連續(xù)熔硫在濕法脫硫中的研究及應(yīng)用改造

龔 俊念紅芬（.四川省冶金設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 60000；.攀枝花學(xué)院土木工程學(xué)院，四川 攀枝花 67000）

連續(xù)熔硫在濕法脫硫中的研究及應(yīng)用改造

龔 俊1念紅芬2
（1.四川省冶金設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610000；2.攀枝花學(xué)院土木工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000）

本文通過傳統(tǒng)脫硫工序工藝生產(chǎn)現(xiàn)狀，并總結(jié)出生產(chǎn)過程中存在的問題，建議采取連續(xù)熔硫工藝進(jìn)行改造，詳細(xì)分析了連續(xù)熔硫改造的創(chuàng)新點(diǎn)和工藝特點(diǎn)，最后對(duì)改造后的連續(xù)熔硫工藝取得的效果進(jìn)行總結(jié)。

連續(xù)熔硫；濕法脫硫；研究應(yīng)用

1 脫硫工序工藝生產(chǎn)現(xiàn)狀及問題

1.1 脫硫工序工藝現(xiàn)狀

攀煤聯(lián)合焦化公司脫硫工序是與焦?fàn)t配套化產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一道煤氣凈化工藝，設(shè)計(jì)處理能力為53000Nm3/h煤氣，設(shè)置在煤氣鼓風(fēng)機(jī)后硫銨工段前，來自鼓風(fēng)機(jī)35℃～45℃的煤氣進(jìn)入預(yù)冷塔，冷卻煤氣至30℃～35℃，然后煤氣進(jìn)入2臺(tái)并串聯(lián)的脫硫塔底部，與塔頂噴淋的脫硫液逆向接觸，脫除煤氣中的大部分H2S。

在二套脫硫裝置并串聯(lián)運(yùn)行情況下使用以氨為堿源PDS-600脫硫催化劑（即為濕法PDS脫硫工藝），從2臺(tái)脫硫塔底排出的脫硫液經(jīng)液封槽進(jìn)入溶液循環(huán)槽，用循環(huán)泵將脫硫液分別送入2臺(tái)再生塔底部，與壓縮空氣接觸使脫硫液再生。再生后的脫硫液從塔上部經(jīng)液位調(diào)節(jié)器流回脫硫塔循環(huán)使用，浮于再生塔頂部硫泡沫靠液自流入硫泡沫槽，連續(xù)送往離心機(jī)，離心后的硫膏入庫(kù)，離心液經(jīng)過低位槽返回脫硫系統(tǒng)，從而脫去焦?fàn)t煤氣中的硫化氫、氰化氫等酸性介質(zhì)，以達(dá)到塔后H2S＜20mg/m3，以滿足煤氣制甲醇生產(chǎn)需求和環(huán)保要求。

1.2 生產(chǎn)過程中的問題分析

1.2.1 三足刮刀式離心機(jī)設(shè)備工藝陳舊，操作勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，離心機(jī)濾布容易堵塞和脫落，經(jīng)常更換，據(jù)生產(chǎn)實(shí)際統(tǒng)計(jì)每臺(tái)次離心機(jī)因?yàn)V布堵塞、損壞和脫落造成濾布更換的月平均量在45條左右。更換一臺(tái)次的時(shí)間至少在4小時(shí)以上，檢修環(huán)境氨氣濃度嚴(yán)重超標(biāo)，嚴(yán)重職工身心健康，存在較大安全隱患。

1.2.2 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，硫膏泡沫離心機(jī)濾布只能一次性使用，每天必須更換濾布3次以上。系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定性嚴(yán)重收到破壞，也嚴(yán)重影響到塔后硫化氫指標(biāo)和脫硫塔的阻力，將難以滿足煤氣制甲醇系統(tǒng)生產(chǎn)要求，嚴(yán)重影響公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)大計(jì)。

1.2.3 采用離心機(jī)生產(chǎn)出來的硫膏產(chǎn)品硫膏產(chǎn)品含水量高且所含雜質(zhì)多，（NH4）2SO4、（NH4）2S2O3、NH4CNS等副鹽雜質(zhì)難以分解，而硫膏客戶收購(gòu)一般使用硫膏燃燒生產(chǎn)硫酸等化工產(chǎn)品，采用離心機(jī)式生產(chǎn)的硫膏較難燃燒，所以離心機(jī)式生產(chǎn)出的硫膏產(chǎn)品極難找到銷售渠道。

1.2.4 離心機(jī)式生產(chǎn)出的硫膏產(chǎn)品含水達(dá)到40%以上，而且雜質(zhì)含量較多，單質(zhì)硫含量不足50%，導(dǎo)致硫膏產(chǎn)品無(wú)法銷售。嚴(yán)重影響整個(gè)化產(chǎn)生產(chǎn)，還嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和職工的身心健康。

2 連續(xù)熔硫工藝應(yīng)用改造

2.1 硫泡沫槽優(yōu)化改造

新熔硫裝置的硫泡沫槽利用硫泡沫和脫硫清夜比重的不同，在不加熱的條件下將硫泡沫進(jìn)入自然分離，泡沫自然上浮通過隔堰滿流操作，清液通過液位調(diào)節(jié)閥將清夜返回煤氣脫硫系統(tǒng)。因此，新工藝的硫泡沫濃縮槽的節(jié)能效果明顯超過傳統(tǒng)工藝，而且為提高泡沫槽濃縮泡沫液的流動(dòng)性，在泡沫泵出口增加DN32的支管到泡沫槽下部進(jìn)行反沖，在泡沫泵運(yùn)行時(shí)，部分泡沫液返回進(jìn)入泡沫槽的錐形底部進(jìn)行反沖，防止泡沫液凝固，提高泡沫的流動(dòng)性，防止了泡沫因濃度高不下料情況。

2.2 新型熔硫釜工藝改造

來自脫硫系統(tǒng)的硫泡沫進(jìn)入硫泡沫濃縮槽，經(jīng)靜止沉降從硫泡沫中分離出的清液自流返回脫硫系統(tǒng)；濃縮后的硫膏用泵送入熔硫釜，熔硫釜在夾套內(nèi)通蒸汽對(duì)硫泡沫加熱至70℃-90℃，微小顆粒增大與脫硫液分離，熔硫釜的上部安裝有一個(gè)易于脫硫液進(jìn)入、收集而阻止硫顆粒進(jìn)入的脫硫液收集器，收集后的脫硫液排除熔硫釜外并回收至脫硫系統(tǒng)循環(huán)使用。剩余的硫顆?？孔灾叵鲁林寥哿蚋南虏?，下沉的顆粒不斷積累，在加熱段內(nèi)經(jīng)加熱、分離、熔融、沉降等過程，熔融硫與清液分離，當(dāng)加熱至130℃～140℃時(shí)，成為液態(tài)硫磺繼續(xù)下降進(jìn)入貯硫段，在貯硫段內(nèi)，熔融硫經(jīng)排硫裝置冷卻后裝袋入庫(kù)。加熱段分離出的高溫清液，向上進(jìn)入熔硫釜換熱段，與下降的硫膏間接逆流換熱后返回脫硫系統(tǒng)。

經(jīng)技術(shù)改造后硫泡沫槽不再有蒸汽冒出，方便了硫泡沫槽的操作，熔硫釜和硫泡沫槽排出的清液不再進(jìn)入低位槽而直接進(jìn)入溶液循環(huán)槽，避免了因低位槽泵出現(xiàn)故障而導(dǎo)致熔硫釜和硫泡沫槽無(wú)法正常操作。

2.3 連續(xù)熔硫釜改造內(nèi)容

熔硫工藝裝置采用專利《由含硫溶液生產(chǎn)熔融硫的方法和裝置》（連續(xù)熔硫）。該熔硫工藝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)熔硫，具有高效、節(jié)能等特點(diǎn)，能耗僅為常規(guī)工藝的30%。單質(zhì)硫濃度大于90%。

熔硫釜設(shè)置2臺(tái)，材質(zhì)316L，硫泡沫泵設(shè)置2臺(tái)，采用螺桿泵，與介質(zhì)接觸部件采用304不銹鋼。

管道及閥門采用316L不銹鋼。

蒸汽：0.4MPa～0.6MPa（飽和蒸汽）。

儀表用壓縮空氣壓力大于0.4MPa。

最大含塵粒徑：≤1μm，最大含塵濃度：≤1mg/m3，壓力露點(diǎn)：≤-40℃，最大含油量：≤1mg/m3。

壓縮空氣壓力0.6MPa，純度99.9%。

3 連續(xù)熔硫釜改造的創(chuàng)新點(diǎn)及工藝特點(diǎn)

3.1 連續(xù)熔硫釜改造的創(chuàng)新點(diǎn)

硫泡沫在加熱段中以相對(duì)較快的速度連續(xù)強(qiáng)制對(duì)流，其液固兩相間傳熱效果好，熔硫操作溫度相對(duì)較低，熔硫效率高。熔融了的硫磺以重力沉降的形式自流入貯硫段后被斷續(xù)排出。當(dāng)硫泡沫的處理量相同時(shí)，該熔硫設(shè)備具有體積小、重量輕、管道化、連續(xù)操作、熔硫效率高、操作彈性大等創(chuàng)新點(diǎn)。

3.2 連續(xù)熔硫工藝裝置優(yōu)點(diǎn)分析

（1）該熔硫工藝實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)操作的連續(xù)化，熔硫釜的供熱根據(jù)操作溫度需要控制，控制進(jìn)口蒸汽閥以滿足熔硫過程的正常運(yùn)行。

（2）采用深度換熱工藝并分別在以下三個(gè)階段分離出溫度不等的脫硫清液。這三個(gè)階段所排脫硫清液的溫度分別為80℃、95℃、135℃左右，節(jié)能降耗作用顯著。而且，其加熱蒸汽耗量?jī)H相當(dāng)于傳統(tǒng)工藝的15%左右。

（3）新工藝的硫泡沫濃縮槽是在不加熱狀態(tài)下濃縮硫泡沫，依照連通器原理自排沉降分離清液，且在硫泡沫濃縮槽的硫膏貯存段和熔硫器之間設(shè)置了硫膏輸送泵，因此整個(gè)熔硫系統(tǒng)的全部裝置即可按不同高差分層布置，也可布置在單層平面內(nèi)。

（4）小型、高效、連續(xù)化程度高的熔硫設(shè)備，降低了熔硫廠房的高度，使熔硫裝置的工程造價(jià)明顯下降。同時(shí)還減少了生產(chǎn)操作和設(shè)備維修人員，該工藝還具有處理量越大，生產(chǎn)成本和建設(shè)投資效果越好的特點(diǎn)。

（5）新工藝取消了帶壓集中放料的生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)，對(duì)于氨法脫硫而言，減少了氨的損失及對(duì)環(huán)境的二次污染。

4 取得的效果分析

4.1 品質(zhì)高，操作方便

成功將硫膏生產(chǎn)工藝更改為生產(chǎn)硫磺工藝并投入生產(chǎn)，硫磺品質(zhì)高，利用原有硫膏生產(chǎn)廠房增設(shè)連續(xù)熔硫釜及配套控制裝置，成功的將硫膏生產(chǎn)工藝更改為生產(chǎn)硫磺工藝并投入生產(chǎn)，達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)的目的，且操作方便，不易檢修，操作和檢修環(huán)境。

4.2 自動(dòng)化操作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度

新熔硫裝置實(shí)現(xiàn)了操作的自動(dòng)化，從熔硫設(shè)備的進(jìn)料到外排清液均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。在硫泡沫濃縮槽中利用不同介質(zhì)的密度差實(shí)現(xiàn)了清液與硫膏的連續(xù)自動(dòng)分離。根據(jù)操作溫度和自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥正常運(yùn)行，大大降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度和檢修強(qiáng)度，社會(huì)效益巨大。

4.3 運(yùn)行成本和人工成本降低

一臺(tái)三足刮刀式離心機(jī)電機(jī)功率為37kW，需同時(shí)運(yùn)行2臺(tái)才能滿足生產(chǎn)，現(xiàn)硫泡沫泵電機(jī)功率為5.5kW，只需一臺(tái)就能滿足生產(chǎn)，節(jié)約電費(fèi)成本：

（37×2-5.5）×0.85×0.75×24× 330=34.6萬(wàn)元，改造為連續(xù)熔硫后共節(jié)約電費(fèi)34.6萬(wàn)元/年。

使用離心機(jī)生產(chǎn)硫膏工藝需每班操作人員2人，現(xiàn)改為連續(xù)熔硫釜后可減為1人操作，四個(gè)班組共節(jié)約4個(gè)人，從操作人員配備上直接節(jié)約人工成本近15萬(wàn)元。離心機(jī)濾布為易損物品且更換勞動(dòng)強(qiáng)度大，熔硫釜無(wú)易損部件，大大節(jié)省了維修成本，年節(jié)約維修成本約20萬(wàn)元。

4.4 硫磺產(chǎn)品有銷售市場(chǎng)

從2011年11月下旬連續(xù)熔硫工藝運(yùn)行以來，生產(chǎn)出的硫磺在攀西地區(qū)有銷售市場(chǎng)，塔前煤氣含硫化氫平均按3.5g/Nm3，塔后煤氣含硫化0.02g/Nm3計(jì)算，按照設(shè)計(jì)煤氣量為5.3萬(wàn)Nm3/h，則年產(chǎn)硫磺預(yù)計(jì)：

（3.5-0.02）×53000×24×330÷ 106=1460噸，可直接為公司年降低成本90余萬(wàn)元。能節(jié)省包裝和專用儲(chǔ)存庫(kù)房投資及硫化物排污費(fèi)將達(dá)到100萬(wàn)元/年以上。

4.5 保證了煤氣質(zhì)量，確保煤氣制甲醇工序連續(xù)正常生產(chǎn)

脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)保證了煤氣中H2S含量符合工藝生產(chǎn)指標(biāo)，有效的減少了對(duì)煤氣管道及設(shè)備的腐蝕；滿足了生產(chǎn)甲醇用煤氣對(duì)硫含量的要求，為甲醇的正常生產(chǎn)提供保障；回爐煤氣、鍋爐及煤氣管式爐燃燒用煤氣估計(jì)用量2.2萬(wàn)Nm3/h，塔前煤氣含硫化氫在3g/Nm3左右計(jì)算，則年減少SO2排放量約1100噸，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染，產(chǎn)生較好的社會(huì)效益和環(huán)保效益。

綜上，由硫泡沫生產(chǎn)熔融硫的連續(xù)熔硫工藝，具有建設(shè)投資低、操作人員少、勞動(dòng)強(qiáng)度低、環(huán)境污染小、能源消耗少、脫硫成本低等特點(diǎn)。還能減少耗電設(shè)備的投入，具有良好社會(huì)效益和環(huán)保效益。

[1]王波，馬中全.連續(xù)熔硫工藝的研制與應(yīng)用[J].鞍鋼集團(tuán)公司設(shè)計(jì)研究院，燃料與化工，2005（02）.

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