年产13.5万吨合成氨装置变换气脱硫再生系统的改造

2022-09-10

一、简述

兖矿鲁南化肥厂年产13.5万吨合成氨装置始建于1967年, 该系统以无烟煤为原料, 采用固定层间歇式造气制取半水煤气, 经常压脱硫控制至变换系统硫化氢含量在150mg/m3左右, 经电除尘至压缩机压缩到2.2Mpa送至气体净化工序, 经过气体耐硫变换、栲胶脱硫、热钾碱一次脱碳、铜锌系低变、热钾碱二次脱碳、甲烷化后, 制得合格的精制气提压至30Mpa后制得液氨。

二、改造前变换气脱硫工艺流程及存在的问题

1. 改造前工艺流程

由于变换气中有一部分有机硫转化为无机硫, 入变脱塔中H2S含量达到250-300mg/m3, 吸收后的溶液压入再生塔, 在再生塔中溶液与空压机来的空气进行接触氧化, 形成单质硫溢出, 贫液压入溶液循环槽, 系统循环使用。再生塔顶硫泡沫溢流至泡沫槽经加压, 打到熔硫釜回收硫磺。进入熔硫釜的硫泡沫在釜上部被加热, 粘在泡膜上的单质硫集聚成较大的颗粒下沉至釜的下部, 在釜下部继续加热成熔融状液体, 由放硫阀放出成品硫磺。

2. 存在的问题

变换气脱硫系统原采用ADA法, 但变脱塔内易出现硫堵现象, 系统长周期运行困难, 后将ADA法改为栲胶法, 在入口H2S达到300mg/m3、压力在2.0Mpa下出口H2S控制在5~6 mg/m3。在国内成功地在2.0MPA下采用栲胶脱硫。但是, 再生系统仍采用高塔再生, 与栲胶脱硫有些不适应, 溶液再生不彻底。变脱高塔再生存在以下问题:

(1) 空气明显分布不均匀, 利用率偏低, 造成溶液再生效果差;

(2) 溶液中悬浮硫偏高, 易造成溶液副产物的增加;

(3) 高塔再生能耗较高;

(4) 硫泡沫在浮选时易带出大量溶液, 造成熔硫负荷加大, 熔硫效果差。

(5) 脱硫效率低, 操作弹性小。由于溶液再生不好, 造成溶液脱硫效率降低。当变脱入口H2S达到300mg/M3时, 出口H2S偶超8~9mg/M3, 常出现超标现象。

针对这种情况, 为保证变脱溶液的再生, 将高塔再生改为喷射再生。

三、再生槽简单计算

1. 槽体计算

再生槽直径:D12=GA/0.785AiAi取70m3/ (h.m2) GA=Lr.CiCi取2.4m3/m3

循环溶液总量Lr取600m3/h, 所以:D1=6.0m

扩大部分直径:6+0.4*2=6.8m,

2. 喷嘴 (每台喷射器过液量40m3/h)

喷嘴孔径:d12=L1/ (0.785*3600*w) w喷嘴处溶液流速, 通常取18-25m/s w取20 m/s

计算得d1=0.027m, 入口管直径d2=3 d1=0.08m

喷嘴入口收缩长度L2=0.22m, 喷嘴喉管长度L3=3mm, 喷嘴总长度L=0.223mm

四、改造的内容

1. 利用原有旧贫液槽改造为一台喷射再生槽.

(1) 槽子直径、高度D=Ф6000mm, 扩大部分Ф6800mm, 溢流堰高度500mm, 扩大部分高度2500mm, 下部槽子高度4000mm槽子总高度7000mm

(2) 增加喷射器喷射器18台

(3) 入再生槽管, 总管仍以DN250mm管为主, 另外在槽顶加一周DN400mm的管作为缓冲管.

喷射器:在缓冲罐顶部对角的四个, 从顶部开孔, 安装在靠槽子的中心处, 其它喷射器从缓冲管底部开孔.

2. 熔硫系统

(1) 熔硫釜安装在原脱硫溶碱池上部的框架下部;

(2) 加压泵用地面上新的一套熔硫装置进行改造;

(3) 水冷器用新水冷器改造.

(4) 增加一台泡沫罐

3. 改造后的工艺流程:

吸收H2S之后的脱硫液进入缓冲罐减压至0.8Mpa, 然后经喷射器与自吸来的空气在再生槽内完成再生, 清液经液位调节器流入脱硫循环槽供系统循环使用, 再生槽生成的硫泡沫经溢流堰进入泡沫槽, 经加压泵打入熔硫釜付产硫磺, 出釜清液回收到循环槽。

五、改造后的运行总结

自投用以来, 改造后的各项工艺指标都较改造前得到了优化, 取得了较大的经济效益。

1. 反应原理相同, 再生剂都是空气, 脱硫效果区别明显。

改造前, 我们对再生塔塔釜液位安排专人监控, 仍然不能避免事故的发生。改用喷射再生后, 解决了过去硫磺沉积在塔釜, 易发生堵塔的弊端。另外, 喷射器吸入的空气气量大, 约是原来的4倍, 而且气体均匀分布, 气液两相接触充分, 氧气和还原态栲胶反应彻底, 栲胶富液再生度高, 脱硫剂能长时间循环使用, 脱硫效果很好。