连续熔硫在湿法脱硫中的研究应用

2022-09-11

1 项目研究背景及意义

我公司原采用焦炉煤气中自身含有的氨为碱源, 以PDS为催化剂的湿式氧化法的脱硫工艺。用三足刮刀式离心机分离硫泡沫, 得到产品硫膏 (见图1) 。

1.1 硫膏生产情况

因硫膏产品含水量高达40%且所含杂质多, 致使硫膏产品的销售非常困难甚至难以找到买家。由于三足刮刀式离心机存在劳动强度大、滤布易损耗、设备维修困难等问题致使脱硫生产难以正常运作。离心机滤布容易堵塞、损坏和脱落, 经常更换, 据相关数据统计显示每台次离心机因滤布堵塞、损坏和脱落造成滤布更换的月平均量在15条左右。更换滤布就得将离心机的大盖揭开, 检修人员进入到离心机内部进行操作, 更换一台次的时间至少在4小时以上。

1.2 煤气中硫的危害

脱硫生产的不正常将无法保证煤气中H2S含量满足工艺技术要求。H2S含量超标的煤气会对设备造成严重的腐蚀同时增加精脱硫的负荷量。硫将使用于合成甲醇的催化剂中毒而失去活性, 严重影响甲醇的正常生产。

面对现行设备状况和市场情况, 迫使我们寻找一种更利于生产操作和能创造更大价值的工艺方案。

2 硫磺生产工艺概述

将生产硫膏工艺改为采用新型熔硫釜生产硫磺工艺 (见图2) 。来自脱硫系统的硫泡沫进入硫泡沫浓缩槽, 经静止沉降从硫泡沫中分离出的清液自流返回脱硫系统。浓缩后的硫膏用泵送入熔硫器。硫膏在熔硫器的换热段内与熔硫后返回的清液换热后下降进入加热段。加热段由间接蒸汽供热, 硫膏在加热段内经加热、分离、熔融、沉降等过程, 熔融硫与清液分离, 液态硫磺继续下降进入贮硫段。在贮硫段内, 熔融硫经排硫装置间歇排出, 冷却后装袋入库。加热段分离出的高温清液, 向上进入熔硫器换热段, 与下降的硫膏直接接逆流换热后返回脱硫系统。

2.1 连续熔硫釜工艺优化

熔硫釜排清液管与硫泡沫槽清液排出管共用一根管道时, 熔硫釜排出的清液因温度较高形成的水蒸汽返回到硫泡沫槽不便于硫泡沫槽的操作。熔硫釜和硫泡沫槽排出的清液到地下低位槽用低位槽泵抽送至溶液循环槽, 操作较为复杂且当地位槽泵出现问题将制约着熔硫釜和硫泡沫槽的正常操作。通过对工艺和现场情况的研究, 将熔硫釜和硫泡沫槽排清液管各设置一根独立的管道且直接进入溶液循环槽。经技术改造后硫泡沫槽不再有蒸汽冒出方便了硫泡沫槽的操作, 熔硫釜和硫泡沫槽排出的清液不再进入低位槽而直接进入溶液循环槽, 避免了因低位槽泵出现故障而导致熔硫釜和硫泡沫槽无法正常操作。

2.2 连续熔硫釜技术创新点

2.2.1 新熔硫装置实现了操作的自动化

从熔硫设备的进料到外排清液均实现了自动化连续生产。在硫泡沫浓缩槽中利用不同介质的密度差实现了清液与硫膏的连续自动分离。熔硫器的供热量是根据操作温度进行控制, 采用自动稳压调节阀以满足熔硫过程的正常运行。

2.2.2 采用深度换热工艺

传统熔硫工艺的蒸汽耗量为3.0-4.0kg/kg硫, 分别以三个阶段分离温度不等的清液, 即硫泡沫槽中加热沉降分离出的清液、向熔硫釜中添加硫膏时间歇排出的清液和熔硫结束放硫排渣后排出的清液。排出的清液温度分别为80、95和135℃左右, 其加权平均温度约90℃。

新熔硫装置的硫泡沫浓缩槽在不加热的条件下, 将分离清液返回煤气脱硫系统。而传统工艺的硫泡沫槽在正常操作时, 需利用外供蒸汽将硫泡沫加热至80℃左右分离清液。因此, 新工艺的硫泡沫浓缩槽的节能效果显著。其次, 熔硫过程中分离出的高温清液, 在连续熔硫器的换热段与热硫膏换热后再外排, 可使清液温度降至65℃以下, 远低于传统工艺硫泡沫槽分离清液80℃的温度, 充分利用了熔硫器外排清液的热量。

上述节能措施可使熔硫系统的蒸汽耗量降至0.5-0.7kg/kg硫, 其加热蒸汽耗量仅相当于传统工艺的15%左右。熔硫釜消耗的蒸汽量相当于原3个硫泡沫槽用于加热硫泡沫消耗的蒸汽量。

3 项目取得的成效

3.1 硫膏生产工艺技改为生产硫磺工艺

在充分保有现有生产工艺与设备设施的情况下, 利用硫膏工艺生产设备保留原有硫泡沫槽并对其改造使其能在不加热条件下实现硫泡沫的浓缩。利用原有硫膏生产厂房增设连续熔硫釜及配套控制装置, 彻底解决了原硫膏销售困难, 离心机检修成本高, 人员劳动强度大等制约脱硫系统正常运行的因素。

3.2 优化操作, 降低劳动强度, 节约成本

新熔硫装置实现了操作的自动化, 从熔硫设备的进料到外排清液均实现了自动化连续生产。在硫泡沫浓缩槽中利用不同介质的密度差实现了清液与硫膏的连续自动分离。熔硫器的供热量是根据操作温度进行控制, 采用自动稳压调节阀以满足熔硫过程的正常运行。一台三足刮刀式离心机电机功率为18.5KW, 需同时运行2台才能满足生产, 现硫泡沫泵电机功率为11KW, 只需一台就能满足生产, 年节约用电约227760度, 节约电费成本19万余元 (电价按每度0.85元计算) 。

使用离心机生产硫膏工艺需每班再增加一名操作人员, 从操作人员配备上直接节约人工成本近15万元。离心机滤布为易损物品且更换劳动强度大, 熔硫釜无易损部件, 大大节省了维修成本, 年节约维修成本约20万元。现硫磺价格在500-700元/吨, 按照设计年产1621吨, 可为公司年降低成本90余万元。

3.3 提高煤气质量, 减少环境污染

脱硫系统的正常运转保证了煤气中H2S含量符合工艺生产指标, 有效的减少了对煤气管道及设备的腐蚀;满足了生产甲醇用煤气对硫含量的要求, 为甲醇的正常生产提供保障;回炉煤气、锅炉及煤气管式炉燃烧用煤气估计用量2.2万Nm3/h, 塔前煤气含硫化氢在3g/Nm3左右计算, 则年减少SO2排放量约1100吨, 大大减少了对环境的污染, 产生很好的环保效益。

4 结语

因硫膏生产工艺中硫膏销售困难, 不易储存, 离心机检修成本高, 人员劳动强度大, 生产环境差等因素制约着脱硫系统的正常运行。通过硫膏与硫磺生产情况的对比分析, 采用以熔硫釜生产硫磺生产工艺, 现系统运行稳定, 各项工艺操作指标正常, 为甲醇生产提供合格的煤气, 并大大降低了对大气的污染, 起到保护环境的作用。通过对硫膏生产工艺的技改减轻了工人劳动强度和设备维修强度, 减少了耗电设备的投入, 可年降低生产成本合计约144万元。

摘要：简述了硫膏与硫磺生产工艺情况, 提出硫膏生产工艺中的一些制约正常生产的因素。对硫磺生产工艺从工艺结构、能耗、效益进行了相应论述, 对两种生产工艺效益进行了对比;总结提出硫磺生产工艺的先进性。

关键词：硫膏,硫磺,熔硫釜,生产工艺