常溫精脫硫在醇烴化合成氨流程中的應用

    0  前  言

    傳統的合成氨工藝在合成前設置銅洗凈化塔，其作用是脫除微量硫、CO和CO₂，由于銅洗運行費用高，凈化度低且造成環境污染等問題，現在的合成氨設計多采用醇烴化取代銅洗。其優點是節能、環保、凈化度高，因此很受歡迎，已被廣泛采用。但醇化和烴化催化劑對硫都十分敏感，要求總硫＜0.1×10^－6 ，因此精脫硫就顯得尤為重要。

    傳統的高溫精脫硫需高溫熱源，精脫硫催化劑價格貴導致精脫硫工段操作費用高，因此不適合中小型廠。湖北省化學研究院經過十幾年的努力，開發出了JTL-1、JTL-4及JTL-5常溫精脫硫工藝、十幾種常溫精脫硫劑和HC-2型微量硫分析儀，可根據原料氣中硫含量的不同來選擇合適而經濟的工藝流程，保證精脫硫后總硫小于0.1×10^－6。

1   常溫精脫硫工藝的比較

    表1列出了三種常溫精脫硫工藝及其配套的精脫硫劑、使用條件等。

2  JTL-1常溫精脫硫工藝及其應用

2.1  JTL-1常溫精脫硫工藝的特點

    （1）T504水解催化劑活性好，COS轉化率＞99%，使COS＜0.03×10^－6。

    （2）T102、T703脫硫精度高（H₂S＜0.03×10^-6），反應速度快（空速1000～2000h^－1），精脫硫硫容大。

2.2  JTL-1常溫精脫硫在醇烴（雙甲）化合成氨流程中的應用實例

    湖南湘陰氮肥廠1996年采用原料氣雙甲精制新工藝代替銅洗，采用了我院開發的JTL-1常溫精脫硫新工藝，可使原料氣體中總硫≤0.1×10^-6，滿足了生產需要，取得了經濟效益和環保雙豐收。

2.2.1  主要工藝指標

   原料氣氣量    8330 m³/h

   系統壓力      0.4～0.5MPa

   水解劑溫度    40～100℃

    硫含量        H₂S＜10×10^－6,   COS＜10×10^－6

2.2.2  JTL-1常溫精脫硫工藝流程

2.2.2  主要設備規格和精脫硫劑裝填見表2。

2.2.3   生產運行小結

    精脫硫1996年9月投入應用以來，運行穩定、操作簡單，精脫硫運行數據列于表3。

 

    精脫硫后H₂S＋COS＜0.06×10^－6,甲醇催化劑壽命大大延長，每年少更換1～2爐甲醇催化劑，生產時間和能力大幅度提高，因此不到半年就收回了全部投資。

3  JTL-4常溫精脫硫工藝及應用實例

3.1  JTL-4常溫精脫硫工藝的特點

    （1）T102精脫硫劑將原料氣中的H₂S脫除至＜0.03×10^－6；T104將COS和CS₂分別脫至＜0.03×10^－6，使總硫（H₂S＋COS＋CS₂）＜0.1×10^－6。

    （2）該工藝可在真正常溫下使用，無需提溫、降溫。

    （3）可在脫除有機硫COS的同時脫除CS₂。

    （4）流程簡單，操作簡便，投資低。

3.2  JTL-4常溫精脫硫工藝在烴化合成氨流程的應用實例

    由T102和T104組成的JTL-4精脫硫工藝已在山西豐喜臨漪分公司、江蘇恒盛化肥有限責任公司、山西晉豐等多家醇烴化合成氨流程中使用，效果顯著，現以江蘇恒盛化肥有限公司為例進行介紹。

    2004年，江蘇恒盛有限公司新建120 kt/a合成氨裝置，采用醇烴化流程，凈化氣精脫硫采用我院T102和T104精脫硫劑組成的JTL-4精脫硫新工藝，經過近兩年的工業運行，精脫硫完全達到設計要求，滿足了醇烴化合成氨的生產。

3.2.1  操作參數

    原料氣氣量  46000 m³/h； 

    壓力  2.65MPa；

    操作溫度 30℃；

    要求精脫硫后總硫（H₂S＋COS＋CS₂）＜0.1×10^－6。

3.2.2  JTL-4常溫精脫硫工藝流程

    脫碳氣→氣液分離器→第一精脫硫塔→第二精脫硫塔

3.2.3  精脫硫設備規格和精脫硫裝填量（見表4）

表4    精脫硫設備規格和精脫硫劑裝填量

 

3.2.4  精脫硫效果

    精脫硫系統于2004年6月投入使用以來運行良好，各項指標均在規定的范圍內，避免了醇烴化催化劑因硫超標而中毒，使用效果理想。精脫硫運行數據見表5。

表5  JTL-4常溫精脫硫運行數據

     

    醇烴化合成氨開車近兩年來，運行平穩，精脫硫出口總硫含量＜0.1×10^－6，有效地保護了醇化、烴化和氨合成催化劑。

3  JTL-5常溫精脫硫工藝及其應用實例

3.1    JTL-5常溫精脫硫工藝的特點

    （1）T703（或T102）將原料氣中H₂S脫除至＜0.03×10^－6；T504將COS轉化為H₂S由T102脫除，CS₂由T104脫除，使總硫（H₂S＋COS＋CS₂）＜0.1×10^－6。

    （2）該工藝是JTL-1與JTL-4工藝的結合，可解決高COS的原料氣精脫硫。

    （3）該工藝可同時解決工藝氣中較高含量的CS₂的原料氣精脫。

4.2  JTL-5常溫精脫硫工藝在醇烴化合成氨流程中的應用實例

    由于低硫煤資源的緊缺，越來越多的合成氨廠考慮到將來可能采用高硫煤，精脫硫的任務更加繁重。采用JTL-5常溫精脫硫工藝，可解決將來燒高硫煤原料氣的精脫硫，現以江蘇華昌化工有限公司為例進行介紹。江蘇華昌化工有限公司新區新建醇烴化流程160 kt/a項目，設計中采用我院JTL-5常溫精脫硫工藝，經過近兩年的工業運行，效果理想。

4.2.1  精脫硫原料氣工藝參數

    脫碳氣氣量： 76885 m³/h

    脫碳氣中硫含量：H₂S ≤5mg/m³ ；COS ≤5mg/m³ ；CS₂ ≤0.5mg/m³

    操作壓力： 2.7MPa

    溫度： 35℃

4.2.2   JTL-5精脫硫工藝流程

   

4.2.3  設備直徑、脫硫劑型號及裝填量見表6

表6  精脫硫設備及裝填量

4.2.4  精脫硫效果

    合成氨系統2005年5月開車以來，精脫硫很好的保護了“醇烴化”催化劑和氨合成催化劑，系統平穩，到2006年12月甲醇催化劑僅提溫5℃，效果滿意。精脫硫進出口硫含量分析數據見表7。

表7   精脫硫進出口硫分析數據

 

5  結  語

    醇烴化合成氨流程具有明顯的經濟、環保價值而得以快速推廣，精脫硫保證了醇烴化催化劑的長周期運行，因此選擇合理的精脫硫工藝尤為重要。

    （1）工藝氣（或合成氣）中COS含量高但不含CS₂時，采用JTL-1常溫精脫硫工藝。

    （2）工藝氣（或合成氣）中COS和 CS₂含量均較低時，采用JTL-4常溫精脫硫工藝。

    （3）工藝氣（或合成氣）中COS和 CS₂含量均較高時（一般用高硫煤），采用JTL-5常溫精脫硫工藝。

    （4）硫化物脫凈以后，還應該考慮氯和羰基金屬的凈化脫除問題。

    從工業應用來看，三種常溫精脫硫工藝完全可以解決醇烴化合成氨的氣體精脫硫問題。