工艺|888 法变换气脱硫工艺管理的优化

煤化工知库 2020-05-25 15:16:30

我公司是以煤为原料生产合成氨和甲醇的化工企业。现氨醇生产总能力60kt/a ,其中合成氨生产能力30kt/a;30kt/a甲醇(单醇)生产线于2006年11月投产。由于原料气脱除H2S采用活性炭干法脱硫,多年的生产实践表明干法脱硫存在硫容低,再生频繁和脱硫剂更换频繁、净化度不高等缺点,越来越多的的厂家采用了湿法脱硫。我们经过对国内多家氮肥企业进行考察,并经过详细分析研究,最后决定,在新上的30kt/a甲醇生产线变换气脱硫采用了长春东狮科贸实业有限公司的888法脱硫工艺,系统操作压力为2.1MPa ,并在实际运行中的不断优化工艺操作,取得了比较好运行效果,现总结如下:

 “888”脱硫基本原理

湿式氧化脱硫实质上是一种伴有氧化反应的湿式中和过程,气相中的H2S首先被脱硫液所吸收并解离,随即与碱发生中和反应。反应HS-被氧化生成元素硫,以888为催化剂的湿式氧化法脱硫,除了能高效脱去无机硫化物外,还能脱除部分有机硫(RSH、COS、CS2 等),其主要反应如下(以Na2CO3 液为吸收剂时):

(1)脱除硫化氢反应


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工艺流程示意图



主要设备
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主要工艺控制指标


(1)总碱度:20~30g/L

(2)888含量:15~25ppm

(3)Na2CO3含量:2.0~5.0g/L

(4)PH值:8.0~8.4

(5)溶液温度:35~40℃

(6)再生温度:38~42℃

(7)进口硫化氢含量:100~140mg/L

(8)出口硫化氢含量:<5mg/L

(9)脱硫液循环量:13200m3/h


运行效果及工艺管理优化


通过几年来的变脱系统运行认为,脱硫工艺看似简单,实际内部的联系非常复杂,影响脱硫状况的因素很多,要使变脱系统稳定运行,就必须加强变脱工艺技术管理优化。具体应做到如下几方面:


(1)脱硫液的管理优化


脱硫液成分不仅仅关系到脱硫效率和消耗的高低,同时也能反映出变脱装置生产运行中存在的问题,因此说,变脱的工艺管理主要是对脱硫液成分的管理。

变脱的工艺管理应建立脱硫液成分台帐,时刻关注溶液成分的变化趋势,明确变化的原因并及时处理,避免变脱工艺恶化,防止变脱工艺事故的发生。

对于脱硫溶液的技术管理,要建立完整的分析制度,以分析数据来指导生产。定期比较,总结优化。调整好脱硫溶液各组分的浓度,才能保证变脱系统良好的运行状态。因此应做好如下几个方面:


① Na2CO3组分的控制

Na2CO3组分的控制是在合理的溶液循环量、确保脱硫净化度完成的前提下,以控制低值为好,尽量做到稀液脱硫。Na2CO3含量高会导致CO2的吸收,耗碱量增加,副产物含量高,甚至引起盐堵。一般情况下,脱前H2S含量100~140mg/Nm3时,总碱度控制在(20~30g/L,以Na2CO3计)。


② NaHCO3、Na2CO3组分的控制

总碱度由NaHCO3和Na2CO3组成,脱硫过程中真正参加反应的是Na2CO3,Na2CO3组分的高低决定着PH值的大小。脱硫液应尽量提高Na2CO3含量,降低NaHCO3/Na2CO3比值。变脱控制在≤12。


③ PH 值的控制

PH值随总碱度的增加而上升,主要受NaHCO3/Na2CO3的影响,PH 值与比值成反比关系。PH值高利于吸收H2S的反应,气体净化度提高,PH值升高却不利于HS-转化为单质硫,当PH值>8.6 时氧化速度下降;PH值<8.2时吸收速度和硫容均明显降低。

提高PH值不宜单纯增加总碱度,而应降低NaHCO3/Na2CO3 为主要手段,提高总碱度PH值升高不明显,反而产生碱耗高、副产物组分增加的副作用。在正常情况下,变脱PH值保持8.2~8.4范围为宜。


④ Na2S2O3、Na2SO4及NaCNS组分的控制

一般要求三盐总和应≤250g/L,副盐含量高对脱硫系统(尤其是再生)影响比较大,同时脱硫剂和碱耗也会大幅度的提高,因此不宜控制高副盐操作。


⑤ 888 组分的控制

溶液中的888 含量一般在10~25mg/L即可,888的补加要用空气活化4h以上,连续均匀补入系统。


⑥ 悬浮硫组分的控制

悬浮硫的高低主要受再生状况的影响,一般要求悬浮硫≤0.3g/L,对于888法脱硫悬浮硫≤0.5g/L一般不会出现硫堵塔现象。


⑦ 药品加入量的控制

溶液成分的变化和脱硫工艺的恶化很大程度上与药品加入量有关,因此应严格控制药品的加入量。

药品的加入量要根据《脱硫液成分分析报告单》进行调节(注意不可大幅度的加减量,尤其是辅料碱的加入,避免引起溶液成分的大幅度波动),同时药品的补入也要严格按照规程要求进行操作。


(2)再生状况的管理优化


脱硫工艺的好坏与再生状况密切相关,因此加强再生状况的管理优化是脱硫工艺管理的重中之重。


脱硫液的再生,严格来说应分为两部分。


一部分为喷射器前的溶液的再生,即:吸收、催化氧化过程。也就是碱液吸收H2S、催化剂氧化NaHS和NaHCO3 转化为Na2CO3的过程。其化学反应方程式为:



这一过程主要在脱硫塔内进行,因此,适当提高溶液碱度PH值和催化剂浓度,延长溶液在脱硫塔内的停留时间有利于这一过程的进行。


判断这一过程进行的程度可根据溶液中HS-含量和NaHCO3/Na2CO3的比值,(也可以根据副盐的增长速率)。一般情况下,溶液中HS-含量≤0.02g/L;NaHCO3/Na2CO3≤5即可。


脱硫液再生的另一部分为喷射再生,即催化剂的吸氧再生。(还原态的催化剂吸氧后转化为氧化态催化剂),这一过程主要在喷射器和再生槽内进行,提高喷射器的吸气效率和延长溶液在再生槽内的停留时间有利于催化剂的氧化再生。一般情况下,带有混合管的喷射器吸入的空气量是通过溶液量的5~8倍;溶液在再生槽内停留时间≥8分钟即可。


这一过程进行的如何可通过分析溶液中催化剂的浓度来判断,方法如下:


① 取一定量的贫液样品按常规方法分析其催化剂浓度,记为A1;

② 把同一贫液样品通纯O2,使其强制氧化10分钟,分析其催化剂浓度,记为A2;

③ 若A1和A2数值差别不大,一般(A2-A1)/ A1≤3%,这说明催化剂的氧化程度已比较彻底,否则应检查喷射器的运行状况是否正常并及时处理。


(3)工艺指标的管理优化


脱硫吸收是放热反应,降低温度对吸收有利,再生则随着温度的升高而加快及盐类分解。因此,脱硫、再生,温度应该是一条曲线。操作温度的调控优化十分重要。

① 脱硫塔入口温度:35~40℃

② 再生温度:38~42℃

③ 熔硫釜清液出口温度:70~90℃

熔硫温度:120~140℃

④ 废液回收温度:≤40℃

⑤ 喷射压力:0.45~0.5MPa

⑥ PH值:8.0~8.4


(4)循环量的管理


循环量主要以满足喷淋密度(30~50m3/m2.h,大塔取高限)和液气比为主(≥12L/Nm3)。笔者认为在保证硫泡沫正常的情况下,溶液中低组分大循环量对技术管理者具有保障作用。哪怕减生产气量时,但循环量不能减,溶液组分尽量控制稳定,保证脱硫塔喷淋密度,对脱硫塔阻力,抑制副盐的增长都有好处,动力消耗虽偏大些,但这值得。


(5)废液的管理


废液必须经过处理(冷却、沉降、过滤并降温至40℃后)才能返回系统,并严格按照废液处理规程进行操作,做到定期清理沉淀池、过滤器和废液储备槽,否则会造成返回的废液中副盐含量高,影响再生及整个变脱工艺。


(6)系统压差的变化


关注压差的变化情况,查明压差变化的原因并能及时解决,防止堵塔事故的发生。


(7)三槽液位的管理


控制三槽(循环槽、废液储备槽和再生槽)液位的变化,其主要作用是稳定溶液成分。


(8)喷射器运行状况的管理


经常检查喷射器的抽气情况(防止喷嘴、空气室堵塞影响抽气量)和混合管的结疤情况,提高HS-的转化率,降低溶液中HS-的含量。


总结


变脱系统的工艺管理贯穿脱硫、再生、硫回收及溶液成分的控制的全过程,四者是一个整体,相互影响,任何一个环节出现问题,都会造成变脱工艺不稳定。

由于变脱工艺的管理不像变换、合成等工段直观,有据可查,而变脱的工艺状况的变化是一个慢慢积累的过程,且影响因素较多,原因比较复杂,若不能及时发现和纠正平时操作中的一些不规范行为和错误的操作方法,时间久了就会造成脱硫工艺的混乱。因此对脱硫的工艺管理应做到“专人负责,细化管理”,建立好工艺台账、事故台账等,以备查阅分析原因所在。既要明确近期的脱硫状况,又要做到全过程管理,细到加药品的规范性、硫回收的数量、硫泡沫的形态等全过程监控,这样才能更好、更有效地保证变脱系统工艺的稳定运行。

煤化工知库
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