脱硫应用—加压变换气脱硫一些问题的分析和探讨

脱硫，作为净化工序的第一步，足见其在生产过程中的重要性。在化工生产中为了彻底脱除原料气中含硫物质（主要是有机硫和无机硫），在工艺流程中不仅设置了常脱，还在变换之后设置了变脱。还有的厂家为了后工序产品的需要，还在湿脱之后设置了精脱硫。另外，为了加强有机硫转化，很多厂家还在工序之间设置了水解流程等等。所有这些脱硫措施最终目的就是加强原料气中含硫物质的净化。使合格的原料气进入后工序，以此满足后工序的正常生产。然而正是因为设置了这些脱硫过程，由于所配备的工艺、设备、选取的物料以及操作和管理的不当，给整个工序连续化的生产带来了诸多的不便，有的已严重影响了企业的正常生产，并给企业造成了巨大的经济损失。在这里我们着重探讨分析加压变换气湿法脱硫的一些问题。

变换气脱硫，按照系统压力的不同，从广义上看大约可分为如下几个等级：0.8MPa 、 1.5 MPa 、 2.0 MPa 、 2.5 MPa 、3.0 MPa（但在实际生产中，由于各个企业的变换以及之后的系统阻力不一样，造成各个等级下的脱硫塔压力上下都有所波动）。不同的压力下，虽然脱硫反应的机理是一样的，但在工程设计和实际操作中将有很大的差距。近年来，由于企业生产负荷的加大以及变换工艺的不断调整，使变换气湿法脱硫不断地暴露出一些问题。而且随着压力等级的提高，所暴露的问题越多，出现的问题也越复杂。多年来由于认识上的错觉，大家一致认为变换气脱硫比常脱来的容易，其实并不然。下面我们从以下几个方面来分析探讨变换气脱硫的一些问题；

1、 再生状况不好，脱硫效率不稳定。

总体上看，变脱再生状况不如常脱好，出现问题也比较多，象澡泡、虚泡、飞泡、无泡等现象经常在变脱出现。脱硫效率也不稳定，效率高的厂家能达到95%以上，低的厂家却不足50%，有的厂家甚至出现了进出口硫化氢一样高的奇怪现象。通过总结归纳，我们发现脱硫效率低的现象主要集中在压力等级低的变换气脱硫上，象0.8MPa压力下出现的几率最多。而再生状况不好的现象主要集中在压力等级高的变换气脱硫上，

特别在2.0-3.0MPa这个级别上出现的几率最高，主要表现为硫泡沫浮选差，泡沫稀疏，悬浮硫偏高。这种现象在行业内引起争议比较大，争议的焦点在于：许多人认为产生这种现象的原因主要是脱硫液中溶解CO2造成的，

在喷射器和再生槽里由于CO2的大量解吸干扰了喷射器正常的吸气，进而影响了浮选。但好多人却毅然反对这种观点。因为在现实生产中，为了避免CO2的影响，大多数厂家都在变脱塔出口设置闪蒸槽以此延缓它的影响，然而这种措施并没有让我们得到满意的效果。我们发现没有闪蒸槽的生产流程也并没有我们想象那样差，

也就是说有的厂家开的很不错；有闪蒸槽的生产流程，再生效果也并没有我们想象那样好，有的厂家却开的很差。还有一种，也是我们不期望看到的现象就是有的厂家为了彻底摆脱CO2的影响，开好再生系统，干脆把脱硫塔出口脱硫液从较高的压力减压到常压，然后从新加压至0.4-0.5MPa去再生槽再生，据现场反馈的数字看,现在开的还不错。

我们可以想象，假如真是CO2影响了再生，那采用这种方法也未尝不可（当然还有比这更好的方法解决它）。但如果是另有起因，那企业损失可就大了。别的不说，仅电耗一年就是相当可观的损失。所以一个企业做这方面决策时，一定要慎而有慎，绝不能盲目从事，毕竟这种损失是巨大的，而且是长期的。对于以上提出的问题目前仍没有得到解决，也没有找到问题的实质。说到底就是没有合适的理论去解释它，所以也就不能武断提出一些解决问题的方法。

2、 变换气进出塔温差较大。

1、CO3 2-(aq)+H2S(g)=HS-(aq)+HCO3 -(aq)

反应热为：12.68KJ/mol

2、CO3 2-(aq)+CO2=HCO3 -(aq)

反应热为：330.48KJ/mol

这里仅列举碱溶液吸收硫化氢和二氧化碳的反应，其实整个脱硫反应，无论是主反应还是副反应，基本上都是放热反应，因此出脱硫塔的气体有一定的温差是很正常的。那为什么在半脱表现不明显呢？其实原因很简单，一方面半脱溶液量比较大，即使反应放出一部分热量，也很难使这么多溶液的温度升得太高的，另一方面，由于喷射器吸收大量的空气，也会使溶液在再生过程中因释放大量的气体而带走一定的热量，这样也会使脱硫温度大大降低的，

再一方面，在半脱，其主要的放热反应是碱溶液吸收硫化氢和二氧化碳的反应，而吸收H2S这个反应热其实很小的，仅仅为12.68KJ/moL，CO2的反应热虽然很大（330.48 KJ/moL），但由于其含量少(气体中CO2含量仅为6-8%左右)，压力低，溶解量很少，所以参与反应的CO2的量很少，自然其反应热就少了。

但对于加压变换气脱硫反应可就大不一样了，首先变脱的溶液量都较少，这是温升的潜在因素，另一方面，相对于半脱来说，变换气中的CO2含量较高，几乎是它的4倍左右，这样CO2的反应几率就越大，再一方面，由于压力的升高，CO2的分压大大增加，从而使CO2的扩散溶解速度增加，势必造成参与反应的CO2的量大幅度增加，这也就是为什么压力越高温差越大的根本原因了。综合以上几个因素，我们就不难理解加压变换气脱硫进出塔气体温差大的原因了。这也给我们搞工程设计的人提供较好的理论基础。

3、 堵塔的问题

可以说，脱硫塔堵塔的问题，一直困扰着企业，无论是常脱还是变脱都无法避免，只是时间长短不同而已。以前变脱出现堵塔的几率较低，单塔运行时间较长，2-3年不用扒塔的现象大有所在。但从近几年来看，变脱出现堵塔的机会也越来越多了，并且压力等级越高，堵塔几率越大。

使单塔的运行周期大大缩短，虽然许多厂家在工艺和设备上都做了大量技术改造，也取得了一定的效果，但仍不令人满意，特别是2.0MPa以上压力等级的变换气脱硫，出现的堵塔几率大大增加，使许多企业蒙受巨大的损失。我们在售后技术服务时，已多次发现这样的问题，先后在山东、河南、山西、安徽等区域等多次出现类似情况。虽然他们也进行多方面的技术改造，但由于许多客观因素的影响，使个别企业目前仍没有摆脱堵塔因素的困扰，像山西一家3.0Mpa的变换气脱硫，至今没有解决堵塔问题，脱硫塔一年多次扒塔，给企业带来巨大的经济损失。

我们说堵塔因素相当多，不下数十种，但堵塔的种类归结起来，只有如下四种：硫堵、盐堵、机械杂质堵以及硫盐混合堵。而对于变换气脱硫来讲，硫堵要占90%以上。很多企业也都在注意这方面的因素，并在实际生产中刻意加强技术改造并优化操作，特别在填料的选取、内件结构的调整、溶液循环量的大小、溶液再生度等方面做了大量工作，在工程设计和技术改造中也都予以充分的考虑，有的企业取得了一定的效果，但有的企业却仍没有得到有效的改善。

经过我们总结，我们发现堵塔迹象主要表现为:压力等级高的比压力等级低的几率高，变换气中硫化氢含量高的比硫化氢含量低的几率高，选取全低变工艺流程的要比中低变或中低低的工艺流程的几率高。而且堵塔的循序一般都为由下向上堵，处理难度比常脱大，所用时间也比常脱长。我们曾为山西一家10万吨甲醇厂处理变脱塔堵问题，用了一个多月时间才把塔的阻力从140Kpa降到40Kpa，有幸的是该厂家能够严格按照我公司制定的技术方案，持之以恒，最后才取得这样的结果。否则，只有停车扒塔，所造成的损失就可想而知了。那为何出现这种情况呢？

如果我们排除一些常见的堵塔因素，如：1、循环量不足造成塔的喷淋密度不够，局部形成“干区”而造成堵塔。2、再生效果不好，贫液中悬浮硫较高。3、填料层较高（6米以上）没有设置分布器，造成溶液偏流。4、塔内件（分布器、再分布器以及填料支撑装置）结构不合理。5、填料选取不合理（由于脱硫液以及单质硫物化性质的特殊性，许多传质介质面积较高的填料并不适合作为脱硫塔填料，特别是压力等级高时，更要注意填料的选取。）。6、填料倒伏或破损等等（当然还有其它诸多原因在这里不在一一列举）。

那么还有一个非常重要的因素，也是我们一直被忽视的因素——碱溶液吸收硫化氢的反应速度的影响。我们在探讨H2S和碱溶液的反应机理时，一再强调脱硫液吸收H2S是一个快速的化学反应，而正是这种快速的化学反应过程，带来一些我们没有预料到的一些问题，使我们在脱硫塔工程设计特别在填料或内件选取上没有予以充分的考虑，使许多诸如堵塔这样的隐患因素一直伴随其中，有的已给企业带来巨大的经济损失。

我们从理论上来分析一下这个反应过程：一方面，变换气是由下而上进脱硫塔的，此时变换气中H2S的浓度最高，气相分压最大，气体向液体里扩散速度也随之增大，在同等传质面积、同等吸收液的浓度条件下，脱硫液吸收H2S的推动力此时也最大，因此当变换气经过塔底部第一层填料时的反应速度最快。单位时间内吸收H2S的量也最多。

这样此时溶液中SH-转化为单质硫的量也最大。此外，由于脱硫液是从上而下的，在下降过程中，脱硫液不断吸收H2S并不断将其转化为单质硫，因此脱硫液中单质硫的含量也在不断增加，当其到达底层填料时溶液中的悬浮硫含量最高。这两方面的原因使底部填料出现硫堵，就不难理解了。

另一方面，脱硫反应是一个气液传质过程，随着气相压力的升高，H2S的气相分压就越大，这无疑加大了H2S的溶解和扩散过程，最终使反应速度加快。再一方面，作为反应介质H2S来说，在同等压力情况下，浓度越高，气相分压就越大，吸收推动力就越大，这样反应速度也就越快。综合这三方面的因素，我们就很容易理解为何系统压力越高，堵塔的几率就越高，进塔变换气H2S含量越大，堵塔几率也就越大的现象了。既然知道问题的实质，那我们在生产操作、工程设计以及技术开发中应该如何采取措施来避免或延缓这种现象发生呢？

如果排除以上所说的6个原因造成的硫堵现象，那我们所能做的首先要对塔的填料进行调整，从下到上，填料由大到小，按次序装填，从而来适应这个反应过程，这样可能会影响净化度，但在技术改造或工程设计时如果能够充分考虑这些因素，那净化度的问题就能迎刃而解。特别对于2.0MPa以上等级且H2S含量又比较高(200mg/Nm3以上)的变换气脱硫,更要注意这个现象，有时为了生产需要，完全可以把脱硫塔设计成4层，底部为空塔喷淋(采用高效雾化喷头)，第二层为格珊填料，三、四层为小规格的散装填料，从而可以大大延缓硫堵现象。这种方法在理论上是成立的，在实践也得到了证实。

另外还有一种方法，把脱硫塔改为无填料塔，这在行业界一直有争议的问题，但也唯有这种方法才能彻底解决堵塔现象。这种塔型很多，如:垂直筛板塔、旋流板塔、泡罩塔等等、这些塔型在其它工序均都用过，而且效果不错，像变换的饱和热水塔、脱碳吸收塔、解吸塔甚至铜洗塔等等，但由于脱硫反应介质的特殊性以及较高净化度的要求，使这些塔型在变脱上没有被完全推广运用（以前也有企业尝试应用，成功的很少，大多都以净化度不高而逐渐被淘汰）。

但我们如果用科学的态度来对待这些问题，而不是简单的生搬硬套的使用这些技术，也许会产生一些预想不到的结果。我们知道任何一种塔型结构，之所以能够在化工生产中得以应用，都有它科学的合理性的一面，它之所以不能在脱硫这个领域被应用，肯定有一些我们没有研究透的理论。我公司气体净化设计中心的技术人员多年来通过研究这些塔型在使用中的不足之处，特别是在脱硫塔上的应用所出现的问题进行探讨和分析，并为厂家的内件进行多次适当的调整和改造，久而久之，就形成一套成熟的经验，最终研制出适合于脱硫这一特殊反应介质的一种塔内件结构—QYD型气液传质装置。

该装置充分利用了脱硫反应机理，采用气液直接接触，并依据H2S含量高低设置特殊的气液接触装置，使气液之间动态接触，湍动传质，这不仅大大提高了净化度，而且也彻底解决了堵塔问题。该内件结构简单，操作弹性大，塔阻力降低，投资小，见效快，特别适应于旧脱硫塔改造，经改造后脱硫塔单塔生产能力得到大幅度提高（生产能力将提高30-50%），净化度也得到有效的改善，如果用于新塔设计，投资费用将节省1/3-1/2。该产品届时将全面向市场推出，以此帮助厂家改造，扩大生产规模。

以上仅仅列举了变换气湿法脱硫在生产中出现的诸多问题的一部分，但却具有一定的代表性。列举的目的是为了让大家针对问题进行探讨、交流和学习，集大家的智慧，寻求找到解决问题的方法，为脱硫净化行业做出各自的贡献。