0簡介

眾所周知，變換氣中CO2含量一般為25-30%，半水煤氣中為6-8%。變換氣中的CO2含量遠高于半水煤氣中的CO2含量。CO2是酸性氣體，碳酸鈉溶液吸收CO2后生成碳酸氫鈉。CO2含量越高，碳酸氫鈉的量越大。對于變換氣脫硫，由于脫硫液中碳酸氫鈉含量高，一方面不僅會降低脫硫液的PH值，還會降低塔內H2S的傳質系數，降低脫硫效率，增加純堿和催化劑的消耗，導致脫硫成本高。另一方面，溶液中碳酸氫鈉的含量高，溶液的粘度增加。當溫度下降時， 碳酸氫鈉會結晶出來，并與硫膏一起附著在填料上。積累到一定程度就會堵塔，被迫停塔處理，給企業造成很大的經濟損失。

近年來，隨著煤氣化新技術的應用和企業產能結構的調整，加壓原料氣中二氧化碳和硫化氫的含量越來越高。原料氣中二氧化碳的體積百分含量高達45%，硫化氫的含量高達3g/Nm3。高濃度二氧化碳原料氣對濕法脫硫系統的影響日益突出。下面，筆者根據一個典型案例，簡要闡述加壓原料氣中高濃度二氧化碳含量對脫硫系統的影響及其處理措施。

1出現問題

2015年6月，我公司為浙江某化工企業設計了一套加壓原料氣濕法脫硫裝置。主要工藝參數為:變換氣流量為22000 nm3/h，變換氣壓力為1.10MPa，變換氣中最大H2S含量為3.5g/m3，CO2體積百分比為44%。要求脫硫后的H2S≤20mg/m3。針對上述工況，我公司采用噴淋空塔與復合傳質脫硫塔串聯的兩級脫硫工藝，以滿足脫硫后硫化氫的要求。

脫硫吸收設備主要配置:一座φ 2800噴淋空塔串聯一座φ 2800新型復合傳質脫硫塔。其中噴淋空塔的結構為:塔內布置4層DSP型高效霧化噴嘴，設計脫硫液循環量為250 nm3/h；該復合傳質脫硫塔的結構是在塔的上部設置三段高為5米的Dg50聚丙烯散料填料，各段之間設置三層液體再分布器。塔中下部安裝三層QYD高效傳質內件，設計脫硫液循環量為300m3/h..其中噴淋空塔脫硫效率超過60%， 能夠有效降低堵塔的概率，保證系統的長期穩定運行。

工藝流程簡述:

液相:來自兩個脫硫塔底部的富液減壓后進入閃蒸罐。吸收過程中溶解的大部分CO2從閃蒸罐中的脫硫富液中釋放出來，富液靠余壓(0.4-0.5MPa)進入再生罐的噴射器。當富液高速通過噴嘴時，其吸入室形成負壓自動吸入空氣，富液和空氣流經喉部和擴散管，從尾管排出，從再生罐底部向上流動。此時，富液中懸浮的硫顆粒被空氣浮起，形成浮在再生罐上部的硫泡沫。清液經液位調節器與硫磺泡沫分離后流入貧液罐。分別由貧液泵送至兩個脫硫塔。

從再生罐上部分離出來的硫磺泡沫流入泡沫罐，由泡沫泵泵入過濾器。濾液直接返回系統使用，過濾后的硫膏進入熔硫釜加工成硫磺出售。

初始開車所需的脫硫液和補充軟水在配堿罐中完成。888催化劑根據補充要求從貧液罐入口處的貧液管連續滴入系統。

同年11月中旬脫硫裝置投運，我公司派工程師在現場指導啟動。當變換氣流量達到18000NM3/h的生產負荷時，發現復合傳質脫硫塔壓差過高，高達80-110 kpa，塔出口氣體帶液嚴重。減少循環量、調整脫硫液成分、減產等措施效果不明顯，最后被急氣叫停。

2問題分析

問題發生后，業主領導高度重視，積極組織相關人員召開專題會議，分析討論脫硫塔帶液問題。經與會人員討論分析，液體夾帶問題的主要原因如下。

1)變換氣不僅硫化氫含量高，二氧化碳含量也高，這在化肥生產同行業中很少見。問題的焦點在于變換氣中二氧化碳的高濃度。

2)二氧化碳本身就是發泡劑。特別是在加壓工況下，吸收變換氣中高濃度二氧化碳和硫化氫時，脫硫液粘度增加，脫硫塔內發泡程度強烈。

3)塔內溶液中大量氣泡造成填料段之間的液體再分布器堵塞，造成液體堵塞。

4)塔內積液導致塔內壓差上升，脫硫液粘度高，產生較多氣泡。當塔壓差超過80KPa時，脫硫液將隨出塔氣體一起被抽出至氣液分離器。

3解決問題

找到脫硫塔內液體問題的根本原因后，立即與業主一起制定如下處理方案:

(1)取出塔內三個填料段之間的液體再分布器備用。以解決塔內溶液起泡嚴重、裝填不暢造成的液體堵塞問題。

(2)基于壓力下變換氣中二氧化碳濃度高，硫化氫存在，溶液粘度增大，起泡性高，可加入一定量的植物油消泡。植物油的最佳用量應該在制作過程中找到。油有消泡作用，但一旦加入過多，會使再生罐內難以形成硫磺泡沫，影響再生效果。

4.操作效果

按照制定的方案進行處理后，經過生產驗證，收到了良好的效果。變換氣流量約為22000 nm3/h，變換氣壓力為1.10MPa，變換氣中的H2S為3.5 g/m3，最大值為4.5g/m3。脫硫后H2S始終為5-8.5mg/Nm3。脫硫液的循環量為280-300m3/h，而且由于脫硫泵的問題，φ 2800噴淋空塔一直沒有投運。植物油的加入量是通過生產實踐摸索出來的，一天只加5-10ml，保證塔壓差在正常范圍內。

5經驗和措施

通過這個典型的脫硫生產案例，不難看出，對于二氧化碳和硫化氫含量較高的原料氣濕法脫硫裝置，二氧化碳濃度越高，對脫硫系統的影響越大。特別是二氧化碳與堿液的化學反應容易產生泡沫，在脫硫裝置的設計和生產中必須引起高度重視。一方面采取有效措施抑制堿液吸收原料氣中二氧化碳而產生碳酸氫鈉。另一方面，要考慮溶液起泡對脫硫富液再生效果的影響。

對于高濃度二氧化碳和硫化氫原料氣的濕法脫硫工程設計，我們主要采取以下措施:

1)脫硫吸收單元:脫硫塔直徑和高度的選擇涉及空塔氣速、噴淋點密度、液氣比等關鍵參數。根據客戶提供的原料氣組成、工藝參數等。，以及工程設計的經驗數據，我們因地制宜地選擇脫硫塔的規格和尺寸。關于脫硫塔結構的確定，塔內填料由無填料傳質技術——新型QYDIM高效傳質內件代替。傳質內部構件通常在塔中設計成三層或四層。它充分利用H2S和堿液吸收的反應原理，根據原料氣中CO2和H2S的含量，設置專門的氣液接觸裝置和氣泡再分布裝置， 使得氣液處于動態接觸和湍流傳質中。不僅氣液接觸面積大大增加，而且氣體在很短的時間內與堿液充分混合接觸，提高了脫硫效率。由于氣液接觸時間的縮短，原料氣中CO2對堿液吸收的影響明顯改善，溶液中NaHCO3的生成速率有所降低，從而促進了堿液的循環吸收能力。采用無填料傳質技術的脫硫塔能很好地適應高硫、高二氧化碳原料氣和加壓的工況。與傳統填料塔相比，新型QYDIM無填料傳質內件脫硫塔具有壓降穩定、不堵塔、硫容高、綜合消耗低等優點。

2)脫硫富液再生裝置:脫硫富液再生采用行業內成熟的噴射氧化再生技術。氧化再生罐不僅承擔脫硫富液和催化劑的氧化再生任務，還起到氣提液中部分CO2和硫泡沫的浮選分離作用。再生罐噴射器采用我公司設計生產的PSC空氣自吸噴射器。噴射氧化再生技術具有氧化再生效率高、硫泡沫浮選性好、溶液中懸浮硫低的優點，特別適合與888催化劑配套使用。

3)硫磺回收裝置:采用間歇熔硫技術。為了減少熔硫殘液對溶液再生效果的干擾，從再生罐中浮起的硫泡沫在高位罐中沉降后進入硫泡沫專用過濾器，濾液直接返回系統使用，過濾后的硫膏在熔硫釜中直接加工成硫磺出售。

5結論

濕法脫硫本身是一個系統工程，脫硫的吸收、再生和硫回收是濕法脫硫系統中不可或缺的三個要素。任何一個環節出現問題都會影響整個系統的穩定運行。三分技術，七分管理。對于濕法脫硫系統的生產管理，應有有效的工藝操作規程規范操作；還必須有強有力的工藝和設備管理措施來加強管理。只有這樣，脫硫系統才能長期穩定運行。