1  概述

華強(qiáng)化工集團(tuán)份有限公司是2002年底由原國有企業(yè)改制而成的一家大型化工企業(yè)集團(tuán)。2009年與中國500強(qiáng)企業(yè)—山西晉城煤業(yè)集團(tuán)實(shí)現(xiàn)合資合作戰(zhàn)略聯(lián)盟。現(xiàn)擁有固定資產(chǎn)40億元，員工5000余人，集團(tuán)下設(shè)8家子公司。產(chǎn)品涵蓋化肥、化工、熱電、塑料制品、新型建材等五大領(lǐng)域10余個(gè)品種。現(xiàn)化肥領(lǐng)域主要經(jīng)營尿素、復(fù)合肥、雙氧水、三聚氰胺、甲醇等。隨著企業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)公司總醇氨年生產(chǎn)能力已達(dá)到60萬噸。公司始終堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，技術(shù)創(chuàng)新，不斷引進(jìn)運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)。特別是在煤氣凈化領(lǐng)域，公司一直很重視硫化氫的脫除工作，但由于隨著生產(chǎn)能力的擴(kuò)大和原料煤種的變化，變換氣中H₂S含量明顯增加，導(dǎo)致變換氣脫硫后H₂S控制時(shí)有超標(biāo)。而且由于變脫塔負(fù)荷加重，導(dǎo)致堵塔較頻繁，被迫停車扒塔清洗填料，影響生產(chǎn)十分嚴(yán)重。

2  變脫運(yùn)行現(xiàn)狀

公司現(xiàn)有3套變脫裝置，且均為填料塔。1#、2#變脫塔堿液循環(huán)量均為550m³/h，開20組50m³/h的噴射器運(yùn)行，再生壓力控制在0.57-0.59MPa，再生溫度40-41℃，進(jìn)口硫化氫在120mg/m³左右，1#變脫塔出口硫化氫在20mg/m³左右；2#變脫塔出口硫化氫在28mg/m³左右，3#變脫塔堿液循環(huán)量550m³/h，開13組50m³/h的噴射器運(yùn)行，再生壓力控制在0.52-0.53MPa，再生溫度41-42℃，出口硫化氫在25 mg/m³左右。堿液成分為：總堿 60g/L、 Na₂CO₃ 3-4g/L、NaHCO₃ 80-90g/L、總還原物15g/L、Na₂S₂O₃ 15g/L、殘S 1.0g/L、 KCA0.01g/L、PDS 20-30ppm、PH值8.4、Na₂SO₄ 30-50g/L，目前三脫硫塔并聯(lián)生產(chǎn)，1＃塔氣量在69000m³/h，2＃塔的氣量在70000m³/h左右，3＃塔的氣量在68000m³/h左右。

目前存在的問題是：

（1）變脫再生槽上堿液翻浪較大，導(dǎo)致硫泡沫無法形成，硫泡沫的無法正常溢流，同時(shí)也系統(tǒng)內(nèi)殘硫含量高，系統(tǒng)的出口硫化氫較高。

（2）變脫再生槽上解析出來的氣體非常多，氣味非常的難聞，說明堿液在吸收硫化氫的同時(shí)也吸收了大量的二氧化碳。

（3）變脫堿液成分中的碳酸氫鈉含量高，最高達(dá)到80g/L。

（4）脫硫效果不理想，在進(jìn)口硫化氫在200mg/m³左右的情況下，出口硫化氫基本在20mg/m³以上。

3  技術(shù)方案的確定

公司現(xiàn)有變脫塔為￠4600填料塔，從運(yùn)行現(xiàn)狀中可以發(fā)現(xiàn)存在氣體液體分布難、循環(huán)量大且不易調(diào)節(jié)、脫硫效率低等諸多弊病。同時(shí)，系統(tǒng)堿液NaHCO₃含量過高，造成系統(tǒng)惡性循環(huán)：一是脫硫液在吸收H₂S的同時(shí)，也吸收了部分CO₂，生成了大量的NaHCO₃，這主要是填料塔氣液逆流接觸時(shí)間較長，NaHCO₃的生成率就變高，并進(jìn)一步影響了脫硫效率。二是NaHCO₃降低了溶液中的PH值。PH值降低會(huì)使硫化物氧化為硫的反應(yīng)速度下降。三是更重要的影響，降低了吸收H₂S的傳質(zhì)速度，因?yàn)樵蠚庵械腃O₂很低或不存在CO₂時(shí)，H₂S的反應(yīng)速度只與原料氣中的H₂S分壓有關(guān)。由此看來，在系統(tǒng)增加負(fù)荷或者脫高硫時(shí)，采用增加填料塔高度的方法是沒有意義的，反而會(huì)使氣液接觸時(shí)間進(jìn)一步延長，NaHCO₃的生成進(jìn)一步增高和加快，NaHCO₃結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致填料堵塞。這是填料塔應(yīng)用于變換氣脫硫的主要問題。

鑒于以上原因，經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)研究決定摒棄原有填料結(jié)構(gòu)采用新型傳質(zhì)內(nèi)件。在新型傳質(zhì)內(nèi)件采用的結(jié)構(gòu)形式上，公司成立了由技術(shù)開發(fā)處、生產(chǎn)處、變脫車間等單位組成的項(xiàng)目論證組，到兄弟廠家進(jìn)行了詳細(xì)考察。經(jīng)過反復(fù)論證，公司決定對(duì)新變換氣脫硫塔采用長春東獅科貿(mào)實(shí)業(yè)有限公司自主研制開發(fā)的無填料塔技術(shù)——QYD復(fù)合型高效傳質(zhì)內(nèi)件。

4  QYD內(nèi)件的主要技術(shù)特點(diǎn)及與填料塔技術(shù)比較

（1）如果用于新塔設(shè)計(jì)，在直徑不變的情況下，塔的高度要比填料塔降低1/3左右。

（2）無論用于新塔設(shè)計(jì)還是舊塔改造，該裝置投入運(yùn)行后，脫硫液的硫容要增加一倍左右，這樣溶液的循環(huán)量要比填料塔降低30－50%左右。

（3）該裝置在用于新塔設(shè)計(jì)時(shí)，由于塔的高度大幅度降低，因此在選取泵的揚(yáng)程時(shí)也要比原來低10米左右，這樣大大降低了脫硫系統(tǒng)的動(dòng)力消耗。

（4）由于氣液接觸時(shí)間大幅度降低，這樣脫硫原料氣中CO₂對(duì)脫硫液的影響將得到有效的改善，這更加有利于脫硫液對(duì)硫化氫的選擇性吸收，對(duì)于溶液的再生、硫泡沫的浮選以及降低NaHCO₃的生成率都有極大的好處。

（5）如果用于舊塔改造，該裝置投入運(yùn)行后，該塔的生產(chǎn)能力將提高10%左右。如果用于新塔設(shè)計(jì)，與填料塔相比，可節(jié)省30-50%的一次性投資。

5  單塔主要技術(shù)參數(shù)

變換氣流量：≤100000m³/h

變脫塔操作壓力：0.8MPa

變換氣H₂S含量：≤300mg/Nm³

變脫出口H₂S含量：≤20mg/Nm³

變脫塔阻力≤32KP

脫硫液流量400-550 m³/h。

6  技術(shù)方案的實(shí)施

我公司共三套變脫裝置，變脫塔規(guī)格均為￠4600填料塔，公司近幾年來利用大修機(jī)會(huì)陸續(xù)對(duì)三套變脫塔進(jìn)行了改造，2010年對(duì)3#變脫塔內(nèi)件進(jìn)行改造，2012年對(duì)2#變脫塔內(nèi)件進(jìn)行改造，效果顯著。下面就最近一次的1#變脫塔改造效果予以說明。

2014年7月20日，公司利用年度檢修機(jī)會(huì)對(duì)1#￠4600變脫塔內(nèi)件進(jìn)行安裝。將原塔內(nèi)填料扒出，改造為QYD傳質(zhì)內(nèi)件（四層裝），塔內(nèi)三層填料支撐鋼梁得到有效利用，新增一層鋼梁。改造于2014年7月31日結(jié)束，當(dāng)天晚班19:00開車。

改造前情況：

1#變脫塔與2#變脫塔公用一套再生系統(tǒng)，開兩臺(tái)550m³/h大脫硫泵，循環(huán)量1100m³/h，電機(jī)功率355KW兩臺(tái)，總電機(jī)功率710KW。

改造后情況：

1、將原塔內(nèi)填料扒出，改造為QYD傳質(zhì)內(nèi)件（四層裝），原塔內(nèi)三層填料支撐鋼梁作為新內(nèi)件的支撐，保留原除沫器和液體分布器，節(jié)約投資，節(jié)省時(shí)間，并新增一層鋼梁作為第四層QYD傳質(zhì)內(nèi)件支撐。

2、改造于2014年7月31日結(jié)束，當(dāng)天晚班19:00開車，循環(huán)量開550m³/h和280m³/h脫硫泵各一臺(tái)，電機(jī)功率355KW一臺(tái)、160KW一臺(tái)，總電機(jī)功率515KW。

3、改造前后連續(xù)運(yùn)行情況：

改造效益：

 a、從以上數(shù)據(jù)可以看出，壓差、出口H₂S含量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)；

 b、從原始操作記錄上看出，系統(tǒng)氣量、壓力、液位運(yùn)行穩(wěn)定無波動(dòng)；

 c、從運(yùn)行成本上看，堿液循環(huán)量平均下降85m³/h，脫硫泵電機(jī)功率下降195KW/h；每小時(shí)節(jié)約電費(fèi)91元。脫硫效率仍保持95%。但壓差較填料塔增加22KPa。

 d、徹底解決堵塞塔內(nèi)填料問題；

 e、由于塔內(nèi)氣液接觸時(shí)間較短（25秒左右），CO₂將提高有效利用。

7  結(jié)束語

總之，QYD復(fù)合型傳質(zhì)內(nèi)件在華強(qiáng)化工集團(tuán)股份有限公司的應(yīng)用是比較成功的。該內(nèi)件充分利用了H₂S和堿溶液快速的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，集傳統(tǒng)的鼓泡塔、泡罩塔、篩板塔、旋流板塔、填料塔等諸多傳質(zhì)內(nèi)件的優(yōu)點(diǎn)于一身，更加強(qiáng)化氣液傳質(zhì)過程，使氣液之間動(dòng)態(tài)接觸，湍動(dòng)傳質(zhì)，增加了氣液接觸面積，大大的提高了氣體的凈化度。以傳質(zhì)裝置取代填料，徹底解決了脫硫塔堵塔的問題，杜絕了檢修扒塔等工作，該內(nèi)件安裝簡便，操作彈性大，見效快。故QYD復(fù)合型傳質(zhì)內(nèi)件是目前在變換氣脫硫塔中最有推廣價(jià)值和使用價(jià)值的氣液傳質(zhì)內(nèi)件。