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    合成氨脱硫系统的几个问题

    在合成氨生产各单元操作中,工艺最为简单的恐怕就是脱硫系统了。但是,在实际生产中,出现问题最多的恰恰也是脱硫。正如一位资深化工专家在评价脱硫催化剂时所说,每一种正规的脱硫催化剂都能很好的解决脱硫问题,但是,真正使用很好的厂家却不是太多。这是由于脱硫系统的复杂性和多变性所决定的。笔者二十多年来一直从事脱硫系统的生产管理与技术管理,特别是近年来,因为工作关系,接触了更多合成氨厂的脱硫装置,现对目前脱硫装置中容易出现的一些问题归纳整理如下,不当之处请同行指教。

    1 统筹考虑 制定合理的控制指标

    在合成氨生产中,因为工艺流程的不同,如有联醇与不联醇的,变换有全低变与中低低等,对H2S的要求也不同。这就必须要针对本企业具体的工艺流程,统筹考虑,制定合理的H2S指标。笔者认为,无论什么样的工艺,总的原则和指导思想应该是:在确保变换低变催化剂需要的前提下,尽可能降低半水煤气脱硫与变换气脱硫的控制指标。而低变催化剂所需最低H2S浓度,仅仅是在一定的反应温度和一定汽气比下的一个定值,其值高低主要取决于另两个因素。而低变后,硫对合成氨生产的影响百害而无一利。因此,在满足低变催化剂需求的前提下对半水煤气脱硫后的H2S指标取低限,可以更有效的减轻后工序脱硫的压力,从而使生产更易控制。但是,实际上,好多厂子没有做到这一点,特别是有的厂子,当低变催化剂稍有异常,不是针对问题全面分析原因,在降低蒸汽用量或温度调节上下功夫,而是盲目的提高进口H2S指标。笔者在安徽就见到这样一家企业,该厂因为是全低变工艺,所以厂方认为变换进口H2S越高越好。在这个思想指导下,该厂半水煤气脱硫长期停运,变换出口气体分两路,一路直接去变压吸附脱碳,一路经变换气脱硫塔去碳化。两路气体分别经活性炭精脱硫槽后汇合回压缩机三入。该厂半水煤气中H2S一般在500-700mg/m3,而变换气脱硫能力又偏小,变脱后H2S长期控制在200-300 mg/m3,这样就带来了一系列恶果:由于变压吸附解折出的气体中H2S浓度太高,使脱碳腐蚀严重;活性炭精脱硫剂更换频繁;由于硫中毒,甲醇催化剂三个月就要更换;合成催化剂也因硫中毒而寿命很短。后来在笔者的建议下,坚持一次脱硫常开,脱硫后H2S指标控制在50-70 mg/m3,既保证了低变催化剂的硫需求,又最大限度的减轻了变换气脱硫的负荷。当然,该厂要想彻底解决硫的问题,还要从根本上增加变换气脱硫的能力,严格控制变换气脱硫后H2S在10 mg/m3以内。所以说,把整个合成氨生产的半脱、变脱、精脱以及深度脱硫做为一个系统工程来综合考虑,从而合理分配与控制各阶段的任务和指标,是有着现实意义的。

    2 必须有完善的脱硫工艺流程

    合成氨脱硫的生产工艺流程是比较简单的,也是经典流程。在几十年的发展过程中,也只是设备规格越来越大,以及在除尘降温方面下了点功夫,而没有对主要设备予以取舍。但是,有些厂子却对此问题不够重视,随意性太大。笔者在山西和山东都分别见到有的厂子,因为各种原因,取消了脱硫塔前面的除尘降温塔,使罗茨鼓风机出来的气体直接进入了脱硫塔。如七月中旬,山东一家企业打电话说半水煤气脱硫出现不正常情况,连续多日没有硫泡沫。笔者到现场时,发现该厂就是罗茨鼓风机出口气体没有除尘降温,直接进脱硫塔。当时实际测了一下,脱硫塔进口的半水煤气在70℃以上。再加上该厂溶液冷却器换热面积也偏小,脱硫塔入口脱硫液温度也高,在这么高的温度下,脱硫液的粘度和表面张力明显下降,空气在再生槽内很难形成气泡。即使形成,气泡膜的粘附性也很差,硫颗粒很难吸附在其表面,且气泡扩散到界面后也极易破碎。另一方面,温度的升高,必然影响单质硫的聚合和浮选。而且,温度高有利于产生副盐,而不利于浮选硫黄。所以,长时间没有硫泡沫就是很自然的了。还有湖南一家厂子,熔硫釜残液量偏多,是正常残液量的四至五倍。不仅蒸汽消耗量太大,而且影响脱硫液质量。经查,其原因也是流程有问题。该厂熔硫釜熔硫后的残液不是经处理后回再生槽,而是又打入了泡沫槽。这样,不仅有一部分残液始终在熔硫系统打循环,相应增加了熔硫釜的负荷,使蒸汽用量无谓消耗太大,另一方面,一部分硫泡沫与熔硫残液的混合液在硫泡沫槽的液位到一定高度时,自动溢流到再生槽内,这部分未经处理的混合液严重影响了脱硫液的质量。后来对流程作了改动,工况也很快恢复正常。所以,在没有一定理论依据和把握的前提下,一般不主张对工艺流程作大的改动,要保持相对完善的脱硫工艺流程。

    3 注重技改投入,使用先进的适用技术

    实际生产中常常会发现,有些厂子脱硫液的控制和其它各项操作管理都没有问题,但就是脱硫不达标。这就说明设备方面存在着严重的缺陷。比如有的厂子生产规模扩大了,但脱硫装置没有及时改进,使脱硫系统超负荷运行;有的设备年久失修,达不到额定能力等。这类现象特别是在4、5万吨的小合成氨厂较为普遍。这就必须通过技术改造来解决问题。在进行技术改造时,要充分考虑运用比较先进的适用技术。如在变换气脱硫系统的改造中,使用东狮公司QYD型气液传质塔内件,也就是通俗称之为无填料变脱塔内件,就是一个很好的选择。该装置的应用不仅大大提高了气体净化度,扩大了生产能力,而且根本上解决了脱硫塔堵塔的问题。该内件结构简单,安装简便,操作弹性大,塔阻力降低,且投资小,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(提高30-50%),而且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。笔者近段时间以来,一直在本公司专门从事无填料变脱塔的内件安装以及开车调试工作,通过对多个厂家的安装与开车实践,对此有着亲身体会。该技术主要效果体现在:一是脱硫效率,在旧塔改造中,无填料塔内件均比改造前脱硫效率要高。二是溶液循环量,在各个应用厂家均有比较明显的降低,节电效果显著。三是改造费用,要比同等能力的填料塔降低三分之一。四是检修方便,节省了大量的人力物力和宝贵的检修时间。这一点,尤其得到了各应用企业的管理人员,车间干部,甚至是普通的车间操作工维修工们的热烈好评。可以说,在所有已经应用过的变脱塔改造厂家中,均取得了明显的经济效益。不仅如此,更应该看到的是,如果该技术用于新装置设计,其效益更为显著。因为,如果用于整个新装置设计,那么由于该内件的性质决定了变脱塔的高度可以比填料塔降低三分之一,加上无填料变脱塔内件的溶液循环量可以较填料塔大为减少,那么,新设计装置中的再生槽的容积可以相应减少,泵的扬程也不需太高,这样综合算下来,无填料变脱塔内件用于新装置设计效益更为可观。遗憾的是,到目前为止,该内件虽然在旧塔改造中已广为成功应用,并得到很好的效果,但新装置设计还没有应用厂家。在这里,也欢迎各位有识之士在有这方面的需要时及时和我公司联系,以便使这项新技术早日得到更广泛的应用,更好的为企业增效益。

    4 重视日常管理

    同等生产规模、同样的设备、同样的催化剂,但脱硫效果却有天壤之别,这样的例子实在是举不胜举。其原因,就是日常管理有差别。在这方面,好多厂家都有着非常好的经验可供大家借鉴。可以想象一下,如果我们的各个厂子都能象山东齐鲁一化那样重视分析工作,长期坚持做脱硫液的全项分析,以分析数据指导生产;能象河南安阳化肥厂那样重视再生槽的操作,把再生槽设为一个岗位,及时观察泡沫浮选、空气量和溢流情况;能象安徽涡阳化肥厂那样重视物料消耗,把物料消耗和操作工的经济效益相挂勾;能象山东宁阳和山东平度化肥厂那样勇于首先使用无填料变脱塔和硫泡沫过滤机等新技术新工艺;能象湖南华容化肥厂那样重视熔硫工作,按熔硫数量给操作工一定比例的奖励;能象安徽肥西化肥厂那样建立完善的脱硫数据档案,使出现任何问题时都有据可查,有章可依,那么,整体脱硫水平肯定会上一个新的台阶。

    总之,在合成氨生产工艺中,H2S含量超指标不象其它指标那样敏感迅速,比如气柜高度低指标要及时停机,否则气柜要抽变形;CO、CO2高了要及时减负荷,否则会造成微量高合成切气等等。而H2S含量高时,一般不会立即使生产受到影响,特别是长期的轻微的超指标,因此就很少见有哪个厂子会因为H2S超指标而立即停机或减量。其实H2S经常超指标更象是慢性中毒,给生产带来的危害更大。好在目前在行业内,特别是脱硫技术协作网的成立和运行,以及每年的脱硫技术交流会使越来越多的企业认识到脱硫工作的重要性和复杂性。笔者相信,在行业内同仁的共同努力下,合成氨的脱硫将会越来越规范和完善。脱硫工艺的进步和发展也必将使合成氨生产更加稳定的长周期运行。

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