0简介
众所周知，变换气中CO2含量一般为25-30%，半水煤气中为6-8%。变换气中的CO2含量远高于半水煤气中的CO2含量。CO2是酸性气体，碳酸钠溶液吸收CO2后生成碳酸氢钠。CO2含量越高，碳酸氢钠的量越大。对于变换气脱硫，由于脱硫液中碳酸氢钠含量高，一方面不仅会降低脱硫液的PH值，还会降低塔内H2S的传质系数，降低脱硫效率，增加纯碱和催化剂的消耗，导致脱硫成本高。另一方面，溶液中碳酸氢钠的含量高，溶液的粘度增加。当温度下降时， 碳酸氢钠会结晶出来，并与硫膏一起附着在填料上。积累到一定程度就会堵塔，被迫停塔处理，给企业造成很大的经济损失。
近年来，随着煤气化新技术的应用和企业产能结构的调整，加压原料气中二氧化碳和硫化氢的含量越来越高。原料气中二氧化碳的体积百分含量高达45%，硫化氢的含量高达3g/Nm3。高浓度二氧化碳原料气对湿法脱硫系统的影响日益突出。下面，笔者根据一个典型案例，简要阐述加压原料气中高浓度二氧化碳含量对脱硫系统的影响及其处理措施。
1出现问题
2015年6月，我公司为浙江某化工企业设计了一套加压原料气湿法脱硫装置。主要工艺参数为:变换气流量为22000 nm3/h，变换气压力为1.10MPa，变换气中最大H2S含量为3.5g/m3，CO2体积百分比为44%。要求脱硫后的H2S≤20mg/m3。针对上述工况，我公司采用喷淋空塔与复合传质脱硫塔串联的两级脱硫工艺，以满足脱硫后硫化氢的要求。
脱硫吸收设备主要配置:一座φ 2800喷淋空塔串联一座φ 2800新型复合传质脱硫塔。其中喷淋空塔的结构为:塔内布置4层DSP型高效雾化喷嘴，设计脱硫液循环量为250 nm3/h；该复合传质脱硫塔的结构是在塔的上部设置三段高为5米的Dg50聚丙烯散料填料，各段之间设置三层液体再分布器。塔中下部安装三层QYD高效传质内件，设计脱硫液循环量为300m3/h..其中喷淋空塔脱硫效率超过60%， 能够有效降低堵塔的概率，保证系统的长期稳定运行。
工艺流程简述:
液相:来自两个脱硫塔底部的富液减压后进入闪蒸罐。吸收过程中溶解的大部分CO2从闪蒸罐中的脱硫富液中释放出来，富液靠余压(0.4-0.5MPa)进入再生罐的喷射器。当富液高速通过喷嘴时，其吸入室形成负压自动吸入空气，富液和空气流经喉部和扩散管，从尾管排出，从再生罐底部向上流动。此时，富液中悬浮的硫颗粒被空气浮起，形成浮在再生罐上部的硫泡沫。清液经液位调节器与硫磺泡沫分离后流入贫液罐。分别由贫液泵送至两个脱硫塔。
从再生罐上部分离出来的硫磺泡沫流入泡沫罐，由泡沫泵泵入过滤器。滤液直接返回系统使用，过滤后的硫膏进入熔硫釜加工成硫磺出售。
初始开车所需的脱硫液和补充软水在配碱罐中完成。888催化剂根据补充要求从贫液罐入口处的贫液管连续滴入系统。
同年11月中旬脱硫装置投运，我公司派工程师在现场指导启动。当变换气流量达到18000NM3/h的生产负荷时，发现复合传质脱硫塔压差过高，高达80-110 kpa，塔出口气体带液严重。减少循环量、调整脱硫液成分、减产等措施效果不明显，最后被急气叫停。
2问题分析
问题发生后，业主领导高度重视，积极组织相关人员召开专题会议，分析讨论脱硫塔带液问题。经与会人员讨论分析，液体夹带问题的主要原因如下。
1)变换气不仅硫化氢含量高，二氧化碳含量也高，这在化肥生产同行业中很少见。问题的焦点在于变换气中二氧化碳的高浓度。
2)二氧化碳本身就是发泡剂。特别是在加压工况下，吸收变换气中高浓度二氧化碳和硫化氢时，脱硫液粘度增加，脱硫塔内发泡程度强烈。
3)塔内溶液中大量气泡造成填料段之间的液体再分布器堵塞，造成液体堵塞。
4)塔内积液导致塔内压差上升，脱硫液粘度高，产生较多气泡。当塔压差超过80KPa时，脱硫液将随出塔气体一起被抽出至气液分离器。
3解决问题
找到脱硫塔内液体问题的根本原因后，立即与业主一起制定如下处理方案:
(1)取出塔内三个填料段之间的液体再分布器备用。以解决塔内溶液起泡严重、装填不畅造成的液体堵塞问题。
(2)基于压力下变换气中二氧化碳浓度高，硫化氢存在，溶液粘度增大，起泡性高，可加入一定量的植物油消泡。植物油的最佳用量应该在制作过程中找到。油有消泡作用，但一旦加入过多，会使再生罐内难以形成硫磺泡沫，影响再生效果。
4.操作效果
按照制定的方案进行处理后，经过生产验证，收到了良好的效果。变换气流量约为22000 nm3/h，变换气压力为1.10MPa，变换气中的H2S为3.5 g/m3，最大值为4.5g/m3。脱硫后H2S始终为5-8.5mg/Nm3。脱硫液的循环量为280-300m3/h，而且由于脱硫泵的问题，φ 2800喷淋空塔一直没有投运。植物油的加入量是通过生产实践摸索出来的，一天只加5-10ml，保证塔压差在正常范围内。
5经验和措施
通过这个典型的脱硫生产案例，不难看出，对于二氧化碳和硫化氢含量较高的原料气湿法脱硫装置，二氧化碳浓度越高，对脱硫系统的影响越大。特别是二氧化碳与碱液的化学反应容易产生泡沫，在脱硫装置的设计和生产中必须引起高度重视。一方面采取有效措施抑制碱液吸收原料气中二氧化碳而产生碳酸氢钠。另一方面，要考虑溶液起泡对脱硫富液再生效果的影响。
对于高浓度二氧化碳和硫化氢原料气的湿法脱硫工程设计，我们主要采取以下措施:
1)脱硫吸收单元:脱硫塔直径和高度的选择涉及空塔气速、喷淋点密度、液气比等关键参数。根据客户提供的原料气组成、工艺参数等。，以及工程设计的经验数据，我们因地制宜地选择脱硫塔的规格和尺寸。关于脱硫塔结构的确定，塔内填料由无填料传质技术——新型QYDIM高效传质内件代替。传质内部构件通常在塔中设计成三层或四层。它充分利用H2S和碱液吸收的反应原理，根据原料气中CO2和H2S的含量，设置专门的气液接触装置和气泡再分布装置， 使得气液处于动态接触和湍流传质中。不仅气液接触面积大大增加，而且气体在很短的时间内与碱液充分混合接触，提高了脱硫效率。由于气液接触时间的缩短，原料气中CO2对碱液吸收的影响明显改善，溶液中NaHCO3的生成速率有所降低，从而促进了碱液的循环吸收能力。采用无填料传质技术的脱硫塔能很好地适应高硫、高二氧化碳原料气和加压的工况。与传统填料塔相比，新型QYDIM无填料传质内件脱硫塔具有压降稳定、不堵塔、硫容高、综合消耗低等优点。
2)脱硫富液再生装置:脱硫富液再生采用行业内成熟的喷射氧化再生技术。氧化再生罐不仅承担脱硫富液和催化剂的氧化再生任务，还起到气提液中部分CO2和硫泡沫的浮选分离作用。再生罐喷射器采用我公司设计生产的PSC空气自吸喷射器。喷射氧化再生技术具有氧化再生效率高、硫泡沫浮选性好、溶液中悬浮硫低的优点，特别适合与888催化剂配套使用。
3)硫磺回收装置:采用间歇熔硫技术。为了减少熔硫残液对溶液再生效果的干扰，从再生罐中浮起的硫泡沫在高位罐中沉降后进入硫泡沫专用过滤器，滤液直接返回系统使用，过滤后的硫膏在熔硫釜中直接加工成硫磺出售。
5结论
湿法脱硫本身是一个系统工程，脱硫的吸收、再生和硫回收是湿法脱硫系统中不可或缺的三个要素。任何一个环节出现问题都会影响整个系统的稳定运行。三分技术，七分管理。对于湿法脱硫系统的生产管理，应有有效的工艺操作规程规范操作；还必须有强有力的工艺和设备管理措施来加强管理。只有这样，脱硫系统才能长期稳定运行。
