對沖式管道反應器在濕式氧化法脫硫的開發與應用

作者：狄成運
對沖式管道反應器是我公司近幾年來推出的新產品，自2014年開始研發推廣以來，至2016年已經有十幾套裝置用于工業裝置中，大多都在安裝調試期。2016年8月13日有兩套常壓脫硫裝置中的對沖式管道反應器正式投入運行，到目前為止，取得了令人滿意的結果。
首先，把對沖式管道反應器的工作原理簡單介紹一下。大家知道濕法脫硫工藝是通過氣液兩相接觸來實現的，氣液接觸面越大，脫硫反應就越好，脫硫效率就越高。而氣液為分散相時，分散相被連續相包括，接觸就大，在單位時間反應就好。目前，在所有的脫硫反應中，只存在氣液兩相均為連續相或氣液兩相只有一相為分散相，另一相為連續相的狀態。就單位時間內的反應效率而言，以上三種狀態遠遠不如氣液兩相均為分散相接觸時的效率高。如果有一種辦法能夠使得氣液兩相均為分散相同時存在，這樣氣液兩相的接觸面就無限大。而對沖式管道反應器的研發推出就使得氣液兩相均為分散相同時存在成為一種可能。
對沖式管道反應器就是利用氣相與液相相對方向高速流動時產生的巨大沖擊力，使得氣體變為氣泡液體變為液滴而相互包括，均勻地混合在一起，形成一個泡沫區，這時的氣液接觸面非常大，所以短時間內脫硫效率非常高。由于氣液連續流動不斷補充，所以泡沫區內氣液的界面不斷更新變化，泡沫區內氣液兩相呈湍流狀態，并且連續存在。由于脫硫反應是在瞬間完成的，脫硫效率可以在短時間內很高，而這一切都是在管道中完成的，不需要其它任何設備。
下面介紹一下近期開車使用的對沖式管道反應器的運行情況。該公司并聯兩套脫硫裝置，氣源為兩段式煤氣發生爐產生的煤氣，壓力在20kpa左右，氣量單套裝置在35000nm3/h，對沖式管道反應器后串∮4500脫硫塔一臺，進口h2s為4500mg/nm3，出口要求小于100mg/nm3，循環量單塔1050m3/h，兩套均為新上裝置，8月11日原始開車。生產調試正常后，13rixiawu開對沖式管道反應器，使用脫硫塔底部的半富液作為脫硫液。調試正常后測得對沖式管道反應器壓差為0.4kpa（兩套相同），脫硫結果因為取樣點不對，帶液較嚴重，影響分析結果，后來做一取樣分離器，15日開始正常取樣分析，
從8月15日至8月29日停車，一共開車14天的時間里，兩套反應器共取樣28個，每套裝置每天取樣分析一次。結果顯示，硫化氫入口zui高為4134mg
/nm3，zui低為1067mg/nm3，反應器出口zui高為1189mg/nm3，zui低為87.2mg/nm3，脫硫效率zui高為94.1%，zui低為38.4%，平均脫硫效率一線裝置為77.5%，二線裝置為72.6%，脫硫液出口硫容zui高為0.45kg/m3。
關于脫硫效率分析，取樣28個，脫硫效率90%以上的3個，80-90%的11個，70-80%的5個，60-70%的2個，50-60%的3個，40-50%的0個，30-40%的3個，無效取樣一個（反應器出口比入口h2s還要高）。脫硫效率大部分在80-90%之間，其次在70-80%和90%，共計19個樣。低效率的8個樣中，進口h2s高于2000mg
/nm3的樣只有3個，5個樣均低于2000mg/nm3，沒有一個樣高于3000mg/nm3，可見不是進口硫化氫高的影響，應該與取樣分析有關，或者脫硫液偏少不能形成有效的泡沫區有關。因為開車后不久，流量計失靈，電機電流又顯示偏高，而調節流量沒有依據（事后檢測電流表偏大，流量計不準確），由于剛開車，分析人員初次操作分析，可能有誤差，特別是取樣環節。
關于硫容，分析以上樣品后得出進口硫高時硫容高，進口h2s3000mg/nm3以下時，硫容一般不會高于0.3kg/m3，進口4000mg/nm3時，出口硫容可達0.4kg/m3以上，所以可以分析斷定，當進口h2s大于5000mg/nm3時，對沖式管道反應器的硫容有可能更高。
關于溶液循環量，循環量低時，對于生成有效的泡沫很不利，適當提高循環量，有利于形成泡沫區，過大的循環量反而不利于泡沫區的形成，而且系統阻力還會上升。
關于系統阻力，通過對以上兩套運行裝置的分析，系統阻力與當初設計時的阻力值稍低一些，可見對沖式管道反應器對整個系統的阻力影響很小。
由于對沖式管道反應器良好的工作狀況，使得后面的脫硫塔工作負荷大大降低，可以極大的減輕堵塔的機率，確保長周期運行，并可以適當的降低溶液循環量，以降低運行費用。
另外對沖式管道反應器使用的是半富液（脫硫塔底部溶液），另需上一臺半富液泵即可，并不增加貧液和富液的循環量。
在以上兩套對沖式管道反應器運行數據的基礎上，我們對對沖式管道反應器有以下幾點特別的總結：
1、凈化效率高。對沖式管道反應器凈化反應迅速、快捷、充分，單級脫硫效率可達70%以上；
2、能耗低。對沖式管道反應器利用了氣液體的運動能量，用較少的脫硫液即能達到較高的脫硫效率；
3、噴嘴不堵塞，操作穩定可靠，系統阻力相對穩定且不易變化，不產生硫堵的現象；
4、應用范圍廣。從對沖式管道反應器的工作原理我們可以判斷出相對于化學吸收的過程，對沖反應器更適合于物理過程，所以對沖式管道反應器也可以用于降溫、除塵、洗氣等工況，實驗結果表明在以上工況下，對沖管道反應器的工作效率更高，有些可達95%以上。
5、投資低。對沖反應器通過管道吸收，省去了塔類設備。同時，脫硫液用量也大大減少，所以同樣的脫硫效率，其投資只有填料塔的三分之一至五分之一，運行費用也大大低于填料塔。另外，對沖管道反應器占用空間很小，這點對于現有裝置改造尤其重要。
采用該技術的脫硫裝置與傳統裝置比較，具有操作簡單、脫硫效率高、脫硫液用量少、運行阻力小、不產生硫堵、占地面積小等特點，是對現有脫硫技術的補充與發展。在濕式氧化法脫硫中非常適合作為預脫塔，而且常壓和加壓脫硫均可適用，對于現有裝置，在塔前串一套本裝置，可以大大地減輕脫硫塔的負荷，降低脫硫液用量，提高脫硫精度，兩塔串聯運行的有可能減少一個塔。另外還可以改燒高硫煤，以降低生產成本。在山東某公司的兩套裝置原來設計為兩塔串聯運行，增加對沖式管道反應器后，均改為單塔運行。
我公司對沖式管道反應器的成功應用，對于脫硫行業是一個利好消息，它為廣大用戶提供一個新的思路，其投資少、見效快、效率高、費用低的特點必然會使廣大用戶所青睞。我公司愿以zui好的技術、zui大的誠意，為廣大用戶服務，與大家一起共同推進脫硫產業的發展與進步。