摘要 针对制氢装置脱硫系统循环液中悬浮硫含量高、脱硫效果差、制约制氢量的问题,采用戈尔薄膜液体过滤器过滤脱硫溶液。实践证明,采用该过滤器后,循环液中悬浮硫含量由5 g/ L 降至1 g/ L ,裂脱塔脱硫效率由96 %提高至99. 5 %以上,变脱塔出口气中H2S 含量由60 mg/ m3 下降至10 mg/ m3 以下,装置的制氢量由设计能力的10 500 m3/ h 提高至14 000 m3/ h ,经济效益十分显著。
按照南化公司总体规划,己内酰胺将由5 万t/ a 扩产至6 万t/ a ,折合氢气耗量为14 500 m3/ h。甲醇分厂制氢装置的设计制氢量为10 500 m3/ h ,已无法满足要求。为些,在1999 年年度大修中,对制氢系统,尤其是净化装置进行了改造,已基本上满足了这一要求,各项工艺指标均符合控制指标要求。
制约甲醇分厂氢产量的瓶颈是脱硫工序,原料为重油裂解气,气体流程如图1 所示,脱硫溶液流程如图2 所示。
由于重油裂解气中硫含量高(H2S 含量一般在3 g/ m3 以上) ,经**、**脱硫塔后H2S 含量仍有120 mg/ m3 ,经变脱塔后H2S 含量仍有60 mg/m3 以上,与控制指标相差甚远。再生贫液悬浮硫含量达5 g/ L ,裂、变脱的脱硫率分别为96 %和76 %。设备和管道极易堵塞,只得频繁倒槽停车冲洗,硫磺回收率≤60 % ,带悬浮硫的排放水不仅浪费脱硫液还造成环境污染。
根据以上情况,决定在装置中设置戈尔薄膜液体过滤器(以下简称戈尔过滤器) ,进而对脱硫塔进行部分改进。
1 采用戈尔过滤器过滤再生硫泡沫
在硫泡沫槽后安装戈尔过滤器,其流程如图3 所示。
工作原理:
泡沫液经1 # 阀进入过滤器,空气经3 # 阀排放后关闭3 # 阀,溶液经上腔进入贮槽。过滤一段时间后,滤饼达到定值时,控制系统进入反冲状态,1 # 、2 # 、4 # 阀自动切换,反冲清膜,滤饼脱离滤袋沉降到锥底部,系统重新进入过滤状态。滤饼达到一定量时,开6 # 阀排硫膏,去熔硫成硫磺或脱水成生硫膏出售。
戈尔过滤技术是美国戈尔公司的**技术,其核心是过滤元件。该过滤元件由多根过滤薄膜袋组成,可根据工作负荷的大小调整过滤薄膜袋的数量和变换薄膜滤袋的过滤孔径,以达到良好的过滤效果。
我厂使用的戈尔过滤器设备参数如表1 所示,动力消耗如表2 所示,戈尔过滤器原理见图4。戈尔过滤器接入系统后流程如图5 所示。
戈尔过滤器的运行参数如表3 所示。我厂脱硫改造属老厂改造项目,原有硫泡沫槽3 台,循环槽4 台,熔硫釜3 台。硫泡沫槽支撑在四楼(标高13. 5 m) ,我们将中间1 台拆除,串入戈尔过滤器系统,将3 # 循环槽作中间槽,将以上各设备与过滤器连接起来,泡沫泵放在三楼(标高9. 5 m) ,直接抽取硫泡沫槽底部泡沫液,使旧厂房、旧设备得到充分利用,节省了投资。
2 对**脱硫塔、变脱塔进行空塔加填料改造
因裂脱气含硫量高(3 g/ m3 以上) ,ADA 溶液及旋涡喷头极易被堵塞,原设计2 台裂脱塔和变脱塔至大修前一直为空塔喷淋吸收,吸收效率差。经工艺计算,决定将**脱硫塔和变脱塔上部3层喷头取消,各放置5 m 高填料(填料选用ª76 增强聚丙烯鲍尔环) 。
由空塔吸收改为填料吸收是可行的,效果将是理想的,原因是:
(1) 增加了戈尔过滤器系统,贫液质量将大为改观,悬浮硫含量大大减少,不会使填料堵塞,且大大增加吸收效率;
(2) 脱硫溶液为ADA 与栲胶各半的混合液,堵塞情况较单独使用ADA 溶液大有好转;
(3) 设计选用不易堵塞的宝塔形喷头,每层由单个旋涡喷头改为一组5 个宝塔形喷头,阻力减小,不会堵塞且喷洒均匀;
(4) 经过详细工艺计算,改用填料吸收后,脱硫塔不会造成液泛现象; (5) 按照聚丙烯鲍尔环脱硫的传质效率计算,填料高2. 5 m 左右,H2S 含量即可达厂控指标,现填料高度为5 m ,两塔出口H2S 含量将优于厂控指标要求,达到理想的效果,并得到实践验证。
3 脱硫改造的效果和经济效益
3. 1 效果
增设戈尔过滤器系统和**脱硫塔及变脱塔上段加填料后,通过2 个月的运行,效果十分显著:
(1) 改造前裂脱塔(**脱硫塔) 出口气体H2S 含量120 mg/ m3 ,现为15 mg/ m3 ,指标50 mg/m3 ;改造前变脱塔出口H2S 含量60 mg/ m3 ,现在在一层喷头因未拆盲板(即少加1/ 3 液量) 的情况下达到指标(10 mg/ m3 以下) 。
(2) 戈尔过滤器系统硫泡沫循环量15～20m3/ h (满负荷可达25 m3/ h 以上) ,可使再生槽的液位提高,比以前有更多的硫泡沫溶液进入过滤、硫回收系统,提高了再生效果。
(3) 进入过滤系统的硫泡沫得到高度净化,入戈尔过滤器前悬浮硫含量为8 g/ L ,出戈尔过滤器清液悬浮硫含量为8 mg/ L ,系统循环贫液的悬浮硫含量为0. 8～1. 0 g/ L (改造前为5 g/ L) ,大大提高了贫液质量和脱硫效率。
(4) 取出的硫以硫膏或硫磺的方式出售。
(5) 大大缩短了熔硫釜的熔硫时间。改造前只能熔硫3～4 釜/ d ,产硫磺0. 5～0. 6 t ,相当气量下现能熔硫7～8 釜/ d ,产硫磺1 t 。每釜开蒸汽的时间由3～4 h 缩短为2～3 h ,每釜所耗蒸汽节省40 % ,每吨硫磺节省0. 6 MPa 蒸汽0. 8 t ,全年节省蒸汽264 t ,全年可多产硫磺144 t [按供H2 量13 500 m3/ h (标态) 计] 。
(6) 目前裂脱气硫吸收率达99. 5 % ,变脱气达96 %以上,硫吸收取出率高,循环贫液pH 值由8. 0 增至8. 7 ,碱度由0. 7～0. 8 增至1. 1 ,从而大大减少了碱的消耗量。按供H2 量13 500 m3/ h(标态) 计,每日节省碱耗0. 2 t ,全年节省66 t 。
(7) 由于贫液中悬浮硫含量低,不再发生设备、管道堵塞而需停车清洗情况,达到连续生产效果。
(8) 供H2 能力仍可增加。
3. 2 经济效益计算[ 按供H2 量13 500 m3/ h (标态) 、每年生产11 个月计]
(1) 多产硫磺费用(按500 元/ t 计) : (1 - 0. 6)×30 ×11 ×500 = 6. 6 万元。
(2) 节省蒸汽费用:每年节省264 t 0. 6 MPa蒸汽,计1 万元。
(3) 节省碱耗费用: 0. 2 ×3 0 ×1 1 ×0. 13 =8. 58 万元。
(4) 节省因硫堵塞倒槽造成溶液浪费费用:每月1 次,每次80 m3 ,计44 万元。
(5) 增加泡沫泵等电耗: ≤2 万元(泵进出口压差很小,小泵) 。
(6) 1 年减少停车3 次,减少放空等损失费用30 万元。
(7) H2 产量由12 000～12 500 m3/ h (标态) 增至13 500～14 000 m3/ h (标态) ,每1 000 m3 H2 减少电耗14 kWh , 成本下降3. 5 元, 每年以供H213 500 m3/ h (标态) 计,降低成本31. 5 万元。
以上7 项合计效益为119. 68 万元。还有以下不可计算的潜在效益:
(1) 减轻了设备、管道腐蚀情况。
(2) 原来倒槽溶液排放造成江水污染,现在消除了排放,获得了环保效益。
(3) 由于气体中H2S 含量减少,使中变、低变、甲烷化触媒减少了中毒,延长了使用寿命。同时减轻了脱硫槽触媒负担,延长了氧化锌触媒的使用寿命。
(4) 确保了己内酰胺的生产能力提高,增加了己内酰胺的产量,其直接经济效益相当可观。
4 结语
戈尔过滤装置的应用和二脱塔、变脱塔空塔改填料塔投入运行以来,取得了非常明显的效果。为了确保脱硫效果、长期运行,需加强戈尔过滤器的管理,根据气量的大小变化随时调优运行参数显得很重要。
另外,为了更进一步优化操作,对再生槽应作进一步测试,算出或调优自吸空气量,*大限度地提高再生效果,获得更好的上等贫液。同时,随着戈尔过滤器的优化操作、稳定运行,可考虑在脱硫塔中放置高效填料,对脱硫系统将会有更大效果,届时供H2 量可达到或超过14 500 m3/ h (标态) 。
