气体脱硫富液再生综合塔及其运行效果
【摘要】论述了气体脱硫母液再生综合塔的特点，并结合实际运行工艺说明了综合塔技术的脱硫、节能效果。
【关键词】再生综合塔；综合塔；脱硫；节能
1 引言
随着我国经济快速发展，资源和环境压力越来越突出，节能减排已成为国家可持续发展的一项基本国策。从国家“十一五”到现在实行的“十二五”计划，全国每年执行的节能减排都作硬性指标，分解到各省市、各地区。节能减排已成为各级政府中心工作之一，也成为每个公民的责任和义务。
焦化装置焦炉煤炭干馏过程裂解出的焦炉煤气，合成甲醇、合成氨所用的水煤气、半水煤气都设有湿法脱硫装置，普遍采用“液相催化氧化法”气体脱硫、脱硫液再生工艺，其脱硫母液几乎全部采用传统的“高塔再生”和“自吸式喷射再生工艺”。这两种脱硫母液再生工艺都存在投资大，特别是电耗高的问题。
2004年上海范文松申报“一种脱硫再生装置”专利，申请号200420019648，将自吸式再生装置放在脱硫塔上部，省去了原装置中脱硫贫液泵和贫母液槽，减少设备，节省了装置占地面积，有一定的进步意义。但它仍采用自吸式再生器，吸气量不稳定的问题未能解决，自吸式再生器需要再生富液泵提供扬程较高，又放置在约40米高处，再生富液泵的扬程需要提高到约90米，节能效果不明显，特别是直径较大，装满母液的再生浮选器置于直径较小的脱硫塔之上，为此必然增加脱硫塔钢材用量，增加塔基础设计难度，使这一技术的推广使用受到影响。
2 综合塔的特点
综合塔是山西源辉节能科技有限公司的一项发明专利，全名“一种气体脱硫母液再生综合塔”，专利号：ZL201010201940.9，该装置集气体脱硫、母液再生、副产品硫泡沫浮选分离等多种功能为一体，自上而下一气呵成。上小下大、上轻下重，易出故障的硫泡沫分离部位在塔的下部，方便处理，设备自身稳定，其最大特点为节能节电效果明显。另外，在结构设计上还有一些亮点。
2.1 综合塔的中央管
脱硫溶液循环量决定于脱硫溶液的硫容和需脱除硫的总量以及脱硫净化精度，实践证明对于脱硫所用填料塔而言，有最佳的空塔速度（约0.5米/秒），有最佳的溶液喷淋密度（27~45m3/m2.h），当由空塔速度和气量选定塔径后，对于焦炉煤气因其含硫量高，脱硫液喷淋密度往往远高于最佳喷淋量，本专利技术综合塔中央设置中央进气预脱洗气管，煤气由塔上部进入中央管分出一部分脱硫液喷雾洗气，进行预脱硫，既减轻填料塔脱硫负荷，又使溶液喷淋密度控制在最佳范围，提高脱硫效果。目前因焦炉大型化，脱硫塔大型化趋势明显，其直径小则5~6米，大则7~8米，甚至更大，脱硫塔中设置多层填料，每层填料都用栅板支架支于塔壁，因直径大、跨距大，支架钢材用量很大，设置中央洗气管后，支架跨距缩小一半以上，支架钢材用量大为减少。
2.2 综合塔的防壁流板
填料塔作为传质塔设备有许多优点：例如阻力小，操作弹性大等。但也有一个突出缺点就是液体的壁流效应，通俗地讲就是喷淋液沿填料下降过程向塔壁集中的问题，壁流效应降低了传质效率，为减少壁流效应的不利影响，通常将填料塔设计成多层，每层栅板之下再设计液体再分布圈或液体再分布盘，虽然降低了壁流效应的不利影响，但塔内结构复杂化，特别是大大增加塔的高度，如用于煤气脱硫填料塔填料高度只有12~14米，塔高却在30几米，这是造成脱硫泵扬程提高的原因之一。
综合塔在脱硫塔填料区域塔壁设计一种防液体壁流的结构，让流至塔壁的液体重新返回填料层，均衡液体在填料层中分布，此措施既提高脱硫传质效率，又有效地降低脱硫塔部分高度。气体脱硫液再生综合塔，虽由上中下三部分组成，上部脱硫部分、中部富液反应储存部分、下部脱硫母液再生硫泡沫分离部分，但总高和目前生产中使用的脱硫塔高度相差不大。
2.3 综合塔的再生浮选槽创新结构
目前，不管是脱硫液高塔再生还是自吸式喷射再生槽设备，硫泡沫都是通过周边溢流堰排至周围硫泡沫环形收集槽，而溢流堰内再生空气由溶液中浮出，形成鼓泡状液面，因此通过溢流堰的硫泡沫含液量很高，硫磺含量一般在3%以下。综合塔技术则在硫泡沫溢流堰内环形区设置了平稳区，可有效提高硫泡沫含硫磺量。
另外，综合塔再生浮选槽溢流堰板处设置独特装置，可均衡周边溶液收集量，均衡外筒溶液循环速度，有益于再生浮选过程，减少贫液硫悬浮物的夹带量，有效解决脱硫塔填料层硫磺沉积堵塞问题。
2.4 低压双射流再生器
低压双射流再生器是山西源辉节能科技有限公司的另一项发明专利，专利全名“一种液相催化氧化法脱硫再生装置”专利号：ZL200610140780.5。该装置可用很少的能量达到溶液再生的目的，再生时溶液压力为0.04～0.06MPa，再生空气的工作压力为0.02～0.04MPa。综合塔将该设备设置于塔内，溶液靠重力自流进入低压双射流再生器内即可完成再生反应，有效地减少了脱硫系统的电能消耗。
3 综合塔的应用
3.1 综合塔工艺介绍
山西阳光焦化集团60万吨和240万吨焦化厂的煤气中的H2S含量均约500mg/Nm3，不能满足目前的环保要求，因两脱硫系统的距离较近，故甲方有将两股气源合并后，集中处理H2S的意愿，要求将煤气中的H2S含量降至50mg/Nm3以下。阳光焦化厂提出的设计参数指标如下：
煤气处理量 160000Nm3/h（富裕量10%）
煤气压力 ≤9.0kPa
煤气脱硫温度 ≤30℃
脱硫前煤气进口H2S含量 ≤600mg/Nm3
脱硫后煤气出口H2S含量 ≤50mg /Nm3
因该项目的煤气处理量较大，如单塔运行，则设计出的塔径会较大，设备制作难度增加，工程造价增高，故我方的方案为两塔并联一级脱硫。单塔处理煤气量80000Nm3/h。另外，因本项目为二级脱硫，进口的煤气已经比较清洁，需要脱除的H2S总量也较少，故循环量只要满足填料塔的喷淋密度要求即可，结合项目实际情况，我方将综合塔的中央洗气管改成了煤气出口，这样的好处主要有：
保留了降低设备投资的优势；
煤气外排管路内置，减少了设备偏沉的可能性；
煤气在排出塔外的过程中，在中央管处进行了气液分离，减少了煤气的带液量。
本项目综合塔工艺配套设备主要有：液位调节器、溶液循环槽、溶液循环泵、罗茨风机等。具体流程如图1所示。
为了确保本项目的运行效果，我方选用了质量可靠、信誉高、技术服务好的生产的888-JDS脱硫催化剂，在实际运行中也充分发挥了产品质量、技术服务的优势，为该项目的顺利投产运行提供了技术支持。
焦炉煤气从综合塔的中部进入，脱除H2S后，经中央管排出，脱硫溶液由溶液循环槽经母液循环泵加压后送入综合塔，在填料层与煤气逆向接触进行脱硫反应，完成脱硫后的溶液依靠重力作用直接进入综合塔下部再生段的低压双射流再生器，在再生器内与罗茨风机加压后经空气环管送入的空气接触，进行气液两相氧化再生反应，再生后的脱硫溶液经液位调节器排出进入溶液循环槽，从而完成了液体的闭路循环，浮选出的硫泡沫从溢流堰排出经管路进入后续硫泡沫处理系统。
3.2 综合塔工艺的脱硫效果
经该工艺处理后，当溶液组分符合表1要求时，则煤气中的H2S含量可降至50mg/Nm3以下，如表2所示，为2015年4月20日~2015年4月29日试车期间山西阳光焦化集团化验室检出的分析数据。
3.3 综合塔工艺的节能效果
该项目综合塔脱硫工艺的动力设备主要包括两台溶液循环泵和两台罗茨风机，其中溶液循环泵的单台装机容量为280KW，罗茨风机的单台装机容量为45KW，总装机容量为每小时650KW，与同等规模的自吸式喷射再生脱硫工艺相比节电35%，与高塔再生脱硫工艺相比节电36.89%，与自吸喷射再生一体塔工艺相比节电49.2%。具体用电设备对比表见表3。
4 结语
气体脱硫溶液再生综合塔在原来脱硫塔、再生槽等设备的基础上作了很多创新性的改进，使脱硫工段的脱硫效果及节能效果均有了显著的提高。山西阳光焦化集团二级脱硫装置的实际运行效果也印证了综合塔的脱硫、节能优势，且该工艺具有减少占地、降低投资、简化操作等优点，适合在焦化企业推广应用。
说明：本表是根据基本相当的溶液循环量进行的节能对比，在实际生产中，传统脱硫方法的溶液循环量通常较大，高于本表数值。