導致硫泡沫處理系統不能正常運行。根據硫泡沫及脫硫液的粘度，攪拌裝置通常轉速選擇為15～20轉/分鐘。
濕法脫硫的運行管理是一項系統工程，要保證脫硫系統長周期穩定運行，硬件設施完善后，才能談到系統管理。