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變脫后串聯(lián)干法脫硫的技改總結(jié)

文檔作者：李洪文徐向東任殿榮文檔來源：山西蘭花煤化工有限責(zé)任公司山西科靈催化凈化技術(shù)發(fā)展公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年08月29日
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1 概述
在以煤為原料、以傳統(tǒng)固定床間歇氣化法生
產(chǎn)合成氨的廠（包括尿素廠和尿素聯(lián)醇廠），脫硫
凈化過程多采用如下工藝：
造氣→ 堿法一次脫硫→ 壓縮→ 變換→
堿法二次脫硫→ 干法粗脫硫→ 脫碳→
干法精脫硫→去后工序。
無論采用何種脫碳工藝，經(jīng)干法粗脫硫后殘
余的硫化物絕大部分將會轉(zhuǎn)移到脫碳工序解吸所
得到的二氧化碳?xì)庵?。為了保證尿素系統(tǒng)正常生
產(chǎn)，通常還會在CO2進(jìn)入尿塔之前設(shè)置干法脫硫
裝置。
因此這類化肥廠通常有三處甚至更多的干法
脫硫裝置，由于脫硫裝置“點多面廣”，設(shè)備投資
大，脫硫劑裝填量大，品種繁雜，管理分散，更換頻
繁且往往不能按大修周期定期更換，影響正常生
產(chǎn)的情況時有發(fā)生。有時為了保證系統(tǒng)不停車，不
得不犧牲“局部利益”勉強(qiáng)維持生產(chǎn)，而由此對生
產(chǎn)管理和設(shè)備正常運行帶來的危害往往是隱性
的，是得不償失的。
如果能夠在變換二次脫硫后實現(xiàn)干法脫硫一
步到位，將原料氣中總硫控制在0.1mg/Nm3以下，
就能夠大大簡化干法脫硫過程、減少設(shè)備、減少脫
硫劑的品種、減少脫硫劑的裝填量和更換次數(shù)、減
少因更換脫硫劑的停車時間，進(jìn)而降低脫硫劑的采
購費用，并降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
2 項目實施方案
山西蘭花煤化工有限公司（一期）生產(chǎn)能力為
18 萬t/a 合成氨、30 萬t/a 尿素，變換過程最初采
用中串低工藝，后改造為全低變，操作壓力
3.6MPa，變換氣中CO 體積分?jǐn)?shù)一般控制在0.5%
以下。濕法堿液變換氣脫硫后串干法脫硫，干法脫
硫后進(jìn)NHD 脫碳系統(tǒng)，后經(jīng)氧化鋅脫硫劑脫硫后
進(jìn)入甲烷化系統(tǒng)（現(xiàn)已改造為雙甲工藝）。正常情
變脫后串聯(lián)干法脫硫的技改總結(jié)
李洪文徐向東
（山西蘭花煤化工有限責(zé)任公司山西晉城048002）
任殿榮
（山西科靈催化凈化技術(shù)發(fā)展公司山西太原030024）
摘要簡要介紹在原變換氣二次脫硫后串聯(lián)三個干法脫硫塔（利用原有的預(yù)脫硫塔、水解塔及精脫硫塔）的技術(shù)改造方
案及實施后的運行效果，既省掉了原水解工藝的前后換熱器、冷卻器，又達(dá)到了脫碳工藝對變換氣中總硫含量的要求。
關(guān)鍵詞變換氣干法脫硫技改
Technical improvement summary of tandemdry desulfuration after shift gas
desulfuration
LI Hong-wen XU Xiang-dong
（Shanxi Lanhua Coal Chemical Industry Co.，Ltd.，Jincheng 048002，Shanxi Provice）
REN Dian-rong
（Shanxi Keling Catalytic Purification Technology Development Company，Taiyuan 030024，Shanxi Provice）
Abstract The paper briefly introduces technical transformation plan，tandem three dry desulfuration towers （make use of
origin pre-desulfuration tower，hydrolyzer tower and fine desulfurization tower）after origin shift gas twice desulfuration，and effect of
implement which not only saving front and back heat exchanger and cooler in origin hydrolysis process，but also achieving sulphur
content require in decarbonization technology.
Keywords shift gas；dry desulfuration；technical improvement
2014 年第35卷第1 期氮肥技術(shù)25
氮 肥 技 術(shù)
況下入干法脫硫系統(tǒng)的變換氣量為≤110
000Nm3/h，H2S≤3.0～10.0mg/Nm3（通常為4.0～7.0
mg/Nm3），（COS+CS2）≤1.20mg/Nm3 （ 通常≤
0.50mg/Nm3，其中主要為COS）。要求干法脫硫后總
硫體積分?jǐn)?shù)≤1.0×10-6，滿足NHD 脫碳對氣體成
分的要求。
原干法脫硫工藝為：
變換氣二次脫硫→ 預(yù)脫硫塔→ 換熱器→
水解催化劑→冷卻器→精脫硫→NHD脫碳
→氧化鋅脫硫→ 去甲烷化。
CO2在進(jìn)尿素系統(tǒng)前設(shè)脫硫塔，內(nèi)裝活性炭脫
硫劑。
自2004 年8 月原始開車至2008 年5 月，上
述工藝脫硫劑正常運行時間均未超過12 個月，更
換脫硫劑不僅花費大量的資金，而且不能保證系
統(tǒng)正常連續(xù)運行，生產(chǎn)管理十分被動。
2008年2月15~16日山西科靈催化凈化技術(shù)
發(fā)展公司對干法脫硫系統(tǒng)氣體進(jìn)行分析檢測，具
體數(shù)據(jù)見表1。
從上述檢測分析數(shù)據(jù)可見：變換氣脫硫后硫
化物含量符合工藝指標(biāo)要求；預(yù)脫硫后H2S 略有
下降，但COS 含量卻大幅增加（增加的幅度約為原
來的4 倍），而總硫沒有明顯變化；水解催化劑對
COS 的轉(zhuǎn)化率較低；精脫硫塔出口總硫仍在1.6
mg/Nm3左右，干法脫硫出口總硫已超指標(biāo)，不能滿
足工藝指標(biāo)要求。
由于干法脫硫位置在HND脫碳之前，且脫碳
之后還有氧化鋅脫硫，因此盡管干法脫硫超標(biāo)，但
經(jīng)NHD 脫碳和氧化鋅脫硫后在短期內(nèi)尚可滿足
甲烷化催化劑對硫含量的要求。
根據(jù)分析數(shù)據(jù)我們認(rèn)為，原干法脫硫系統(tǒng)設(shè)
計存在明顯缺陷。比如，在當(dāng)時的工況條件下，采
用水解催化劑轉(zhuǎn)化有機(jī)硫并沒有必要；此外，由于
選用了質(zhì)量較差的普通氧化鐵脫硫劑，大量的H2S
在氧化鐵脫硫劑上發(fā)生水解反應(yīng)的逆反應(yīng)，生成
了比進(jìn)口高3~4 倍的COS，大大增加了水解催化
劑的負(fù)荷，最終導(dǎo)致脫硫指標(biāo)差、脫硫劑更換周期
短的問題。
我們在廣泛征求有關(guān)人員和專家的意見、反
復(fù)論證的基礎(chǔ)上，提出如下改造方案：
變換氣二次脫硫→ 1# 脫硫塔→ 2#脫硫塔→
3#脫硫塔→去脫碳。
即將原工藝水解催化劑和前后的換熱器、冷
卻器去掉，原來的預(yù)脫硫塔和水解塔分別改造為
1#脫硫塔和2#脫硫塔，這兩個塔都裝填TGC-3 型
活性炭脫硫劑，將原來的精脫硫塔改為3#脫硫塔，
并改裝TZX-1型多功能凈化劑。這樣在前面兩個
塔內(nèi)即可把H2S 脫除干凈，并可脫除部分有機(jī)硫，
3#脫硫塔將剩余的各種有機(jī)硫脫除干凈，達(dá)到出
口總硫的體積分?jǐn)?shù)≤0.1×10-6。
3 運行效果
該方案實施并運行后，脫硫系統(tǒng)有關(guān)部位氣
體中硫含量的檢測數(shù)據(jù)見表2，出口總硫的體積分
數(shù)由原設(shè)計指標(biāo)的＜1.0×10-6降低到＜0.1×10-6
（僅為原設(shè)計指標(biāo)的1/10）。正常運行時間由原不
足12個月增加到24 個月以上。自2008年8月投
運至今，分別于2010 年9 月和2012 年9 月更換
兩次脫硫劑，且每次僅更換一半的裝填量（后面裝
填的TZX-1型多功能凈化劑使用一個周期后換到
前面繼續(xù)使用）。
通過改造不僅硫化物指標(biāo)符合工藝要求，而
且還達(dá)到了以下效果。
（1）將干法脫硫系統(tǒng)的脫硫劑更換周期延長
并使其與大修周期同步，減少停車次數(shù)，為保障穩(wěn)
定生產(chǎn)提供了條件。
（2）改造前每年更換一次脫硫劑的費用在70
萬元以上，每2 年更換一次水解催化劑的費用約
80萬元，每2 年更換氧化鋅脫硫劑的費用約70 萬
元，折合年平均干法脫硫劑費用145 萬元；改造后
各種脫硫劑的費用約為每2 年120 萬元，年平均
60萬元，干法脫硫系統(tǒng)各種脫硫劑的年平均費用
至少可降低85萬元。由于脫碳后凈化氣中總硫幾
乎檢測不到，目前運行的雙甲（即甲醇、甲烷化）系
表1 干法脫硫系統(tǒng)氣體中硫化物檢測分析數(shù)據(jù)單位：mg/Nm3
取氣位置
H2S COS CS2
1#樣2#樣1#樣2#樣1#樣2#樣
變脫出口5.98 5.70 0.29 0.20 ＜0.03 ＜0.03
1#氧化鐵脫硫出口4.23 4.42 1.44 1.67 ＜0.03 ＜0.03
水解塔出口5.27 5.58 1.133 1.256 ＜0.03 ＜0.03
2#氧化鐵脫硫出口0.51 0.46 1.29 1.37 ＜0.03 ＜0.03
26 2014 年第 35 卷
（上接第22 頁）一臺，通過定期清理過濾網(wǎng)的辦法
清除冷卻水中夾帶的污泥，使進(jìn)入填料盒的冷卻
水保持清潔。
5 結(jié)語
通過以上改進(jìn)措施的實施，填料冷卻水壓力
由原來的0.16MPa提高到現(xiàn)在的0.80MPa，填料函
冷卻后溫度降到了60℃以下，填料組件的工作條
件得到改善，填料的工作溫度得到降低，填料的運
行周期延長到18 個月以上，解決了公司高壓機(jī)因
填料冷卻差運行周期短頻繁檢修影響生產(chǎn)的現(xiàn)
狀。
（收稿日期：2013-11-18）
統(tǒng)前沒有設(shè)氧化鋅脫硫。
（3）去掉水解后，停用水解前的換熱器，每小
時可節(jié)省低壓蒸汽約4.5t，按全年生產(chǎn)330 天計
算，每年可節(jié)省低壓蒸汽35 640t。
表2 脫硫系統(tǒng)運行的有關(guān)部位氣體中硫化物檢測數(shù)據(jù)單位：mg/Nm3
（4）去掉水解后，停用水解后的冷卻器，可節(jié)
省可觀的水資源和動力。
（5）由于將精脫硫出口總硫的體積分?jǐn)?shù)控制
在0.1×10-6以下，可大大減少硫化物對NHD 脫碳
液的影響，NHD品質(zhì)保持良好，補(bǔ)加量減少。
（6）尿素原料氣二氧化碳中總硫含量由以前
的5~20mg/Nm3下降到0.1~0.4mg/Nm3。用于二氧
化碳?xì)饷摿虻拿摿騽┯梢郧暗?~8 個月更換一次
延長到24個月以上。
4 討論
（1）采用一步法干法脫硫工藝，選用優(yōu)質(zhì)脫硫
劑，有效抑制了劣質(zhì)脫硫劑在脫除H2S 過程中產(chǎn)
生有機(jī)硫（COS）的現(xiàn)象，避免了“重復(fù)脫硫”。
（2）將干法脫硫位置選擇在變換二次脫硫之
后，一是脫硫負(fù)荷相對較低；二是相對于尿素原料
氣二氧化碳來說，變換氣中CO2分壓較低，最大程
度避免了CO2對脫硫的影響，提高了脫硫劑的利
用效率。
（3）由于活性炭系列脫硫劑脫硫過程最終
反應(yīng)是耗氧的反應(yīng)，對干法脫硫系統(tǒng)補(bǔ)適量的氧
并選用適當(dāng)?shù)目諌簷C(jī)對系統(tǒng)補(bǔ)氧是十分重要的，
只有這樣才能既保證精脫硫后總硫的體積分?jǐn)?shù)
<0.10×10-6 的指標(biāo)，又不會對后工序帶來不利影
響。
（4）目前采用一步法干法脫硫工藝的大型尿
素裝置已有3家，均取得了滿意的使用效果。
5 結(jié)論
（1）采用一步法干法脫硫工藝，徹底扭轉(zhuǎn)了脫
硫不過關(guān)的被動局面，為穩(wěn)定生產(chǎn)奠定了堅實的
基礎(chǔ)。
（2）一步法干法脫硫工藝流程簡單，運行穩(wěn)
定，管理方便，操作簡便，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
（3）選擇該工藝時不僅需要對脫硫劑的品種、
裝填量進(jìn)行認(rèn)真選擇和確定，而且對脫硫劑的性
能和物化指標(biāo)的要求也十分嚴(yán)格。
（收稿日期：2013-10-08）
注：① CS2數(shù)據(jù)中“/”為未檢出。②尿素CO2總硫為進(jìn)口數(shù)據(jù)。
取樣日期
變脫出口1#脫硫塔出口2#脫硫塔出口3#脫硫塔出口尿素CO2
H2S COS CS2 總硫②
① H2S COS CS2
① H2S COS CS2
① H2S COS CS2
①
2008-09-19 4.87 0.26 / 0.13 0.09 / 0.02 0.04 / / 0.01 / 0.08
2009-01-21 6.25 0.38 / 0.21 0.14 / 0.04 0.07 / 0.02 0.03 / 0.09
2009-06-12 5.64 0.32 / 0.19 0.11 / 0.02 0.05 / 0.04 0.02 / 0.14
2009-10-28 6.77 0.41 / 0.23 0.12 / 0.05 0.06 / 0.01 0.03 / 0.19
2010-01-27 5.74 0.39 / 0.31 0.15 / 0.10 0.08 / 0.04 0.03 / 0.23
2010-06-23 5.29 0.42 / 0.35 0.22 / 0.03 0.19 / 0.02 0.08 / 0.27
2010-10-15 4.93 0.29 / 0.05 0.13 / / 0.08 / / 0.02 / 0.06
2011-03-19 6.14 0.31 / 0.18 0.17 / 0.01 0.08 / 0.01 0.03 / 0.09
2011-06-15 5.94 0.47 / 0.27 0.28 / 0.06 0.19 / 0.02 0.04 / 0.14
2011-11-05 6.13 0.42 / 0.32 0.31 / 0.05 0.24 / 0.03 0.05 / 0.21
2012-06-13 5.31 0.38 / 0.34 0.26 / 0.04 0.18 / 0.02 0.09 / 0.28
第1 期李洪文等：變脫后串聯(lián)干法脫硫的技改總結(jié)27

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