合成氨尾气脱硫的一种方法

合成氨尾气脱硫的一种方法
罗丽
摘要：二氧化碳提纯液化装置中，脱除合成氨尾气中硫组分的一种工艺流程的介绍。该工艺充分利用压缩机压缩后产生的热量，节约了能源，减少了设备投资。
关键词：二氧化碳回收；脱硫；合成氨尾气
工业生产中有回收利用价值的二氧化碳，常常来源于合成氨副产气（含二氧化碳 28％～99％）、合成氨副产二氧化碳气由于纯度高、产量稳定，在回收及利用价值上有比较明显的优势。在合成氨生产中，无论采用固体、气体还是液体燃料，都会副产大量的二氧化碳气体。根据其反应方程式可知：固体燃料煤或焦炭，每生产1吨氨，可副产3.76吨二氧化碳；气体燃料主要成分为各种气态烃，以甲烷为例，每生产1吨氨，可副产1.95吨二氧化碳；液体燃料以含碳量85%左右的重油为例，每生产1吨氨，大约副产二氧化碳2.5吨。
其中的二氧化碳气体有两条出路：一是将它与液氨反应制成尿素或与氨水反应制成碳酸氢铵；二是由于工艺流程限制及氨平衡的影响，将二氧化碳直接放空，成为合成氨副产气。在合成氨之前必须对混合气进行“脱碳”处理，即脱除其中的CO2和CO，剩余的N2与H2反应生成液氨。脱碳后的回收气中二氧化碳含量很高，同时，气体中不可避免的含有一部分有机硫和无机硫化合物，而其中硫组分的脱除则是生产高纯度二氧化碳的关键所在。脱硫的方式很多，如碱性溶剂法，传统的吸附水解脱硫等方法，各有优缺点。本文主要介绍一种用数种脱硫剂及水解转换脱硫组成的复合脱硫系统（以活性炭为载体）对原料气脱硫，以保证最终产品中的总硫含量满足要求。
一，其主要工艺流程如下：
采用增压风机，自脱碳工段抽取排放的二氧化碳。并增压到30Kpa。经增压后的原料气体进入水洗塔，脱除原料气中夹带的脱碳液、水溶性杂质、机械杂质并降温至40℃左右进入水分离器。经水分离器脱除水份后，进入粗脱硫塔，粗脱硫塔中充填以常温氧化铁粗脱硫剂（H2S硫容≥95%），用以脱除原料气体中的大部分无机硫和一部分有机硫组分。粗脱硫塔内脱硫剂的用量和规格，主要根据原料气中的无机硫含量和组成来确定。转换后的气体返回压缩机二级后冷却器冷却，冷却后的原料气体经压缩机二级水分离器分离出水分后，进入精脱硫塔。精脱硫塔中装填以两种不同的转换型精脱硫剂，经两级吸附后，脱除其中的硫组分到符合产品要求。然后经粉尘过滤器去除原料气体中的精脱硫剂粉尘后，进入压缩机三级压缩并冷却后进行后续工段。

1-增压风机；2-水洗塔；3-水池；4-水泵；5-水分离器；6-粗脱硫塔；7-水解罐；8-压缩机二级冷却器；9-压缩机二级水分离器；10-精脱硫塔；11-粉尘过滤器；12-压缩机一级压缩；13-压缩机二级压缩；14-压缩机三级压缩；
合成氨厂回收二氧化碳脱硫工艺流程简图

二，相较其它脱硫方法，本套综合脱硫技术主要有以下特点：
1，相较湿法脱硫，由于氨水的挥发性较强，装置运行中氨水的损失很大，脱硫的费用相对较高，环境质量差，且气体中的微量氨对于精脱硫剂、原料气纯度都会有一定程度的影响，需要在后续工段中脱除氨组分，增加了投资。同时，脱硫过程主要采用吸附和水解的方式，不具有挥发性，消除了氨的影响，同时可以达到脱除硫组分的目的。
2，原料气中有较高浓度的二氧化碳时，有机硫转化吸收型精脱硫剂使用周期大幅度降低。CO2与COS会在脱硫剂表面形成竞争吸附，而CO2的浓度远大于COS的浓度，从而降低了对有机硫的转化吸收能力。水解反应后的原料气体降温后，其中所含的H2S及少量残存COS、CS2在精脱硫塔中脱除，延长了精脱硫剂的使用周期，降低了设备运行费用，同等数量的精脱硫剂运行寿命通常在两年以上。
3，有机硫水解时，需要将气体温度提高到露点以上，防止水汽在常温水解催化剂上冷凝吸附而影响水解催化剂活性，同时注意由于反应为放热反应，温度过高，不利于反应进行。水解反应的反应方程式如下：
COS + H2O（汽）＝ CO2 + H2S
CS2 + 2 H2O（汽）＝ CO2 + 2H2S
传统的方法为外置电加热器加热，需要较高的能耗。而本流程利用压缩机二级压缩后产生的热量，节约了大量的能耗。同时，水解后原料气体的冷却与水分离，采用的了压缩机配置的二级冷却器与水分离器，节约了设备投资。
4，水解前设置粗脱硫塔，主要是将进入水解塔的气体中的H2S脱除掉，有利于反应平衡向右移动，使水解反应更彻底地进行。

三，本套综合脱硫技术在实际生产装置中的应用及取得的效果：

本套综合脱硫技术，在河北某化工厂年产3万吨二氧化碳装置中得以应用，并达到很好的效果。
运行取得的效果如下
1，净化后的原料气中硫组分的实际含量长期保持在0.01ppm以下，彻底消除了硫组分对原料气体的影响，为生产高纯度二氧化碳产品提供了保障。其运行结果如下：
采样部位 H2S COS CS2 单位：ppm
水洗后 50 0.84 0.05
粗脱后 0 0.8 0.01
水解后 0.18 0.02 0
精脱出口 0 0 0
2，原工艺流程中，水解加热采用36KW电加热器，水解后冷却用水量约为20T/h，压缩机二级冷却需要的水量约为10T/h，共用循环水约40T/h。而改进后的流程，利用气体压缩后产生的热量，不再采用外置加热器加热，同时，原料气体仅需要一次冷却。综合装置运行的各项成本计算，对于本套三万吨二氧化碳提纯液化装置，全年节约运行费用近百万元。

四，结论：

本套数种脱硫剂及水解转换脱硫组成的复合脱硫系统，减少了湿法脱硫对原料气的污染，其实际运行的脱硫效果完全满足工艺需要。同时，减少了设备投资，降低了运行成本，节约了能源，提高了经济效益。
参考文献：
1，张美华主编《二氧化碳生产及应用》西北大学出版社
2，谢苗诺娃主编《工业气体的净化》化学工业出版社
3，郭东明主编《脱硫工程技术与设备》化学工业出版社

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