ZL清塔劑降低脫硫塔阻力的研究及應用

 

 

摘要：分析了清塔劑降低脫硫塔阻力的原理，使用ZL型清塔劑降低了脫硫塔阻力，阻力由2.38KPa降至0.64KPa，使用效果良好，避免了脫硫停工更換填料，提高了脫硫塔運行效率，環保、經濟效益顯著。

關鍵詞：清塔劑；脫硫塔；阻力

 

The Research and Application of Reducing Desulfurization Tower Resistance via ZL Tower Cleaning Agent

 

Abstract: The principle of reducing the resistance of desulfurization tower via tower cleaning agent was analyzed. The resistance of desulfurization tower has been reduced with using of ZL type tower cleaning agent. And the resistance of desulfurization tower decreased from 2.38KPa to 0.64KPa. To avoid the desulfurization downtime, replacing the filler of desulfurization tower，with a good result in application. The operation efficiency of desulfurization tower was improved.

Environmental protection and economic benefits are remarkable.

Key words: Tower Cleaning ；Desulfurization Tower；Resistance

前言：

濕法催化氧化脫硫以其高效、運行穩定，成為備受青睞的焦化脫硫工藝。但在使用過程中由于硫泡沫的粘結及聚集會逐漸造成填料層的填料孔隙率間隙變小^[1]，影響氣液比均勻分布，導致脫硫效率降低，阻力增大至一定程度時影響煤氣系統正常運行，需對脫硫塔停工更換填料，不但影響H₂S去除效果，期間造成環境污染也較為嚴重。為避免脫硫停工，使用了清塔劑降低脫硫阻力，并研究了清塔劑工作機理。

一、清塔劑工作機理

某廠采用濕法催化氧化純堿脫硫，使用長春市長樂新型環保材料制造有限公司ZL-II清塔劑，2014年5月投產，運行3年多時間來，塔后H₂S含量穩定控制在30mg/m³以下，近期脫硫2系阻力持續上升，如不控制阻力上升會影響H₂S去除效果、煤氣系統運行穩定性。如按傳統的停工清洗或更換填料方法、不但影響H₂S合格率，經濟、環保損失更為嚴重。針對上述因素我們計劃使用清塔劑在不停工的情況下降低脫硫塔系統阻力。選用長春市長樂新型環保材料制造有限公司ZL-II型清塔劑，其主要成分為多種酞菁鈷和酚類化合物混合物，其工作原理為利用溶解在的脫硫液的清塔劑將聚集在填料層填料之間的硫泡沫逐漸軟化、蓬松，最后沖洗下來。

濕法催化氧化脫硫形成單質S的原理為^[3]：

NaHS + 1/2 O₂ → S + NaOH（1）

清塔劑消除聚集硫泡沫包括物理溶解和化學反應過程，化學反應為：

S_x→xS （X：4~8）（2）

xS（固）+S^2- →S^2-_（X+1）（3）

首先使S_X多原子硫聚合逐步轉化為單原子硫形態（X值為4~8）如反應方程式（2），多原子硫具有更為穩定、易聚集、不易溶解的特點，而轉化為單原子硫形態后使硫泡沫穩定性降低，為進一步發生化學反應提供了反應場所；形成的單原子硫與S^2-結合形成S^2-_（X+1）的離子形態，從而使固態硫溶解于脫硫液中，完成固態硫至硫離子的轉化如反應方程式（3）。

二、清塔劑在降低脫硫阻力中的應用

某廠脫硫塔H=37408mm、DN=7400mm、容積為1507.3m³,使用BJDF-VI自分布復合填料，脫硫塔填料層分為上、中、下三段、各填料層高度均為3.8m。

脫硫單系系統脫硫液容積為1600m³，向單系系統共添加1000KG清塔劑，清塔劑濃度為0.625g/L。加入清塔劑前后脫硫塔阻力變化趨勢如圖-1所示：

 

圖-1脫硫塔阻力變化趨勢圖

由圖-1脫硫塔阻力變化趨勢圖可知脫硫塔阻力呈三階段分布：第一階段系統阻力較為穩定、微弱增長，阻力由2.38KPa升至2.62KPa，其原因為硫泡沫在填料空隙間聚集較為嚴重，清塔劑消除聚集硫泡沫的物理溶解和化學反應過程較長，其間又有新的硫泡沫聚集，所以阻力呈微弱上升趨勢；第二階段為脫硫塔阻力迅速上升階段由2.62KPa升至4.98KPa，其原因為此階段清塔劑已使S_X多原子硫聚合逐轉化為單原子硫形態，使硫泡沫變得蓬松，降低了填料的孔隙率，從而使阻力迅速上升，雖然此階段也有部分硫泡沫溶解如反應返程式（3）但硫泡沫變得蓬松占主導地位，所以阻力呈急速上升趨勢；第三階段為脫硫塔阻力迅速下降至穩定階段由4.98KPa降至0.64KPa，其原因為此階段清塔劑的化學溶解反應如反應方程式（3）占主導地位，填料空隙間聚集的硫泡沫溶解，以S^2-形式進入脫硫液，造成填料孔隙率增大，從而脫硫塔阻力迅速降低，脫硫塔阻力穩定在0.64KPa，與脫硫塔除開工阻力0.5KPa較為接近，說明清塔劑使用效果良好。

阻力為4.98KPa、0.64KPa時，分別測量了脫硫塔各填料層的阻力，其結果示意如圖-2、圖-3所示：

         

圖-2阻力為4.98KPa時填料層阻力分布   圖-3阻力為0.64KPa時填料層阻力分布

由圖-2所示可知，脫硫塔阻力為4.98KPa時，上、中、下段填料層阻力分別為：3.11KPa、1.26KPa、0.61KPa，上段填料層阻力明顯高于中段和下段，其原因為脫硫液噴淋由上至下，上段填料層空隙間硫泡沫積累較為嚴重，此階段屬于使用清塔劑硫泡沫蓬松過程，故上段阻力增大更為明顯，中段填料層阻力高于下段填料層也是基于同樣原因；由圖-3可知，脫硫塔阻力為0.64KPa時，上、中、下段填料層阻力分別為：0.23KPa、0.21KPa、0.2KPa，分布較為均勻，有微弱偏差，其原因為此階段屬于清塔劑已徹底將填料層間硫泡沫溶解至脫硫液，填料層間阻力主要受填料堆積及孔隙率影響，已消除硫泡沫聚集對脫硫塔阻力影響，對脫硫塔各段填料層阻力進行分段測量是表征脫硫塔運行效果的較為理想方法之一。系統初始開工時，完成此項工作可以作為以后脫硫塔運行效果參照基準數據。

三、清塔劑使用過程中影響因素

ZL清塔劑使用過程中濃度控制在0.4~0.8g/L之間，清塔劑濃度太低，降低阻力過程較長且效果較差、清塔劑濃度太高除運行成本增高外還因第二階段阻力上升過高，造成填料孔隙率過小，嚴重時會影響H₂S脫除效果；清塔劑使用過程中在保證系統副鹽含量穩定前提下，應減少向提鹽送脫硫液為避免清塔劑損失造成清塔劑濃度降低；后續使用過程中應根據系統阻力變化適當補加清塔劑以保證系統阻力穩定提高脫硫塔運行效率。

結束語：

使用ZL型清塔劑濃度為0.625g/L，使脫硫塔阻力由2.38KPa降至0.64KPa，避免了脫硫停工更換填料層，經濟、環保效益顯著。并對清塔劑工作原理及使用過程中的影響因素進行了分析研究。

參考文獻：

[1]、李國亮、欒兆愛、蔣秀香. 脫硫過程中硫泡沫處理工藝選擇[J].燃料與化工，2011.42(2):60-63

[2]、董立君、盛剛.一種高效多元復合清塔劑[P].201210223284.1

[3]、劉玲.PDS脫硫技術的應用[J].化學工業與工程技術，2003.24（4）：42-43