如何优化湿法脱硫工艺设备配置？

0 序 言

上世纪三四十年代，从国外进口一种银白色粉状物质，取其少量撒进田间，并随之浇水，几天之后，弱小的禾苗就茁壮生长。是碳铵、硫铵、硝铵还是复合肥，却无从考证，农民给其取的中国名——“肥田粉”。

几年之后，制造“肥田粉”的装备也有所引进，并在应用中不断改进，进而研发并创新。短短半个世纪，就形成了相当规模，且较为完善的工艺装备体系。

回顾我国合成氨、合成甲醇，以及其它煤化工的脱硫工艺发展史，从年产千吨级到万吨级、十几万吨级到上百万吨级的大型、特大型的高知名度企业，无不与脱硫工艺装备的引进、改进、研发及其创新息息相关，无不与脱硫工艺技术含量，特别是其核心技术含量的不断提高息息相关。

1 综 述

湿式氧化法脱硫是十分复杂的系统工程，不仅需要工艺条件的合理选择，工艺过程的科学管理，优质催化剂的适量配加，特别是工艺装备的优化配置。

其工艺装备可称脱硫生产的主体，而气液相际之间的传质，则是脱硫工艺技术的核心。因此，强化传质过程，提高传质效率，才是脱硫工作者关注的焦点。

由上述要项组合的运行综合体，可确保脱硫—再生—硫回收三大工艺环节可调、可控、均衡、稳定，以保持脱硫液长周期的正常运行。

2 脱 硫

脱硫塔是脱硫生产的主要设备，脱硫过程是在脱硫塔内完成的。经过半个多世纪的应用、改进及不断发展，目前已形成多种塔型，以满足不同工况条件下，脱除工艺气体中硫化氢的工艺要求。

塔型通常按塔内件的结构分类，与之相称且目前常用的塔型分两大类：板式塔、填料塔（又分散装与规整两类）

2.1 板式塔

塔体内装有一定数量的塔盘，工艺气以喷射或鼓泡的形式穿透（过）塔盘的液层，完成气液相际之相的传质过程，气液两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式的变化。工艺气中的H2S含量阶梯式降低，而脱硫液中的HS-含量则阶梯式增多。

2.2 填料型脱硫塔

(1) 规整型填料塔（含垂直筛板塔）：初始投运，气液的传质效率较高，运行一段时期，因多种原因则逐渐下降，而塔阻力则相应的增加，一但堵塔，清塔后再回装就比较困难，目前多数企业已弃用。

(2)散装型填料塔：塔内装一定段数、一定段高、一定数量的填料，脱硫液沿填料的表面自上而下呈液膜状流动，且时有不均匀甚至断档的现象，呈不连续相，与自下而上呈连续相的工艺气，逆向完成传质过程。这种不均匀或断档现象，也成为此后填料段堵塞的重要成因之一。而由此造成的塔阻力增长，脱硫效率下降，物料损耗增多，塔拦液带液等，终将导致系统的减负荷或被迫停车。几乎所有环型填料，脱硫液初始淋洒在其表面的分散度较好，脱硫液下移，而再分布的性能就较差，这是其环型结构所固有的，这也是此后填料塔堵塞的重要原因之二。而其弯向环心的叶片，却可增大气体的喘动功能。

2.3 新开发工艺之空塔喷淋塔型工艺

由于诸多因素，填料塔渐进式的堵塞是不可避免的，目前已知的堵塔成因有二三十种之多，且多为混合型堵塞。但有两个主要的成因必须同时存在，即：附着物（或堵塞物）与被附着主体（或被堵塞主体）。“二者缺一”，就不会造成塔堵。“皮之不存，毛将焉符”，基于上述机理，东狮公司研发了空塔喷淋型半水煤气脱硫塔和“QYD型”加压变换气脱硫塔。投入运行后较好的解决了堵塔问题，也强化了气液相际间的传质过程。

空塔喷淋型半水煤气脱硫塔,该塔型原属除尘及降温的塔系，由于其结构简单，塔体利用率高，气液相际间的传质效率高，运行成本低等优势。特别是其不会造成堵塔的特性。近年来被引入脱硫塔系列，并在投运后很快就获得了业内以及企业的高度关注。

空塔喷淋型脱硫塔的关键部件是高功能的雾化喷头，依据工艺气的气量及硫化氢含量，以及对硫化氢的净化度要求，合理配置其塔型，喷头的层数及其支数，以及脱硫泵的扬程及流量等相应的装备，特别强调的是，为防喷头的堵塞，应在贫液槽的出口配置并联的“一开一备”的管道过滤器，此应成为重要的塔系副件。或者采用不停车就可清理的组合式的套装喷头。

工艺气从塔底进入，经气体分布器上行，与高密度、高均匀度、高强度的雾化脱硫贫液，逆向流动，完成传质过程，而后经除沫器出塔，进入下一个工序，而下行的脱硫富液，则经塔底的液封装置流出塔外（如果喷淋空塔后面是串联的填料塔流程，则喷淋空塔可不设置除沫器）。

工艺过程高密度的液相球型小颗粒，展开有极大的表面。气液逆向流动有较强的动能，以及足够长的时间及适宜的温度，较好的满足了气液传质的四要素。因此，气液相际间的传质效率高，脱硫效率高，该塔型可单独配置，也可与填料塔复合式的配置，属液相主导传质。

2.4 新开发的QYD型传质内件应用于变换气脱硫塔

QYD型传质内件的加压变换气脱硫塔的核心技术是分层规整排管式的多孔鼓泡工艺技术。加压变换气由塔底部进塔后，直接入气体分布器，而后进入持液段，完成气液相际之间鼓泡式的传质过程。脱硫液经液封流出，完成第一个生产单元；而出持液段的气体呈夹带液状的气液泡上升，经气泡再分布装置进入上一层的持液段，进行第二个生产单元。该生产单元之后，持液段的脱硫液经降液管流至下一段的持液段，进行再吸收……气体在上层出塔前需经除沫器完成气液分离，而后出塔，再进入下道工序。通常该装置可分三层或四层配置。

该塔型阻力低，塔阻力系各持液段的“段高之和”，规整排管式确保了气泡的不偏离，多孔鼓泡式增大了气液的相际介面，强化了动态传质的过程，故传质效率高，CO2的低吸收率，降低了NaHCO3的生成，同时也降低了脱硫液的粘度，总体提高了脱硫液的质量。总之，加压变换气脱硫，压力等级越高，溶入量越多，脱硫效率越好，属气相主导传质。

3 再 生

再生装备是脱硫过程的关键性设备。脱硫富液的再生是在再生塔或再生槽中完成的。

上世纪八十年代化肥大发展期间，不少年产千吨级小型县级的化肥厂只脱硫不再生，脱硫液中加入稀氨水吸收，氨水是时边加入边排放，十分简单，称湿法脱硫。之后，在水泥池中通入正压空气，升级为简单的湿式氧化法脱硫。再之后，加入适量的催化剂，升级为高一级的湿式氧化法脱硫工艺。

4 喷雾器与喷射器

上世纪四五十年代，有一种口吹式家庭用的喷雾器，其结构十分简单，且适用，两根金属薄壁管，管径约0.5公分，长管约15公分。一端缩口至0.15公分，横向配置，称吹气管，短管约10公分，垂直插入药液瓶内，称吸液管，两管成90度直角固位，但不相交。应用时用力一吹，横管的缩口处就产生高速气流，而在吸液管的上口处形成“负压区”，吸液管内外的压力差，致使管内的液位上升，而溢出，高速气流将其雾化而喷出。之后，吹式升级为打气筒式，提高了工作效率，强化了雾化功能，但仍属间歇式的低级雾化技术。此称“文丘里”管效应。或受此启发，十年之后，高华教授研制并开发出目前工业用的喷射器。

其实，喷雾器与喷射器属同样的工作原理，就如同一对双胞胎兄弟。高塔加入正压空气再生，进化到低槽负压吸入空气再生，仍堪称“里程碑”式的技术进步。

5 硫回收

目前使用的硫回收方法：1、间歇式熔硫；2、连续式熔硫；3、三足转鼓式回收；4、陶瓷过滤机。其中陶瓷过滤机是新开发的机型。它是一种集真空效应与毛细效应为一体的脱水装置，其关键部件是由氧化铝烧结材料，所制作的高均匀度高密度多微孔的滤盘，这些特殊的微孔具有毛细作用，按照“开尔文”定律，对应某一微孔直径，表面张力在微孔里产生毛细效应，迫使微孔里的水位上升，而后从滤盘的微孔里流出。

由于水与亲水的氧化铝，滤盘上的微孔的表面张力作用，其孔径适当时，微孔不会流出所含的水，微孔中的毛细作用大于真空所施加的外力，可使微孔保持充满水的状态，滤盘的特殊功能——使空气不能通过，从而产生只允许脱硫液通过，形成“亚绝对”真空。过滤机浸入脱硫泡沫槽中运行时，硫颗粒则附着在滤盘上。该机的工作效率，在很大程度上与硫泡沫的含硫量以及硫颗粒的大小有关。该机型的“两阻档-通过”功能，致使滤液清似水，改善了工作环境，降低了劳动强度，提高了硫黄回收率。物理的吸收过程，避免了副盐的增多，保证了脱硫液质量，降低了能耗及物耗。