Thread Content
0 Введение Как известно, обычно доля CO2 по объему в газе, получаемом в результате процесса конверсии, составляет 25–30%, тогда как в полугидрогенсодержащем газе эта доля составляет 6–8%. Следовательно, содержание CO2 в газе, получаемом в результате процесса конверсии, значительно выше, чем в полугидрогенсодержащем газе. CO2 — кислотный газ; при поглощении CO2 раствором натрия карбоната образуется бикарбонат натрия. Чем выше содержание CO2, тем больше образуется бикарбоната натрия. Что касается десульфуризации газа путем преобразования, то из-за высокого содержания бикарбоната натрия в растворе для десульфуризации, с одной стороны, снижается pH этого раствора; кроме того, уменьшается коэффициент переноса H2S внутри колонны. В результате снижается эффективность десульфуризации, увеличивается потребление соды и катализаторов, что приводит к высоким затратам на десульфуризацию. С другой стороны, при высоком содержании бикарбоната натрия в растворе его вязкость увеличивается. При снижении температуры бикарбонат натрия кристаллизуется и вместе с серным слоем прилипает к наполнителю. Когда его количество достигает определенного уровня, это приводит к засорению колонны, что вынуждает остановить её для очистки, что вызывает значительные экономические потери для предприятия. В последние годы, благодаря применению новых технологий газификации и корректировке производственных мощностей предприятий, содержание углекислого газа и сероводорода в газе, используемом в производственных целях, постоянно увеличивается. Доля углекислого газа в сыром газе составляет около 45% по объему, а содержание сероводорода — более 3 г/Нм3. Влияние газа-сырья с высокой концентрацией углекислого газа на системы влажного десульфуризации становится всё более значительным. Ниже автор на примере одного типичного случая кратко расскажет о влиянии высокого содержания углекислого газа в газе-сырье под давлением на систему десульфуризации и о мерах по его устранению. Проблема возникла в июне 2015 года: наша компания разработала устройство для влажного десульфуризации сырьевого газа для одного химического предприятия в провинции Чжэцзян. Основные технологические параметры следующие: расход газа, прошедшего преобразование, — 22000 Нм3/ч; давление газа — 1,10 МПа; содержание H2S в газе может достигать 3,5 г/м3; объемный процент CO2 составляет 44%. Требуется, чтобы после десульфуризации содержание H2S не превышало 20 мг/м3. Для удовлетворения требований к уровню сероводорода после десульфуризации, наша компания при проектировании трансформаторных башен применила двухэтапный процесс десульфуризации, сочетающий использование башни с распылением и башни с комбинированной передачей масс для десульфуризации. Основное оборудование для десульфуризации: одна башня с распылением диаметром Φ2800, соединенная последовательно с новой башней для десульфуризации с комбинированной системой передачи масс диаметром также Φ2800. Структура башни с системой распыления заключается в следующем: внутри башни установлены четыре слоя высокоэффективных распылителей типа DSP; расчетный объем циркуляции раствора для десульфуризации составляет 250 Нм3/ч ； Структура башни для десульфуризации с комбинированной передачей массы состоит в следующем: в верхней части башни расположены три секции, каждая из которых имеет высоту 5 метров и содержит наполнитель из полипропилена типа Dg50. Между секциями установлены три уровня дисперсоров жидкости. В средней и нижней частях башни установлены три слоя высокоэффективных элементов для передачи вещества типа QYD; расчетный объем циркуляции раствора для десульфуризации составляет 300 м³/ч. При этом эффективность десульфуризации в пустой колонне с использованием спрей-технологии превышает 60%, а также это позволяет значительно снизить вероятность засорения колонны, тем самым обеспечивая стабильную работу системы в течение длительного времени. Краткое описание технологического процесса: в газовой фазе газ, полученный в результате преобразования, проходит через сепаратор воды у входа в систему для удаления жидкой воды, содержащейся в газе, после чего попадает в нижнюю часть башни для десульфуризации с использованием распыления. Газ внутри башни снизу вверх встречается обратным потоком с распыленной жидкостью для десульфуризации, вытекающей из верхней зоны распыления. Удаляется более 60% H2S из газа; он выводится с верхней части колонны и поступает в нижнюю часть комплексной колонны для десульфуризации. Газ внутри башни проходит сверху вниз через три уровня комплексных устройств для передачи массы, основанных на элементах QYD, где поглощается сероводород. Вверх, в третий сегмент наполнителя, происходит дальнейшая реакция поглощения водорода сульфида; в конце концов газ выходит из верхней части башни для десульфуризации. После двухступенчатой десульфуризации подавляющая часть H2S в газе, а также 20–50% органического серы поглощаются раствором для десульфуризации; очищенный газ поступает на последующие этапы обработки. Жидкая фаза: обогащенная жидкость, поступающая с дна двух башен для десульфуризации, под давлением попадает в резервуар для испарения. В резервуаре для флэш-конденсации из обогащенной жидкости удаляется большая часть CO2, растворенного в ней в процессе абсорбции; обогащенная жидкость под действием остаточного давления (0,4–0,5 МПа) поступает в эжектор резервуара для регенерации. При высокой скорости потока богатой жидкости через сопло инжектора в камере всасывания создается отрицательное давление, что приводит к автоматическому всасыванию воздуха. Богатая жидкость и воздух смешиваются, проходят через глотку и диффузионную трубку, затем выходят через выходную трубу и поднимаются вверх от дна регенерационной камеры. В этот момент частицы серы, находящиеся в жидкости, под действием воздуха поднимаются вверх, образуя пену из серы, которая плавает на поверхности резервуара для регенерации. После разделения чистой жидкости и сернистых пузырьков жидкость поступает в резервуар с бедной смесью с помощью регулятора уровня. Питательная жидкость подается от насоса для бедной жидкости в две башни десульфуризации. Серная пена, отделяющаяся в верхней части реактора для регенерации, поступает в резервуар для пены и затем перекачивается насосом в фильтр. Фильтрат сразу возвращается в систему для дальнейшего использования, а отфильтрованный серный крем переходит в котел для плавки и превращается в серу, которая затем продается. Исходная жидкость для десульфуризации, необходимая для вождения, а также дополнительная мягкая вода готовятся в резервуаре для приготовления щелочи. Катализатор 888 подается в систему непрерывным капельным введением из трубопровода с бедной жидкостью у входа в резервуар с бедной жидкостью в соответствии с дополнительными требованиями. Установка для десульфуризации была введена в эксплуатацию в середине ноября того же года; наша компания направила инженеров для руководства процессом запуска на месте. При производственной нагрузке, при которой расход преобразованного газа достигает 18000 Нм3/ч, было обнаружено чрезмерно высокое давление в башне для комплексной десульфурации — до 80–110 кП. Кроме того, в газе, выходящем из башни, наблюдалось значительное количество жидкости. Меры, такие как снижение объема циркуляционной среды, корректировка состава раствора для десульфуризации и сокращение объема производства, не принесли значительного эффекта, в результате чего пришлось прекратить работу оборудования. 2 Анализ проблемы После возникновения проблемы руководство владельца уделило ей большое внимание, активно организовало собрание соответствующих специалистов для анализа и обсуждения проблемы наличия жидкости в дымоочистительной башне. После обсуждения и анализа с участием присутствующих были выявлены следующие основные причины проблемы с жидкостью. 1) В этом газе, полученном в результате преобразования, не только высокое содержание сероводорода, но и довольно высокое содержание углекислого газа. Это редкость в отрасли производства удобрений. Проблема заключается в высокой концентрации углекислого газа в этом газе. 2) Углекислый газ сам по себе является пеногеном. Особенно в условиях повышенного давления высокая концентрация углекислого газа и сероводорода в газе, проходящем через процесс десульфуризации, приводит к увеличению вязкости раствора, используемого для десульфуризации. Это, в свою очередь, способствует более интенсивному образованию пены в турбине для десульфуризации. 3) Интенсивное пенообразование в растворе внутри башни препятствует стеканию жидкости между секциями наполнителя, что приводит к застою жидкости. 4) Задержка жидкости в колонне приводит к повышению давления в ней; к тому же из-за высокой вязкости раствора для десульфуризации увеличивается количество пузырьков. Когда разница давлений в колонне превышает 80 кПа, раствор для десульфуризации выносится вместе с газом из колонны в сепаратор газа и жидкости. 3. После того как были выявлены коренные причины проблемы наличия жидкости в дегазационной башне, сразу же с заказчиком был разработан план её устранения, а именно: (1) удалить распределители жидкости между тремя уровнями наполнителя внутри башни. Для решения проблемы застоя жидкости внутри колонны, вызванной сильным пузыреобразованием в растворе и затрудненным стеканием жидкости под наполнителем. (2) Из-за высокого содержания углекислого газа и наличия сероводорода в газе при повышенном давлении возникает повышенная вязкость раствора и его высокая пеностность; для устранения пены можно добавить определенное количество растительного масла. Необходимо найти оптимальное количество растительного масла в процессе производства. Масла обладают способностью устранять пузыри, но при слишком большом их количестве в резервуаре для регенерации затрудняется образование серных пузырей, что влияет на эффективность процесса регенерации. 4. После реализации процедур в соответствии с разработанным планом и проверки на производстве были достигнуты хорошие результаты. Поток газа после преобразования составляет около 22000 Нм3/ч, давление газа — 1,10 МПа. Концентрация H2S в газе: 3,5 г/м3; максимальная концентрация может достигать 4,5 г/м3. После десульфуризации уровень H2S всегда составляет 5–8,5 мг/Нм3. Объем циркуляции раствора для десульфуризации составляет 280–300 м3/ч. Кроме того, распылительная башня диаметром Φ2800 ещё не введена в эксплуатацию из-за проблем с насосом для десульфуризации. Количество растительного масла определяется в процессе производственной практики: достаточно добавлять всего 5–10 мл в день, чтобы давление в колонне оставалось в нормальных пределах. 5 Опыт и меры. На примере этого типичного случая производства десульфуризации легко понять, что при высокой концентрации углекислого газа и сероводорода в сыром газе, чем выше концентрация углекислого газа, тем большее влияние она оказывает на систему десульфуризации. Особенно важно уделять пристальное внимание свойству углекислого газа, при взаимодействии с щелочными растворами образующего пузыри, при проектировании и производстве устройств для десульфурации. С одной стороны, необходимо принимать эффективные меры для снижения количества бикарбоната натрия, образующегося в результате поглощения щелочным раствором углекислого газа из исходного газа. С другой стороны, следует учитывать влияние пенообразования в растворе на эффективность восстановления обогащенной жидкости после десульфуризации. При проектировании систем влажной десульфурации сырьевого газа с высоким содержанием углекислого газа и сероводорода мы приняли следующие меры: 1) блок абсорбции для десульфурации: при выборе диаметра и высоты десульфурационной башни необходимо учитывать такие ключевые параметры, как скорость потока газа в пустой башне, плотность точек распыления и соотношение жидкости к газу. Мы определяем размеры десульфуризационной башни с учетом состава исходного газа, предоставляемого клиентом, параметров технологического процесса и других факторов, а также на основе данных, полученных в ходе проектирования, приспосабливая решение к конкретным условиям. Что касается проектирования конструкции башни для десульфуризации, то вместо наполнителя внутри башни используется технология передачи масс без наполнителя — новый высокоэффективный элемент для передачи масс модели QYDIM. Внутренние элементы для передачи массы в колонне обычно проектируются в трех-четырех слоях. Он полностью использует принцип реакции поглощения H2S и щелочного раствора; в зависимости от содержания исходных газов CO2 и H2S предусмотрены специальные устройства для контакта газа и жидкости, а также устройства для повторного распределения пузырьков, что обеспечивает динамический контакт между газом и жидкостью и турбулентную передачу вещества. Это не только **увеличивает площадь контакта газа и жидкости, но и позволяет газу в кратчайшие сроки полностью смешиваться и вступать в контакт с щелочным раствором, что повышает эффективность десульфуризации». Благодаря сокращению времени контакта газа и жидкости улучшилось влияние CO2 из исходного газа на процесс поглощения им щелочного раствора; скорость образования NaHCO3 в растворе снизилась в разной степени, что способствовало повышению способности щелочного раствора к циклическому поглощению. Дегазационная башня с технологией передачи веществ без использования наполнителя хорошо справляется с рабочими условиями, характеризующимися высоким содержанием серы и углекислого газа в сыром газе, а также при повышенном давлении. По сравнению с традиционными колоннами с наполнителем, новая десульфуризационная колонна QYDIM без наполнителя обладает преимуществами в виде стабильного падения давления, отсутствия засорения, высокой способности к удержанию серы и низкого совокупного расхода ресурсов. 2) Устройство регенерации концентрированной жидкости после десульфуризации: для регенерации этой жидкости используется зрелая в промышленности технология инжекционной окислительной регенерации. Реактор окислительной регенерации не только выполняет функцию окислительной регенерации жидкости, обогащенной за счет десульфуризации, и катализатора, но также способствует удалению части CO2 из раствора с помощью газовой фазы, а также разделению серных пузырьков. В регенерационных баках используются распылители типа PSC с самовсасыванием воздуха, разработанные и произведенные нашей компанией. Технология инжекционной окислительной регенерации обладает такими преимуществами, как высокая эффективность окислительной регенерации, хорошее отделение сернистых пузырьков и низкий уровень растворенной серы, что делает ее особенно подходящей для использования в сочетании с катализатором 888. 3) Установка для восстановления серы: используется технология периодического плавления серы. Для снижения влияния остатков растворенного серы на процесс восстановления раствора, пена серы, образующаяся в резервуаре для восстановления, сначала оседает в специальном резервуаре, после чего поступает в фильтр, предназначенный для обработки пены серы. Фильтрат сразу же возвращается в систему для дальнейшего использования, а отфильтрованный серный крем направляется в котел для переработки в серу, которая затем продается. 6 Заключение. Влажное десульфуризация представляет собой сложную технологическую процедуру. Процессы поглощения серы, её восстановления и возврата в цикл являются тремя неотъемлемыми элементами системы влажного десульфуризации. Любая проблема в каком-либо звене повлияет на стабильную работу всей системы. Три процента — техника, семь процентов — управление. Для управления производством в системах влажного десульфуризации необходимы эффективные правила технологической эксплуатации для регулирования процессов ； Также необходимы эффективные меры по управлению технологическим процессом и оборудованием для усиления контроля. Только так можно обеспечить долгосрочную стабильную работу системы десульфуризации.