1  概述

華強化工集團份有限公司是2002年底由原國有企業改制而成的一家大型化工企業集團。2009年與中國500強企業—山西晉城煤業集團實現合資合作戰略聯盟。現擁有固定資產40億元，員工5000余人，集團下設8家子公司。產品涵蓋化肥、化工、熱電、塑料制品、新型建材等五大領域10余個品種。現化肥領域主要經營尿素、復合肥、雙氧水、三聚氰胺、甲醇等。隨著企業的發展，現公司總醇氨年生產能力已達到60萬噸。公司始終堅持科學發展觀，技術創新，不斷引進運用先進技術。特別是在煤氣凈化領域，公司一直很重視硫化氫的脫除工作，但由于隨著生產能力的擴大和原料煤種的變化，變換氣中H₂S含量明顯增加，導致變換氣脫硫后H₂S控制時有超標。而且由于變脫塔負荷加重，導致堵塔較頻繁，被迫停車扒塔清洗填料，影響生產十分嚴重。

2  變脫運行現狀

公司現有3套變脫裝置，且均為填料塔。1#、2#變脫塔堿液循環量均為550m³/h，開20組50m³/h的噴射器運行，再生壓力控制在0.57-0.59MPa，再生溫度40-41℃，進口硫化氫在120mg/m³左右，1#變脫塔出口硫化氫在20mg/m³左右；2#變脫塔出口硫化氫在28mg/m³左右，3#變脫塔堿液循環量550m³/h，開13組50m³/h的噴射器運行，再生壓力控制在0.52-0.53MPa，再生溫度41-42℃，出口硫化氫在25 mg/m³左右。堿液成分為：總堿 60g/L、 Na₂CO₃ 3-4g/L、NaHCO₃ 80-90g/L、總還原物15g/L、Na₂S₂O₃ 15g/L、殘S 1.0g/L、 KCA0.01g/L、PDS 20-30ppm、PH值8.4、Na₂SO₄ 30-50g/L，目前三脫硫塔并聯生產，1＃塔氣量在69000m³/h，2＃塔的氣量在70000m³/h左右，3＃塔的氣量在68000m³/h左右。

目前存在的問題是：

（1）變脫再生槽上堿液翻浪較大，導致硫泡沫無法形成，硫泡沫的無法正常溢流，同時也系統內殘硫含量高，系統的出口硫化氫較高。

（2）變脫再生槽上解析出來的氣體非常多，氣味非常的難聞，說明堿液在吸收硫化氫的同時也吸收了大量的二氧化碳。

（3）變脫堿液成分中的碳酸氫鈉含量高，最高達到80g/L。

（4）脫硫效果不理想，在進口硫化氫在200mg/m³左右的情況下，出口硫化氫基本在20mg/m³以上。

3  技術方案的確定

公司現有變脫塔為￠4600填料塔，從運行現狀中可以發現存在氣體液體分布難、循環量大且不易調節、脫硫效率低等諸多弊病。同時，系統堿液NaHCO₃含量過高，造成系統惡性循環：一是脫硫液在吸收H₂S的同時，也吸收了部分CO₂，生成了大量的NaHCO₃，這主要是填料塔氣液逆流接觸時間較長，NaHCO₃的生成率就變高，并進一步影響了脫硫效率。二是NaHCO₃降低了溶液中的PH值。PH值降低會使硫化物氧化為硫的反應速度下降。三是更重要的影響，降低了吸收H₂S的傳質速度，因為原料氣中的CO₂很低或不存在CO₂時，H₂S的反應速度只與原料氣中的H₂S分壓有關。由此看來，在系統增加負荷或者脫高硫時，采用增加填料塔高度的方法是沒有意義的，反而會使氣液接觸時間進一步延長，NaHCO₃的生成進一步增高和加快，NaHCO₃結晶會導致填料堵塞。這是填料塔應用于變換氣脫硫的主要問題。

鑒于以上原因，經公司領導研究決定摒棄原有填料結構采用新型傳質內件。在新型傳質內件采用的結構形式上，公司成立了由技術開發處、生產處、變脫車間等單位組成的項目論證組，到兄弟廠家進行了詳細考察。經過反復論證，公司決定對新變換氣脫硫塔采用長春東獅科貿實業有限公司自主研制開發的無填料塔技術——QYD復合型高效傳質內件。

4  QYD內件的主要技術特點及與填料塔技術比較

（1）如果用于新塔設計，在直徑不變的情況下，塔的高度要比填料塔降低1/3左右。

（2）無論用于新塔設計還是舊塔改造，該裝置投入運行后，脫硫液的硫容要增加一倍左右，這樣溶液的循環量要比填料塔降低30－50%左右。

（3）該裝置在用于新塔設計時，由于塔的高度大幅度降低，因此在選取泵的揚程時也要比原來低10米左右，這樣大大降低了脫硫系統的動力消耗。

（4）由于氣液接觸時間大幅度降低，這樣脫硫原料氣中CO₂對脫硫液的影響將得到有效的改善，這更加有利于脫硫液對硫化氫的選擇性吸收，對于溶液的再生、硫泡沫的浮選以及降低NaHCO₃的生成率都有極大的好處。

（5）如果用于舊塔改造，該裝置投入運行后，該塔的生產能力將提高10%左右。如果用于新塔設計，與填料塔相比，可節省30-50%的一次性投資。

5  單塔主要技術參數

變換氣流量：≤100000m³/h

變脫塔操作壓力：0.8MPa

變換氣H₂S含量：≤300mg/Nm³

變脫出口H₂S含量：≤20mg/Nm³

變脫塔阻力≤32KP

脫硫液流量400-550 m³/h。

6  技術方案的實施

我公司共三套變脫裝置，變脫塔規格均為￠4600填料塔，公司近幾年來利用大修機會陸續對三套變脫塔進行了改造，2010年對3#變脫塔內件進行改造，2012年對2#變脫塔內件進行改造，效果顯著。下面就最近一次的1#變脫塔改造效果予以說明。

2014年7月20日，公司利用年度檢修機會對1#￠4600變脫塔內件進行安裝。將原塔內填料扒出，改造為QYD傳質內件（四層裝），塔內三層填料支撐鋼梁得到有效利用，新增一層鋼梁。改造于2014年7月31日結束，當天晚班19:00開車。

改造前情況：

1#變脫塔與2#變脫塔公用一套再生系統，開兩臺550m³/h大脫硫泵，循環量1100m³/h，電機功率355KW兩臺，總電機功率710KW。

改造后情況：

1、將原塔內填料扒出，改造為QYD傳質內件（四層裝），原塔內三層填料支撐鋼梁作為新內件的支撐，保留原除沫器和液體分布器，節約投資，節省時間，并新增一層鋼梁作為第四層QYD傳質內件支撐。

2、改造于2014年7月31日結束，當天晚班19:00開車，循環量開550m³/h和280m³/h脫硫泵各一臺，電機功率355KW一臺、160KW一臺，總電機功率515KW。

3、改造前后連續運行情況：

改造效益：

 a、從以上數據可以看出，壓差、出口H₂S含量在設計范圍內；

 b、從原始操作記錄上看出，系統氣量、壓力、液位運行穩定無波動；

 c、從運行成本上看，堿液循環量平均下降85m³/h，脫硫泵電機功率下降195KW/h；每小時節約電費91元。脫硫效率仍保持95%。但壓差較填料塔增加22KPa。

 d、徹底解決堵塞塔內填料問題；

 e、由于塔內氣液接觸時間較短（25秒左右），CO₂將提高有效利用。

7  結束語

總之，QYD復合型傳質內件在華強化工集團股份有限公司的應用是比較成功的。該內件充分利用了H₂S和堿溶液快速的化學反應機理，集傳統的鼓泡塔、泡罩塔、篩板塔、旋流板塔、填料塔等諸多傳質內件的優點于一身，更加強化氣液傳質過程，使氣液之間動態接觸，湍動傳質，增加了氣液接觸面積，大大的提高了氣體的凈化度。以傳質裝置取代填料，徹底解決了脫硫塔堵塔的問題，杜絕了檢修扒塔等工作，該內件安裝簡便，操作彈性大，見效快。故QYD復合型傳質內件是目前在變換氣脫硫塔中最有推廣價值和使用價值的氣液傳質內件。