合成氨尾氣脫硫的一種方法
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壓縮后產生的熱量，節(jié)約了能源，減少了設備投資。
關鍵詞：二氧化碳回收；脫硫；合成氨尾氣
工業(yè)生產中有回收利用價值的二氧化碳，常常來源于合成氨副產氣（含二氧化碳 28％～99％）、合成氨副產二氧化碳氣由于純度高、產量穩(wěn)定，在回收及利用價值上有比較明顯的優(yōu)勢。在合成氨生產中，無論采用固體、氣體還是液體燃料，都會副產大量的二氧化碳氣體。根據其反應方程式可知：固體燃料煤或焦炭，每生產1噸氨，可副產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1噸氨，可副產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1噸氨，大約副產二氧化碳2.5噸。
其中的二氧化碳氣體有兩條出路：一是將它與液氨反應制成尿素或與氨水反應制成碳酸氫銨；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，成為合成氨副產氣。在合成氨之前必須對混合氣進行“脫碳”處理，即脫除其中的CO2和CO，剩余的N2與H2反應生成液氨。脫碳后的回收氣中二氧化碳含量很高，同時，氣體中不可避免的含有一部分有機硫和無機硫化合物，而其中硫組分的脫除則是生產高純度二氧化碳的關鍵所在。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。本文主要介紹一種用數種脫硫劑及水解轉換脫硫組成的復合脫硫系統(tǒng)（以活性炭為載體）對原料氣脫硫，以保證最終產品中的總硫含量滿足要求。
一，其主要工藝流程如下：
采用增壓風機，自脫碳工段抽取排放的二氧化碳。并增壓到30Kpa。經增壓后的原料氣體進入水洗塔，脫除原料氣中夾帶的脫碳液、水溶性雜質、機械雜質并降溫至40℃左右進入水分離器。經水分離器脫除水份后，進入粗脫硫塔，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機硫和一部分有機硫組分。粗脫硫塔內脫硫劑的用量和規(guī)格，主要根據原料氣中的無機硫含量和組成來確定。轉換后的氣體返回壓縮機二級后冷卻器冷卻，冷卻后的原料氣體經壓縮機二級水分離器分離出水分后，進入精脫硫塔。精脫硫塔中裝填以兩種不同的轉換型精脫硫劑，經兩級吸附后，脫除其中的硫組分到符合產品要求。然后經粉塵過濾器去除原料氣體中的精脫硫劑粉塵后，進入壓縮機三級壓縮并冷卻后進行后續(xù)工段。
1-增壓風機；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-壓縮機二級冷卻器；9-壓縮機二級水分離器；10-精脫硫塔；11-粉塵過濾器；12-壓縮機一級壓縮；13-壓縮機二級壓縮；14-壓縮機三級壓縮；
合成氨廠回收二氧化碳脫硫工藝流程簡圖
二，相較其它脫硫方法，本套綜合脫硫技術主要有以下特點：
1， 相較濕法脫硫，由于氨水的揮發(fā)性較強，裝置運行中氨水的損失很大，脫硫的費用相對較高，環(huán)境質量差，且氣體中的微量氨對于精脫硫劑、原料氣純度都會有一定程度的影響，需要在后續(xù)工段中脫除氨組分，增加了投資。同時，脫硫過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，同時可以達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，有機硫轉化吸收型精脫硫劑使用周期大幅度降低。CO2與COS會在脫硫劑表面形成競爭吸附，而CO2的濃度遠大于COS的濃度，從而降低了對有機硫的轉化吸收能力。水解反應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，延長了精脫硫劑的使用周期，降低了設備運行費用，同等數量的精脫硫劑運行壽命通常在兩年以上。
3， 有機硫水解時，需要將氣體溫度提高到露點以上，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，同時注意由于反應為放熱反應，溫度過高，不利于反應進行。水解反應的反應方程式如下：
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二級壓縮后產生的熱量，節(jié)約了大量的能耗。同時，水解后原料氣體的冷卻與水分離，采用的了壓縮機配置的二級冷卻器與水分離器，節(jié)約了設備投資。
4， 水解前設置粗脫硫塔，主要是將進入水解塔的氣體中的H2S脫除掉，有利于反應平衡向右移動，使水解反應更徹底地進行。
三，本套綜合脫硫技術在實際生產裝置中的應用及取得的效果：
本套綜合脫硫技術，在河北某化工廠年產3萬噸二氧化碳裝置中得以應用，并達到很好的效果。
運行取得的效果如下
1，凈化后的原料氣中硫組分的實際含量長期保持在0.01ppm以下，徹底消除了硫組分對原料氣體的影響，為生產高純度二氧化碳產品提供了保障。其運行結果如下：
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，壓縮機二級冷卻需要的水量約為10T/h，共用循環(huán)水約40T/h。而改進后的流程，利用氣體壓縮后產生的熱量，不再采用外置加熱器加熱，同時，原料氣體僅需要一次冷卻。綜合裝置運行的各項成本計算，對于本套三萬噸二氧化碳提純液化裝置，全年節(jié)約運行費用近百萬元。
四，結論：
本套數種脫硫劑及水解轉換脫硫組成的復合脫硫系統(tǒng)，減少了濕法脫硫對原料氣的污染，其實際運行的脫硫效果完全滿足工藝需要。同時，減少了設備投資，降低了運行成本，節(jié)約了能源，提高了經濟效益。
參考文獻：
1， 張美華主編 《二氧化碳生產及應用》 西北大學出版社
2， 謝苗諾娃主編 《工業(yè)氣體的凈化》 化學工業(yè)出版社
3， 郭東明主編 《脫硫工程技術與設備》 化學工業(yè)出版社
