合成氨脫硫系統的幾個問題
在合成氨生產各單元操作中，工藝最為簡單的恐怕就是脫硫系統了。但是，在實際生產中，出現問題最多的恰恰也是脫硫。正如一位資深化工專家在評價脫硫催化劑時所說，每一種正規的脫硫催化劑都能很好的解決脫硫問題，但是，真正使用很好的廠家卻不是太多。這是由于脫硫系統的復雜性和多變性所決定的。
現對目前脫硫裝置中容易出現的一些問題歸納整理如下：
1 統籌考慮 制定合理的控制指標
在合成氨生產中，因為工藝流程的不同，如有聯醇與不聯醇的，變換有全低變與中低低等，對H2S的要求也不同。這就必須要針對各自企業具體的工藝流程，統籌考慮，制定合理的H2S指標。無論什么樣的工藝，總的原則和指導思想應該是：在確保變換低變催化劑需要的前提下，盡可能降低半水煤氣脫硫與變換氣脫硫的控制指標。而低變催化劑所需最低H2S濃度，僅僅是在一定的反應溫度和一定汽氣比下的一個定值，其值高低主要取決于另兩個因素。而低變后，硫對合成氨生產的影響百害而無一利。因此，在滿足低變催化劑需求的前提下對半水煤氣脫硫后的H2S指標取低限，可以更有效的減輕后工序脫硫的壓力，從而使生產更易控制。但是，實際上，好多廠子沒有做到這一點，特別是有的廠子，當低變催化劑稍有異常，不是針對問題全面分析原因，在降低蒸汽用量或溫度調節上下功夫，而是盲目的提高進口H2S指標。在安徽有這樣一家企業，該廠因為是全低變工藝，所以廠方認為變換進口H2S越高越好。在這個思想指導下，該廠半水煤氣脫硫長期停運，變換出口氣體分兩路，一路直接去變壓吸附脫碳，一路經變換氣脫硫塔去碳化。兩路氣體分別經活性炭精脫硫槽后匯合回壓縮機三入。該廠半水煤氣中H2S一般在500-700mg/m3，而變換氣脫硫能力又偏小，變脫后H2S長期控制在200-300 mg/m3，這樣就帶來了一系列惡果：由于變壓吸附解折出的氣體中H2S濃度太高，使脫碳腐蝕嚴重；活性炭精脫硫劑更換頻繁；由于硫中毒，甲醇催化劑三個月就要更換；合成催化劑也因硫中毒而壽命很短。后來經過改革，堅持一次脫硫常開，脫硫后H2S指標控制在50-70 mg/m3，既保證了低變催化劑的硫需求，又最大限度的減輕了變換氣脫硫的負荷。當然，該廠要想徹底解決硫的問題，還要從根本上增加變換氣脫硫的能力，嚴格控制變換氣脫硫后H2S在10 mg/m3以內。所以說，把整個合成氨生產的半脫、變脫、精脫以及深度脫硫做為一個系統工程來綜合考慮，從而合理分配與控制各階段的任務和指標，是有著現實意義的。
2 必須有完善的脫硫工藝流程
合成氨脫硫的生產工藝流程是比較簡單的，也是經典流程。在幾十年的發展過程中，也只是設備規格越來越大，以及在除塵降溫方面下了點功夫，而沒有對主要設備予以取舍。但是，有些廠子卻對此問題不夠重視，隨意性太大。在山西和山東有的廠子，因為各種原因，取消了脫硫塔前面的除塵降溫塔，使羅茨鼓風機出來的氣體直接進入了脫硫塔。如七月中旬，山東一家企業打電話說半水煤氣脫硫出現不正常情況，連續多日沒有硫泡沫。到現場時，發現該廠就是羅茨鼓風機出口氣體沒有除塵降溫，直接進脫硫塔。當時實際測了一下，脫硫塔進口的半水煤氣在70℃以上。再加上該廠溶液冷卻器換熱面積也偏小，脫硫塔入口脫硫液溫度也高，在這么高的溫度下，脫硫液的粘度和表面張力明顯下降，空氣在再生槽內很難形成氣泡。即使形成，氣泡膜的粘附性也很差，硫顆粒很難吸附在其表面，且氣泡擴散到界面后也極易破碎。另一方面，溫度的升高，必然影響單質硫的聚合和浮選。而且，溫度高有利于產生副鹽，而不利于浮選硫黃。所以，長時間沒有硫泡沫就是很自然的了。還有湖南一家廠子，熔硫釜殘液量偏多，是正常殘液量的四至五倍。不僅蒸汽消耗量太大，而且影響脫硫液質量。經查，其原因也是流程有問題。該廠熔硫釜熔硫后的殘液不是經處理后回再生槽，而是又打入了泡沫槽。這樣，不僅有一部分殘液始終在熔硫系統打循環，相應增加了熔硫釜的負荷，使蒸汽用量無謂消耗太大，另一方面，一部分硫泡沫與熔硫殘液的混合液在硫泡沫槽的液位到一定高度時，自動溢流到再生槽內，這部分未經處理的混合液嚴重影響了脫硫液的質量。后來對流程作了改動，工況也很快恢復正常。所以，在沒有一定理論依據和把握的前提下，一般不主張對工藝流程作大的改動，要保持相對完善的脫硫工藝流程。
3 注重技改投入，使用先進的適用技術
實際生產中常常會發現，有些廠子脫硫液的控制和其它各項操作管理都沒有問題，但就是脫硫不達標。這就說明設備方面存在著嚴重的缺陷。比如有的廠子生產規模擴大了，但脫硫裝置沒有及時改進，使脫硫系統超負荷運行；有的設備年久失修，達不到額定能力等。這類現象特別是在4、5萬噸的小合成氨廠較為普遍。這就必須通過技術改造來解決問題。在進行技術改造時，要充分考慮運用比較先進的適用技術。如在變換氣脫硫系統的改造中，使用東獅公司QYD型氣液傳質塔內件，也就是通俗稱之為無填料變脫塔內件，就是一個很好的選擇。該裝置的應用不僅大大提高了氣體凈化度，擴大了生產能力，而且根本上解決了脫硫塔堵塔的問題。該內件結構簡單，安裝簡便，操作彈性大，塔阻力降低,且投資小，見效快。特別適應于舊脫硫塔改造，經改造后脫硫塔單塔生產能力得到大幅度提高（提高30-50%），而且凈化度也得到有效的改善。如果用于新塔設計，投資費用將節省1/3-1/2。筆者近段時間以來，一直在本公司專門從事無填料變脫塔的內件安裝以及開車調試工作，通過對多個廠家的安裝與開車實踐，對此有著親身體會。該技術主要效果體現在：一是脫硫效率，在舊塔改造中，無填料塔內件均比改造前脫硫效率要高。二是溶液循環量，在各個應用廠家均有比較明顯的降低，節電效果顯著。三是改造費用，要比同等能力的填料塔降低三分之一。四是檢修方便，節省了大量的人力物力和寶貴的檢修時間。這一點，尤其得到了各應用企業的管理人員，車間干部，甚至是普通的車間操作工維修工們的熱烈好評。可以說，在所有已經應用過的變脫塔改造廠家中，均取得了明顯的經濟效益。不僅如此，更應該看到的是，如果該技術用于新裝置設計，其效益更為顯著。因為，如果用于整個新裝置設計，那么由于該內件的性質決定了變脫塔的高度可以比填料塔降低三分之一，加上無填料變脫塔內件的溶液循環量可以較填料塔大為減少，那么，新設計裝置中的再生槽的容積可以相應減少，泵的揚程也不需太高，這樣綜合算下來，無填料變脫塔內件用于新裝置設計效益更為可觀。遺憾的是，到目前為止，該內件雖然在舊塔改造中已廣為成功應用，并得到很好的效果，但新裝置設計還沒有應用廠家。在這里，也歡迎各位有識之士在有這方面的需要時及時和我公司聯系，以便使這項新技術早日得到更廣泛的應用，更好的為企業增效益。
4 重視日常管理
同等生產規模、同樣的設備、同樣的催化劑，但脫硫效果卻有天壤之別，這樣的例子實在是舉不勝舉。其原因，就是日常管理有差別。在這方面，好多廠家都有著非常好的經驗可供大家借鑒。可以想象一下，如果各個廠子都能象山東齊魯一化那樣重視分析工作，長期堅持做脫硫液的全項分析，以分析數據指導生產；能象河南安陽化肥廠那樣重視再生槽的操作，把再生槽設為一個崗位，及時觀察泡沫浮選、空氣量和溢流情況；能象安徽渦陽化肥廠那樣重視物料消耗，把物料消耗和操作工的經濟效益相掛勾；能象山東寧陽和山東平度化肥廠那樣勇于首先使用無填料變脫塔和硫泡沫過濾機等新技術新工藝；能象湖南華容化肥廠那樣重視熔硫工作，按熔硫數量給操作工一定比例的獎勵；能象安徽肥西化肥廠那樣建立完善的脫硫數據檔案，使出現任何問題時都有據可查，有章可依，那么，整體脫硫水平肯定會上一個新的臺階。
總之，在合成氨生產工藝中，H2S含量超指標不象其它指標那樣敏感迅速，比如氣柜高度低指標要及時停機，否則氣柜要抽變形；CO、CO2高了要及時減負荷，否則會造成微量高合成切氣等等。而H2S含量高時，一般不會立即使生產受到影響，特別是長期的輕微的超指標，因此就很少見有哪個廠子會因為H2S超指標而立即停機或減量。其實H2S經常超指標更象是慢性中毒，給生產帶來的危害更大。好在每年的脫硫技術交流會使越來越多的企業認識到脫硫工作的重要性和復雜性。在行業內同仁的共同努力下，合成氨的脫硫將會越來越規范和完善，脫硫工藝的進步和發展也必將使合成氨生產更加穩定的長周期運行。
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