揭秘：气脱硫液高塔再生新技术的突破！

摘　要：对净化变换气脱硫液的高塔再生改造为自吸空气喷射再生的工作原理、喷射器和喷射再生槽的设计计算作了较详细的说明，并对改造应用效果做出了评价。

关键词：变脱，脱硫，再生，高塔，喷射，喷射器

1　问题的提出

我公司年产8万t合成氨、13万t尿素扩建工程投入正常生产后，合成氨气体净化系统的脱硫及脱硫液的再生大致情况是：老系统半水煤气的加压脱硫改为常压脱硫（新系统设计为常压脱硫）；变换气脱硫（以下简称变脱）仍采用加压脱硫，需同时开3台变脱塔；变脱后变脱液的再生仍然采用高塔再生。两台变脱液再生塔从原始开车到现在，一直没有进行大的改造，不但设备老化，腐蚀严重，而且操作检修极不方便；更重要的是能耗高，影响系统高负荷生产。

为综合解决变脱液再生塔存在的问题，经过考察调研，我公司决定将变脱液高塔再生改为喷射自吸空气再生，这样可大大降低空气消耗，达到降低能耗和减少设备维修费用的目的。

2　喷射再生改造方案

2.1　改造内容

改造时，在原2#脱硫循环槽位置上新建一个变脱液喷射再生槽，以取代原来的两个变脱液再生塔；原1#、3#脱硫循环槽分别改为1#、2#贫液槽；原变脱塔分离器改为硫泡沫槽，以节省投资。

2.2　工艺流程及工作原理

喷射再生改造后工艺流程示意见图1

图1，喷射再生工艺流程示意图

变脱液喷射再生的工作原理为：变脱脱硫液(富液)利用余压从～1.8MPa减压到～0.4MPa进入喷射再生槽上部的喷射器，脱硫液高速通过喷射器的喷嘴形成射流，并产生局部负压将空气吸入，这样脱硫液通过喷射器自动吸入空气进行氧化反应；此时，两相流体立即被高速分散而处于高速湍动状态，射流变成泡沫流，空气呈气泡状态分散于液体中，气液接触界面大而且不断更新，使脱硫液的吸氧速度大为增加，传质过程极为迅速，再生时间非常短（5～8min即可）；然后进入再生槽，通过筛板将硫泡沫进行浮选，溢出的硫泡沫进入硫泡沫槽，定时用压缩空气压入硫泡沫高位槽，进入硫回收系统；再生后的脱硫液(贫液)通过液位调节器进入贫液槽，用贫液泵送至变脱塔，返回变脱系统循环使用。

2.3　关键设备喷射再生槽的设计计算

图2，喷射再生器结构示意

1-喷嘴，2-吸气室，

3-喉管，4-扩散管，5-尾管

2.3.1　喷射器的参数计算

喷射器结构示意图见图2。喷射器是喷射再生的关键，它直接影响到吸入空气量的多少。本改造设计参考有关文献资料和兄弟厂家的成功经验，对喷射器的设计进行了优化。其主要参数选择及计算如下。

2.3.1.1　喷嘴计算

①喷嘴个数。按照文献，喷射器喷嘴个数按公式（2-1）计算：

n=LT/Li　　　　　　　　　　　　（2-1）

式中，

n——喷射器喷嘴个数，个；

LT——脱硫液的循环量，m3/h。根据现有的生产实际情况，脱硫液的循环量LT按400m3/h计；

Li——每个喷射器溶液处理量，m3/h。取Li=50m3/h。

故，

n=400/50=8(个)

②喷嘴孔径。喷嘴孔径的计算可按公式（2-2）：

di=(Li/(0.785×3600×vi))0.5　　　　　　　　（2-2）

式中，

di——喷嘴孔径，m；

Li——每个喷射器溶液处理量，m3/h。已取Li=50m3/h；

vi——喷嘴流速vi，m/s。现按20m/s设计(一般为17～20m/s)；

故，di=(50/(0.785×3600×20))0.5=0.0297(m)

实际选取di=0.030m。

③喷嘴孔长度。为减少液体阻力，增加流量系数，喷嘴采用整体流线型结构。为加工方便，直接钻孔，喷孔为短圆柱管嘴，喷孔为喷嘴孔径的2～2.5倍，根据生产实际经验取L=0.050m。

④脱硫液入口管直径。按照文献，脱硫液入口管直径dL通常取3倍喷嘴孔径di。故，

dL=3di=3×0.030=0.090（m）

实际选取Φ108管。

2.3.1.2　混合管(喉管)计算

①喉管直径。根据有关资料介绍，喷嘴截面与喉管截面之比约为0.11～0.13。现取比值为0.11，则喉管截面dm计算为：

dm=（di2/0.11）0.5=0.090m

实际选取Φ108管。

②喉管长度。喉管长度Lm可按Lm=1.8～2.1m选取，现取Lm=2m。

2.3.1.3　扩散管计算

图3，喷射再生槽

1-贫液出口，2-富液进口，3-硫泡沫出口，4-放空口

文献规定，扩散管截面与喉管截面之比为3.4～4.0，扩散管角度α=2.5°。

由此可计算得出扩散管尺寸de=0.2m，实际选取Φ219管。

设计时取扩散管长度为1m。

2.3.2　喷射再生槽计算

　　喷射再生槽的结构示意见图3。其相关特性参数计算选取如下。

2.3.2.1　喷射再生槽直径

喷射再生槽直径相关计算公式如（2-3）、（2-4）：

D1=（GA/0.785Ai）0.5　　　　　　　　（2-3）

GA=LT·Ci　　　　　　　　　　　　　　　　（2-4）

上述式中，

D1——槽体直径，m；　

GA——吸气量，m3/h；

Ai——再生槽吹风强度，m3/(m2·h)。Ai一般为70～120m3/(m2.h)，这里取100m3/(m2.h)；

Ci——喷射器抽吸系数，m3/m3。设Ci=4.0m3/m3；

LT——脱硫液的循环量，已知按400m3/h计。

故，

D1=（400×4/（0.785×100））0.5=4.51（m）

实际选取D1=4.5m

2.3.2.2　扩大部分直径

按照文献，扩大部分直径D2按D2=1.0+D1计算。故，

D2=1.0+D1=1.0+4.5=5.5（m）

2.3.2.3　再生槽高度

再生槽高度HT的相关计算公式为：

HT=H1+H2+H3　　　　　　　　　　　　　　　　（2-5）

H1=LT×τ/（0.785D12×60）　　（2-6）

上公式中，

H1——再生槽有效高度，m；

LT——脱硫液的循环量，已知按400m3/h计；

τ——溶液在再生槽内停留时间，min。一般为5～10min，这里取8min；

H2——喷射器出口到槽底距离，m。本次H2取0.9m；　

H3——扩大部分高度，m。现取1.7m。

故，

H1=400×8/（0.785×4.52×60）=3.36（m）　

HT=H1+H2+H3=3.36+0.9+1.7=5.96（m）

实际选取HT=6.0 m

3　改造效果及经济评价

3.1　改造效果

我公司按照喷射再生改造方案改造后，经过实际生产运行，摸索出最佳操作条件，已稳定运行了多年，效果甚佳。表现在以下几个方面。

①与采用高塔再生相比，可大大降低投资费用；

②方便了操作，降低了劳动强度，减少了操作人数；

③设备便于检修，减少了设备的维修费用；

④基本上杜绝了脱硫液的气沫夹带，提高了生产稳定性，也减少了损失，降低了消耗；

⑤停开两台空压机，节约了能源；

⑥脱硫液循环量由改造前的560m3/h减少到400～460m3/h，大大降低了能耗；

⑦再生效果提高后使脱硫效果得到了提高，变脱气出口H2S含量由改造前的22mg/m3降低到15mg/m3以下；

⑧为变脱脱硫液实现从ADA改栲胶脱硫创造了条件，同时也避免了生产过程中需要停车清洗塔内填料。

3.2　经济评价

①停开两台空压机，两台空压机功率为130kW，一年按8000h计，则一年可节约电量为:

130×0.85×8000=884000（kW.h）

②脱硫液循环量由改造前的560m3/h减少到400～460m3/h，泵电流由原来的42A减少到35A(电压为6000V)，一年可节约电量为:

6×(42-35)×8000=336000（kW.h）

③每班可减少操作人数1个；

④据车间保守估计，每年可减少各种维修费用5～10万元；

⑤同时两台再生塔(规格为Φ3000×10×42800，单重约40t)，可进行修旧利废，价值可观。

4　总结

净化变脱脱硫液的再生由高塔再生改为自吸空气喷射再生，既节省了投资，又提高了再生效果，并且降低了能耗。实践证明改造设计取得了成功。它对于中小氮肥行业尤其是有加压变换流程的厂家，具有借鉴意义。