合成氨尾氣脫硫的一種方法
羅麗
摘要：二氧化碳提純液化裝置中，脫除合成氨尾氣中硫組分的一種工藝流程的介紹。該工藝充分利用壓縮機(jī)壓縮后產(chǎn)生的熱量，節(jié)約了能源，減少了設(shè)備投資。
關(guān)鍵詞：二氧化碳回收；脫硫；合成氨尾氣
工業(yè)生產(chǎn)中有回收利用價(jià)值的二氧化碳，常常來(lái)源于合成氨副產(chǎn)氣（含二氧化碳 28％～99％）、合成氨副產(chǎn)二氧化碳?xì)庥捎诩兌雀�、產(chǎn)量穩(wěn)定，在回收及利用價(jià)值上有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。在合成氨生產(chǎn)中，無(wú)論采用固體、氣體還是液體燃料，都會(huì)副產(chǎn)大量的二氧化碳?xì)怏w。根據(jù)其反應(yīng)方程式可知：固體燃料煤或焦炭，每生產(chǎn)1噸氨，可副產(chǎn)3.76噸二氧化碳；氣體燃料主要成分為各種氣態(tài)烴，以甲烷為例，每生產(chǎn)1噸氨，可副產(chǎn)1.95噸二氧化碳；液體燃料以含碳量85%左右的重油為例，每生產(chǎn)1噸氨，大約副產(chǎn)二氧化碳2.5噸。
其中的二氧化碳?xì)怏w有兩條出路：一是將它與液氨反應(yīng)制成尿素或與氨水反應(yīng)制成碳酸氫銨；二是由于工藝流程限制及氨平衡的影響，將二氧化碳直接放空，成為合成氨副產(chǎn)氣。在合成氨之前必須對(duì)混合氣進(jìn)行“脫碳”處理，即脫除其中的CO2和CO，剩余的N2與H2反應(yīng)生成液氨。脫碳后的回收氣中二氧化碳含量很高，同時(shí)，氣體中不可避免的含有一部分有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫化合物，而其中硫組分的脫除則是生產(chǎn)高純度二氧化碳的關(guān)鍵所在。脫硫的方式很多，如堿性溶劑法，傳統(tǒng)的吸附水解脫硫等方法，各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文主要介紹一種用數(shù)種脫硫劑及水解轉(zhuǎn)換脫硫組成的復(fù)合脫硫系統(tǒng)（以活性炭為載體）對(duì)原料氣脫硫，以保證最終產(chǎn)品中的總硫含量滿足要求。
一，其主要工藝流程如下：
采用增壓風(fēng)機(jī)，自脫碳工段抽取排放的二氧化碳。并增壓到30Kpa。經(jīng)增壓后的原料氣體進(jìn)入水洗塔，脫除原料氣中夾帶的脫碳液、水溶性雜質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)并降溫至40℃左右進(jìn)入水分離器。經(jīng)水分離器脫除水份后，進(jìn)入粗脫硫塔，粗脫硫塔中充填以常溫氧化鐵粗脫硫劑（H2S硫容≥95%），用以脫除原料氣體中的大部分無(wú)機(jī)硫和一部分有機(jī)硫組分。粗脫硫塔內(nèi)脫硫劑的用量和規(guī)格，主要根據(jù)原料氣中的無(wú)機(jī)硫含量和組成來(lái)確定。轉(zhuǎn)換后的氣體返回壓縮機(jī)二級(jí)后冷卻器冷卻，冷卻后的原料氣體經(jīng)壓縮機(jī)二級(jí)水分離器分離出水分后，進(jìn)入精脫硫塔。精脫硫塔中裝填以兩種不同的轉(zhuǎn)換型精脫硫劑，經(jīng)兩級(jí)吸附后，脫除其中的硫組分到符合產(chǎn)品要求。然后經(jīng)粉塵過(guò)濾器去除原料氣體中的精脫硫劑粉塵后，進(jìn)入壓縮機(jī)三級(jí)壓縮并冷卻后進(jìn)行后續(xù)工段。

1-增壓風(fēng)機(jī)；2-水洗塔；3-水池；4-水泵；5-水分離器；6-粗脫硫塔；7-水解罐；8-壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器；9-壓縮機(jī)二級(jí)水分離器；10-精脫硫塔；11-粉塵過(guò)濾器；12-壓縮機(jī)一級(jí)壓縮；13-壓縮機(jī)二級(jí)壓縮；14-壓縮機(jī)三級(jí)壓縮；
合成氨廠回收二氧化碳脫硫工藝流程簡(jiǎn)圖

 

二，相較其它脫硫方法，本套綜合脫硫技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：
1， 相較濕法脫硫，由于氨水的揮發(fā)性較強(qiáng)，裝置運(yùn)行中氨水的損失很大，脫硫的費(fèi)用相對(duì)較高，環(huán)境質(zhì)量差，且氣體中的微量氨對(duì)于精脫硫劑、原料氣純度都會(huì)有一定程度的影響，需要在后續(xù)工段中脫除氨組分，增加了投資。同時(shí)，脫硫過(guò)程主要采用吸附和水解的方式，不具有揮發(fā)性，消除了氨的影響，同時(shí)可以達(dá)到脫除硫組分的目的。
2， 原料氣中有較高濃度的二氧化碳時(shí)，有機(jī)硫轉(zhuǎn)化吸收型精脫硫劑使用周期大幅度降低。CO2與COS會(huì)在脫硫劑表面形成競(jìng)爭(zhēng)吸附，而CO2的濃度遠(yuǎn)大于COS的濃度，從而降低了對(duì)有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化吸收能力。水解反應(yīng)后的原料氣體降溫后，其中所含的H2S及少量殘存COS、CS2在精脫硫塔中脫除，延長(zhǎng)了精脫硫劑的使用周期，降低了設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，同等數(shù)量的精脫硫劑運(yùn)行壽命通常在兩年以上。
3， 有機(jī)硫水解時(shí)，需要將氣體溫度提高到露點(diǎn)以上，防止水汽在常溫水解催化劑上冷凝吸附而影響水解催化劑活性，同時(shí)注意由于反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高，不利于反應(yīng)進(jìn)行。水解反應(yīng)的反應(yīng)方程式如下：
COS + H2O（汽） ＝ CO2 + H2S
CS2 + 2 H2O（汽）＝ CO2 + 2H2S
傳統(tǒng)的方法為外置電加熱器加熱，需要較高的能耗。而本流程利用壓縮機(jī)二級(jí)壓縮后產(chǎn)生的熱量，節(jié)約了大量的能耗。同時(shí)，水解后原料氣體的冷卻與水分離，采用的了壓縮機(jī)配置的二級(jí)冷卻器與水分離器，節(jié)約了設(shè)備投資。
4， 水解前設(shè)置粗脫硫塔，主要是將進(jìn)入水解塔的氣體中的H2S脫除掉，有利于反應(yīng)平衡向右移動(dòng)，使水解反應(yīng)更徹底地進(jìn)行。

三，本套綜合脫硫技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用及取得的效果：

本套綜合脫硫技術(shù)，在河北某化工廠年產(chǎn)3萬(wàn)噸二氧化碳裝置中得以應(yīng)用，并達(dá)到很好的效果。
運(yùn)行取得的效果如下
1，凈化后的原料氣中硫組分的實(shí)際含量長(zhǎng)期保持在0.01ppm以下，徹底消除了硫組分對(duì)原料氣體的影響，為生產(chǎn)高純度二氧化碳產(chǎn)品提供了保障。其運(yùn)行結(jié)果如下：
采樣部位 H2S COS CS2 單位：ppm
水洗后 50 0.84 0.05
粗脫后 0 0.8 0.01
水解后 0.18 0.02 0
精脫出口 0 0 0
2，原工藝流程中，水解加熱采用36KW電加熱器，水解后冷卻用水量約為20T/h，壓縮機(jī)二級(jí)冷卻需要的水量約為10T/h，共用循環(huán)水約40T/h。而改進(jìn)后的流程，利用氣體壓縮后產(chǎn)生的熱量，不再采用外置加熱器加熱，同時(shí)，原料氣體僅需要一次冷卻。綜合裝置運(yùn)行的各項(xiàng)成本計(jì)算，對(duì)于本套三萬(wàn)噸二氧化碳提純液化裝置，全年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用近百萬(wàn)元。

四，結(jié)論：

本套數(shù)種脫硫劑及水解轉(zhuǎn)換脫硫組成的復(fù)合脫硫系統(tǒng)，減少了濕法脫硫?qū)υ�料氣的污染，其�?shí)際運(yùn)行的脫硫效果完全滿足工藝需要。同時(shí)，減少了設(shè)備投資，降低了運(yùn)行成本，節(jié)約了能源，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
1， 張美華主編 《二氧化碳生產(chǎn)及應(yīng)用》 西北大學(xué)出版社
2， 謝苗諾娃主編 《工業(yè)氣體的凈化》 化學(xué)工業(yè)出版社
3， 郭東明主編 《脫硫工程技術(shù)與設(shè)備》 化學(xué)工業(yè)出版社

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