多功能微型吸收器在脱硫中的应用

高志斗 张 彤 刘 勇

(江苏铭朗环境科技有限公司

江苏连云港222000)

多功能微型吸收器技术是江苏铭朗环境科技有限公司(以下简称铭朗公司)独立研发的一种新型专利技术，依据两相之间的物理与化学过程机理，适用于两相或三相之间任何物理或化学过程的传质、洗涤、降温。该技术通过小试、中试和工业化试验成功后，近年来在多家企业的脱硫中进行实际应用，均达到预期效果，给企业带来巨大的经济效益。

1 技术背景

在目前的化工生产中，气液两相或气液固三相之间的传质、传热、洗涤、物理吸收大多是利用各式各样的填料，通过填料强大的比表面来加强气液两相或气液固三相之间的接触，从而完成它们之间的传质、传热、洗涤等物理或化学过程，也有采用特殊的塔器来加强两相之间的接触(如板式塔盘、鼓泡器、喷头等)。无论采用何种形式，其最终的目的就是要加强气液两相的充分接触，只有两相之间充分接触，才能很好地完成它们之间的物理或化学过程。实际工业化生产中，气液两相之间的充分接触是很难做到的，受到许多主观或客观条件的限制，致使两相或三相之间的物理或化学过程得不到有效完成。为了弥补这些不足，设计中都会通过增加循环量、延长气液接触时间以及增大传质面积等方法来解决，这无疑带来设备投资大、动力消耗高等问题。铭朗公司的多功能微型吸收器技术的最大特点是设备小型化、投资极低、运行费用极少、无需占地。近年来，该技术通过在多家企业的实际应用，无论是在常压脱高硫方面，还是在加压脱低硫方面，都取得了十分理想的效果。

2 技术特点

技术特点：①脱硫液硫容高，是传统脱硫硫容的5～10倍；②在同等工况下，脱硫液循环量是常规设计的1/5～1/10；③脱硫效率高，单级使用脱硫效率达30%～50%；④设备体积小，结构简单，投资省；⑤气液接触时间极短，不足1 s；⑥大大减轻了脱硫装置的再生系统和动力系统的负荷，减小了占地面积；⑦可单独用于粗脱硫，也可与传统脱硫塔进行串联使用；⑧使用范围广泛，不仅适用于脱硫，而且适用于任何气液两相之间的物理或化学过程(如脱除CO2，SO2，HCl，NH3以及传热、洗涤、降温、吸收等物理过程)；⑨所需泵的扬程较低，约高于气相压力0.1 MPa，即可满足生产需要。与传统空塔喷淋塔相比，节能效果显著。

3 在山西聚丰能源替代一级脱硫的应用

山西聚丰能源有限公司原有两级串联脱硫系统，硫化氢含量长期不达标，故决定对脱硫系统进行技术改造。由于原有装置挖潜余地不大，无论是其他设计单位还是厂方意见，都是准备再增加一级脱硫，即新增一级预脱硫系统，与原有的系统形成三级串联，此方案不仅设备投入大、电耗费用高及施工时间长，而且受到现场的场地限制。经综合比较后，决定采用铭朗公司的多功能微型吸收器技术，于2015年8月施工，9月中旬开车，调试后经分析化验，完全达到预期效果。

3.1 原有脱硫工况

工艺流程：焦炉气→冷鼓→脱硫→硫铵→洗苯塔。

工艺参数：焦炉气流量50 000 m3/h(标态)，焦炉气温度≤35 ℃，焦炉气压力14 kPa，焦炉气进、出口中的ρ(H2S)分别≤6 000 mg/m3(标态)和≤100 mg/m3(标态)。

3.2 改造情况

(1) 增加1台预冷塔后，将焦炉气温度降至30 ℃以下。对于以氨为碱源的湿法脱硫，维持较高脱硫效率的关键是提高液相中游离氨含量，而最有效的措施就是降低过程温度。由于原先没有预冷装置，因此进入脱硫系统的焦炉气温度较高。增加预冷塔后，可将焦炉气温度控制在30 ℃以下，此点极为重要。

(2) 在原有的1#脱硫塔出口焦炉气管道上增加1台微型吸收器，规格Φ1 200/1 600 mm×11 500 mm，壳体为碳钢，内件为304材质。脱硫液流量100 m3/h，脱硫液给液压力≥0.1 MPa，设计脱硫效率≥30%。

(3) 其他原有设备不再做任何调整，也不再增加任何辅助设备。具体流程如下：焦炉气→冷鼓→预冷→1#脱硫塔→微型吸收器→2#脱硫塔→焦炉气去下工段。

3.3 改造效果

脱硫改造后，由于微型吸收器的脱硫效率比较稳定(≥30%)，完全达到了设计指标，保证了脱硫系统总出口的要求指标。微型吸收器在聚丰能源公司的使用，成功取代了原来增加一级预脱硫塔的方案，不仅节省了数百万元的设备投资，而且每年节省了增加一级预脱硫塔后数百万元的电费；如果再加上相应的化学品消耗、检修费用、人工费用、管理费用等，综合效益更为可观。

4 在古县利达焦化晋豫分厂脱硫中的应用

2013年，古县利达焦化有限公司全资并购山西晋豫焦化有限责任公司100%股权，拥有山西晋豫焦化有限责任公司的600 kt/a焦化产能。随后，对焦化脱硫工序进行技术改造，与铭朗公司进行技术合作，使用铭朗公司的专利产品——微型吸收器用于脱硫的工程设计，取得了理想效果。

4.1 原有脱硫工况

工艺参数：焦炉气流量37 000 m3/h(标态)，焦炉气温度≤35 ℃，焦炉气压力8～10 kPa，焦炉气进、出口中ρ(H2S)分别≤6 000 mg/m3(标态)和≤20 mg/m3(标态)。

4.2 改造情况

山西晋豫焦化有限责任公司脱硫装置原有1套系统，Φ3 800 mm脱硫塔配置Φ5 500 mm高塔再生。由于单级脱硫后硫化氢含量一直偏高，故决定对脱硫装置进行技术改造，增加一级预脱硫系统，与原有装置形成两级串联流程。对技术方案、投资报价、运行费用、技术可靠度及成熟度等进行综合考量，最终决定与铭朗公司进行技术合作，采用增加一级空塔喷淋配置喷射氧化再生槽，同时增加1台微型吸收器，再串联原有脱硫设置，形成两级串联的工艺。

4.3 改造效果

改造后的脱硫装置于2015年8月底投运，现正在试运行，焦炉煤气量已恢复至30 000 m3/h(标态)左右，在焦炉煤气中ρ(H2S) 6 500～7 000 mg/m3(标态)情况下，系统出口ρ(H2S)可控制在20～40 mg/m3(标态)，详情见表1。

表1 2015年9月晋豫焦化微型吸收器运行数据

由表1可知：煤气和贫液温度比较高，在挥发氨含量偏低的情况下，系统出口ρ(H2S)在20～50 mg/m3(标态)，下一步准备降低贫液温度(目前40 ℃)；同时，为了弥补氨浓度的不足，准备在第2级脱硫溶液中补充一部分纯碱。

5 微型吸收器的使用意义

5.1 在脱硫工程设计中的使用意义

在脱硫的工程设计中，时常遇到一些不易处理的工艺参数。比如气体中ρ(H2S)在3～4 g/m3(标态)时，若设计为一级脱硫，对脱硫效率把握不大；若设计为二级串联脱硫，又会造成工程上的浪费。以前常规设计是根据所要求出口的硫化氢含量来定的。如果对出口的硫化氢含量要求宽松，大多采用一级脱硫；如果要求出口ρ(H2S)在50 mg/m3(标态)甚至20 mg/m3(标态)以下，则多采用两级串联脱硫。只要是两级脱硫，即使其脱硫负荷较轻，气体流量和一定的气体空速决定了吸收塔的规格，而吸收塔的规格和喷淋密度又决定了溶液循环量，溶液循环量又决定了再生系统的规格。无论是一次性设备投资，还是电的消耗及运行费用都会比一级脱硫有较大幅度增加。微型吸收器的成功研制较好地解决了此种状况，即对类似的工况，可采用微型吸收器加一级脱硫塔的工艺。气体先进入微型吸收器，脱除30%～50%(体积分数)的硫化氢后，再进入后面的填料塔，就能保证脱硫效率。由于微型吸收器只需很少的溶液循环量，不仅设备投资大大减少，而且节省电耗；同时，有效减少了再生系统的负荷。同样，对于较高含量硫化氢气体的脱硫，使用微型吸收器可有效减少脱硫设计的级数，进而减少投资及运行费用。

5.2 在脱硫技术改造中的使用意义

对于已有的脱硫装置，微型吸收器的使用意义也同样巨大，尤其是在焦化行业。由于历史遗留原因以及国家环保政策的不断地调整和完善，目前国内绝大多数焦化厂的脱硫装置都不能达到环保要求。这些装置相当一部分的出口气体中ρ(H2S)都能达到原设计的200 mg/m3(标态)的指标，但距新的50 mg/m3(标态)甚至20 mg/m3(标态)环保指标还有差距。由于受先天条件所限，原有装置改造的潜力已不大，要想达标，通常是在原有装置的前面增加一级脱硫作为预脱硫；但增加一级预脱硫塔，连同相应的再生系统，至少是几百万元甚至上千万元的设备投资。在市场低迷的情况下，大多焦化企业都是因为技改投入较大而使脱硫改造难以进行，故采用微型吸收器技术就是一个很好的选择。仅仅在原有吸收塔的前面增加1台微型吸收器，不需要增加电耗，也不需要增加再生设备，只需要很少的溶液量就能脱除硫化氢，减轻了原有脱硫吸收塔的负荷，从而将出口硫化氢含量降到指标以内。

5.3 在脱硫节能降耗中的使用意义

对于脱硫运行比较稳定的氮肥、甲醇企业来说，微型吸收器的使用也有一定的现实意义。无论是常压的半水煤气水煤气脱硫，还是加压的变换气脱硫，在现有吸收塔前面增加1台微型吸收器，可增加脱硫系统的脱硫能力和操作弹性；特别是常压的半水煤气脱硫，脱硫能力提高后，掺烧一定量的高硫煤，可降低生产成本。

6 结语

实践证明，微型吸收器在脱硫上的应用意义十分重大，不仅在脱高硫上，其发挥的作用是目前吸收器都无法比拟的，而且在脱低硫时，也能够有着较好的脱硫效率。在新脱硫系统设计时，在占地面积、溶液循环量、一次性投资、运行费用上，都将给企业带来巨大的经济效益。在旧系统改造中，特别对于目前化肥、焦化行业以及其他硫化氢含量不能达标的行业，在不需要其他任何投资状况下，仅仅在塔的入口增加微型吸收器即可满足生产需求，给企业减少了巨大的技改投资。

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2016- 01- 07)