湿法脱硫设计中应注意的问题

摘  要：本文主要从设备、工艺系统及熔硫系统三方面对氧化法湿法脱硫的设计进行了论述。

关键词：湿法脱硫设计    设备    工艺系统    熔硫

Abstract: This article from the equipment, process systems and molten sulfur oxidation system in this three-way face the design of wet desulfurization are discussed.

Key words: wet oxidation desulfurization Design  Equipment  Process Systems  Molten sulfur

随着我国石油、天然气资源的匮乏及国家相关政策的改变，近年来我国的煤化工迅猛发展。硫做为一种组分，不管其含量的高低，在煤的利用方面对各种催化剂都有毒害作用。湿式氧化法脱硫做为煤气净化的传统工序，与低温甲醇洗相比其投资、设备材质的要求方面较低，而且能适应各种浓度的无机硫的脱除。在今后相当长的一段时期内，湿式氧化法还会存在。做为企业生产管理人员，个人认为要想搞好一套湿法脱硫装置，使湿法脱硫系统运行正常，首先，系统的设计是前提，其次才是脱硫系统的管理。现就湿法脱硫系统的设计方面谈谈个人看法。

1 设备

设备设计是否完善对系统运行起着至关重要的作用，对湿法脱硫而言设备的结构的设计影响着脱硫溶液质量的好坏及硫泡沫的生成，直接关系到系统是否能长期稳定运行。

1．1 脱硫塔

脱硫塔是脱硫系统的主要设备，脱硫塔的职责是气液接触吸收气相中H₂S及其它酸性气体。在脱硫塔中吸收H₂S是一个快速反应，瞬间完成，而再生的反应速度相对较小。提高脱硫系统的运行效率，稳定运行脱硫系统，一方面要求气液有充分接触面积和反应时间，最主要的是提高系统溶液的再生效率。

脱硫塔结构型式较多，目前大多厂家以填料塔主，填料塔以散装填料为多。散装填料塔以结构简单、气液流通面积大、阻力小、操作弹性大和运行稳定等特点优于其他板式塔。近年来开发了不少比表面积大、空隙率高、价廉物优的填料，使填料塔发挥出更大优势。

一般脱硫塔填料为了更有利于脱硫液的分布，以三段装填为好，每段5～6m，填料总高15～18m，段间设气液再分布部件。填料以散装聚丙烯φ50～76mm为主，下段填料宜选大规格以防堵塔。

提高填料塔吸收效率，关键是要求气液分布均匀，充分接触。入塔气、脱硫液的分布、段间气液再分配装置、除沫器和防涡板等部件设计合理。

实际气速：u=0.5～0.9 m/s

脱硫塔的喷淋密度大于35 m³/(m²·h)，液气比大于15L/M³。喷淋密度过小，脱硫塔内容易形成干区，造成脱硫效率低，直接危害是脱硫塔硫堵，实际生产中严禁脱硫循环液随系统负荷的改变而调节，通常应控制在大量。另一方面，脱硫塔填料底部目前许多企业采用驼峰支撑板，其通孔率虽大于100%，但由于在谷底部分不开孔，容易造成硫沉积，特别是在使用高硫煤时，煤气入塔进口上方一米处，易造成硫堵。为了减少脱硫塔发生硫堵或盐堵，散装填料底部支撑设计时基本都不采用驼峰支撑板，改用普通格栅板，这一点在许多工厂的生产中都得到了印证。

1．2 再生槽

再生槽作用是使用喷射器自吸空气促使脱硫溶液氧化再生，对溶液的气提释放CO₂及硫泡沫的浮选。上世纪70年代设计的脱硫液再生多以高塔再生为主，其占地小，可节省一台贫液泵。但从操作方面，不利于脱硫液再生情况的观察、调节。自90年代后期自吸空气喷射再生槽已普遍使用。再生槽是脱硫系统的核心设备，自吸喷射器是再生槽的心脏，若设计加工和安装精度达不到技术标准，会出现抽气不力和倒液现象，影响再生效率的提高。常见再生槽液面不起硫沫或硫沫不起气泡，浮选溢流差、溶液悬浮硫高。脱硫系统的再生好坏关键在于再生槽的结构设计。

为了更有利于硫泡沫的浮选，再生槽一般设置有2块分布板，分布板的作用是将脱硫液中气泡进行重新分布，使之弥散成大量的小气泡在上升过程中分布均匀并且能使欲浮选的硫颗粒附着在气泡表面，一方面增大气液接触面积，另一方面稳定再生槽脱硫液液面，以利硫泡沫的有效浮选。下层分布板一般距槽底2米，上层分布板距脱硫液面1～1.5米，分布板上孔径通常设置为φ15～20mm，孔间距为20mm左右，且多以三角形排列设计。为了减少硫泡沫的沉积，减少单质硫对再生槽本体的腐蚀，喷射器尾管距再生槽底部的距离为600～800mm。

再生槽的有效高度即溶液的实际深度应根据喷射器入口脱硫液体压力而定，若选用的富液泵扬程高、槽径大，可适当增加再生槽的有效高度。为降低富液泵的动力消耗，宜选用扬程较小的为宜。喷射器入口液压0.35～0.45MPa，再生槽有效深度5.0～5.5m即可。但须注意富液泵的扬程一般比贫液泵的扬程高，按0.6～0.7MPa选择为宜。另外，进入喷射器的富液通过高位槽均匀分布，对于多个喷射器的运行更加平稳。再生槽的实际吹风强度亦要大于100m³/(m²·h)，生产运行效果较好。

溶液在再生槽中停留的时间，即再生槽有效容积是一项重要设计参数。一般在再生槽中溶液停留时间按～15min为宜。

对于直径大于8米的再生槽，为了便于浮选在再生槽表面的硫泡沫尽快溢流，减少硫泡沫的停留时间，除在再生槽周边设置大于500mm的溢流槽外，中间还应设置有十字型硫泡沫溢流槽。

1．3 富液槽

富液槽是脱硫塔排出脱硫液的临时贮存装置，不是重要的设备却起着重要的作用，在富液槽内脱硫反应继续进行。脱硫液吸收H₂S转为HS^-后直至析出单质硫的反应相当部分是于富液槽中进行的。析硫的反应速度小，脱硫塔之后溶液于富液槽中有效停留时间应大于6min。停留时间短，HS^-来不及转化为单质硫，进入再生槽则被氧化为Na₂S₂O₃和Na₂SO₄，增加了脱硫液中副盐的含量。有的脱硫装置为节省投资将富液槽去掉是非常错误的。

富液槽的另一个设计要点为脱硫液在富液槽内不能形成短路，即下进下出，应保证脱硫液真正在富液槽内停留，否则富液槽形同虚设。

对湿法脱硫系统的设备，为减少脱硫液对设备的腐蚀，设计中应考虑选用20^#钢，尽可能不用Q235普通碳钢。

2 工艺系统

首先，湿法脱硫从其运行压力来分有常压脱硫和加压脱硫，俗称半脱和变脱。不管湿法脱硫有压力多高，其工艺流程看似都非常简单，但实际反应机理较复杂，主、副反应交叉进行，氧化还原过程受多种因素影响。工艺流程设置是否完善对于溶液组分及脱硫运行、溶液再生等有很大的影响。关系着脱硫系统能否长期稳定连续运行。

脱硫系统的主要任务：吸收、溶液再生、熔硫。所以脱硫系统从工艺的整体设计方面都需要充分考虑要完成这三方面所必须满足的条件：（1）、进、出粗脱硫系统时煤气粉尘、焦油要少，煤气得到净化处理。目前较为常用的多为在湿法脱硫系统的进出口增加静电除尘器，将煤气中的灰尘、焦油类物质进行捕集净化煤气，减少杂质对加压风机、脱硫溶液系统的影响。（2）、在进脱硫塔前增加喷淋塔，便于调节煤气温度，特别是夏季气温较高时，便于脱硫系统的稳定运行；为了净化脱硫后的煤气，减少对后序设备特别是压缩机的影响，在脱硫塔后增加二次喷淋塔。（3）、为了稳定脱硫液成份，减少副盐含量，将硫泡沫进行先机械分离后间歇熔硫，尽可能减少对脱硫液进行加热升温。

对于变脱的设计，许多厂家为了节省设备，将变脱与半脱的溶液系统及再生系统运用同一设备，在运行过程中由于两个系统的气体成份、运行压力不同而相互影响，结果导致半脱再生困难，整个系统运行不正常。所以在脱硫系统的设计过程中，半脱与变脱的溶液系统与再生系统必须各自独立运行。

另外，在目前大多数厂家中的变脱系统都是变脱后脱硫液靠自身压力直接进入喷射器，这种设计在运行上不会出现大问题，但脱硫液质量及硫泡沫生成不是很好。变脱系统的设计中应考虑增设富液槽，将脱硫液降至常压后，再用泵输送至再生槽，在富液槽中一方面释放大量的CO₂气体，另一方面，保证脱硫液在系统中足够的停留时间，便于形成丰富的硫泡沫层。

水系统的设计：由于脱硫液在系统中不断循环，与煤气充分接触，水中的离子对系统的影响不可忽略，特别是系统的补充水，包括二次喷淋水、化碱用的水、脱硫催化剂活化时用水及熔硫系统的冲洗水，必须是软水，防止硬水中的钙、镁离子与硫酸根反应生成沉淀造成系统盐堵或其它部位堵塞。在脱硫泵的选型时必须注意，泵填料要选择无冷却水的机械密封，否则机械密封的冷却水漏入脱硫液系统很不容易发现。

3 硫泡沫处理系统

过去，人们常习惯于连续熔硫，熔硫废液简单处理后重新返回系统，结果造成脱硫液中副盐升高，部分外排置换；熔硫后废液简单处理返回系统后，造成再生槽经常出现皂泡，影响硫泡沫的溢出。随着环保的重视及成本概念提出，现在多数新上装置都将硫泡沫处理系统改为先机械过滤再间歇熔硫。硫泡沫先经过滤将硫膏水分含量降至40%以下熔硫，减少熔硫负荷，排出的残液大大减少。尽可能减少熔硫废液对脱硫系统的影响。

另外，在硫泡沫处理系统的设计当中应注意，硫泡沫槽在运行中必须有搅拌装置，否则，正常生产运行过程中造成硫泡沫与脱硫液在泡沫槽中分层，导致硫泡沫处理系统不能正常运行。根据硫泡沫及脱硫液的粘度，搅拌装置通常转速选择为15～20转/分钟。

湿法脱硫的运行管理是一项系统工程，要保证脱硫系统长周期稳定运行，硬件设施完善后，才能谈到系统管理。