濕式氧化法脫硫催化劑的合理應(yīng)用
催化劑是參與化學(xué)反應(yīng)而不會(huì)在反應(yīng)過程中發(fā)生質(zhì)量變化或化學(xué)性質(zhì)的變化,作用是加快化學(xué)反應(yīng)的速率的物質(zhì)。隨著化學(xué)工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中地位的提高,催化劑也越來越顯示出其重要作用,因?yàn)榇蠖鄶?shù)化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程是通過催化劑得以實(shí)現(xiàn)的。如以天然氣、石油或煤炭為原料合成氨,整個(gè)過程由加氫、脫硫、轉(zhuǎn)化、變換、甲烷化及氨合成等幾個(gè)工序構(gòu)成。每個(gè)工序都要使用催化劑。也可以說，我國(guó)合成氨工業(yè)能有現(xiàn)在的規(guī)模和水平，與催化劑領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步密切相關(guān)。今后合成氨工業(yè)的革新也將有待于新的催化劑的發(fā)明和老催化劑的更新。伴隨著我們合成氨工業(yè)的發(fā)展和成長(zhǎng)，濕式氧化法脫硫工藝中脫硫催化劑的發(fā)展也經(jīng)歷了一個(gè)從無到有，從劣到優(yōu)，從單一到百家爭(zhēng)鳴的過程。特別是上世紀(jì)八十年代末酞菁鈷類脫硫催化劑的發(fā)明應(yīng)用，更是催生了一大批不同品牌的脫硫催化劑。如今，栲膠、酞菁鈷類、HPF、DDS、ISS、NDC等等都在生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用。但是，百花齊放的結(jié)果卻讓廣大使用廠家挑花了眼。本文筆者就濕式氧化法脫硫催化劑的合理應(yīng)用談點(diǎn)個(gè)人見解，不當(dāng)之處請(qǐng)同行指正。
1催化劑的選擇
雖然能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)需要的脫硫催化劑品牌繁多，有些甚至為同一類型，但每種催化還是有著與其它催化劑所不同的特殊性質(zhì)。選擇何種種類的脫硫催化劑，要根據(jù)催化劑的特質(zhì)，并結(jié)合本企業(yè)的實(shí)際設(shè)備配置、工藝狀態(tài)、生產(chǎn)負(fù)荷、能力大小等綜合考慮。以國(guó)內(nèi)目前濕式氧化法脫硫工藝中應(yīng)用最為廣泛、工藝最成熟、技術(shù)透明度最大、市場(chǎng)普及率及占有率最高的兩大類--栲膠與酞菁鈷系列催化劑來說，也是各有千秋。栲膠催化劑價(jià)格低廉，穩(wěn)定性強(qiáng)，泡沫浮選好，但脫高硫及有機(jī)硫較弱，而且使用不當(dāng)時(shí)容易堵塔。而酞菁鈷系列催化劑脫硫效率高，能脫除少量有機(jī)硫，象我公司生產(chǎn)的888脫硫催化劑尚有清塔降阻功能，且使用方便，操作簡(jiǎn)單。但對(duì)硫泡沫的浮選不如栲膠。而且對(duì)溫度要求較為敏感，溫度高時(shí)很容易造成副鹽生成量大。那么，企業(yè)在選擇使用時(shí)，就應(yīng)該根據(jù)本企業(yè)設(shè)備、氣量、進(jìn)口硫含量、工藝管理水平等情況，合理選用。當(dāng)然，有些廠子采用栲膠與酞菁鈷類混用的雙催化法，也達(dá)到了良好效果。但即使是栲膠與888脫硫催化劑混用的雙催化工藝，也有一個(gè)以哪個(gè)為主哪個(gè)為輔的問題，同樣面臨著選擇。筆者在貴州某合成氨廠遇到過這種情況，該廠φ5.4米脫硫塔，φ9米再生槽，半水煤氣氣量40000m3/h，進(jìn)口硫1g/m3左右。采用栲膠加GX(酞菁鈷類)脫硫催化劑。但以栲膠為主。一直運(yùn)行還算比較正常。2010年下半年，企業(yè)出于節(jié)能降耗及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行考慮，更換了煤種，改燒型煤，使半水煤氣總硫及有機(jī)硫都大大增加，脫硫進(jìn)口硫化氫含量達(dá)5g/m3左右。運(yùn)行不久，便出現(xiàn)了脫硫效率低，副鹽生成量大，硫黃產(chǎn)量低等問題。其原因就是在原料煤種發(fā)生變化，進(jìn)口硫含量較高的情況下，沒有以酞菁鈷類催化劑為主，發(fā)揮不了酞菁鈷類催化劑脫高硫及有機(jī)硫的能力。后來，在筆者的建議下，增加了GX脫硫催化劑的用量，并對(duì)副鹽進(jìn)行了處理，工況有所好轉(zhuǎn)。
正規(guī)廠家生產(chǎn)的濕式氧化法的各種脫硫催化劑，沒有什么好與不好之分，只有適合不適合之說。筆者認(rèn)為，在栲膠與酞菁鈷這兩大類脫硫催化劑中，如果企業(yè)進(jìn)口硫化氫不高，脫硫負(fù)荷不大，且工藝管理較為嚴(yán)格，可以選擇栲膠;如果進(jìn)口硫較高，或有機(jī)硫較高，脫硫負(fù)荷較大，系統(tǒng)阻力較高，可以選擇使用酞菁鈷類催化劑。當(dāng)然，我公司在2010年新研制開發(fā)的DST-1與DST-2脫硫催化劑，綜合了酞菁鈷與栲脫兩類催化劑的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，具有脫硫效率高，降低系統(tǒng)阻力，抑制副鹽生成，提高硫黃產(chǎn)量等諸多特點(diǎn)，并已在河南晉開化肥廠與山東榮信焦化成功應(yīng)用。相信隨著該催化劑的不斷推廣，應(yīng)該成為廣大客戶在脫硫催化劑使用上的首選。
選擇適合本企業(yè)的脫硫催化劑，不僅可以節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本，更重要的是對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)有著重要意義。
2催化劑的用量
從理論上說，在脫硫的化學(xué)反應(yīng)中，催化劑本身是沒有損耗的。但是，由于脫硫系統(tǒng)的跑冒滴漏、隨硫泡沫的帶出等諸多因素，每天是需要補(bǔ)充一定量的脫硫催化劑的。那么，同樣是由于各廠工況不同，管理水平不同，其物料消耗也是有差別的。各催化劑生產(chǎn)廠家所給出的催化劑用量只是一個(gè)指導(dǎo)數(shù)字，也是經(jīng)驗(yàn)數(shù)字，而且大都是一個(gè)范圍，這就需要各使用廠家要根據(jù)催化劑廠家提供的數(shù)字，結(jié)合本廠實(shí)際工況，通過不斷探索，遵照“按指導(dǎo)用量加入、用分析數(shù)據(jù)修正”的原則，確定催化劑的合理用量。應(yīng)該看到，由于對(duì)催化劑的用量掌握不準(zhǔn)確，或者盲目降低生產(chǎn)成本和物料消耗，加入催化劑過少，以至給生產(chǎn)帶來危害，這樣的例子在企業(yè)中是屢見不鮮的。以前面提到的貴州那個(gè)廠子，不僅在催化劑的選取上不正確，而且在用量方面同樣有問題。也就是說，即使仍以栲膠為主，如果使用正確，雖然沒有以酞菁鈷為主效果好，但同樣可以滿足生產(chǎn)需要。筆者到該廠時(shí)，在觀看現(xiàn)場(chǎng)，查閱報(bào)表后，還要求該廠提供了所使用栲膠廠家的產(chǎn)品使用說明書。那是河南一家催化劑生產(chǎn)企業(yè)，在說明書里，給出了兩種指導(dǎo)數(shù)字，一種是以噸氨為單位加入栲膠的量，一種是以脫除噸硫加入栲膠的量。這里，第一種說法是不科學(xué)的，每生產(chǎn)噸氨所消耗的半水煤氣是差不多相同的，但不可能半水煤氣中硫化氫含量1g/m3與5g/m3都是同樣的栲膠用量吧。那么，按說明書里第二種方法的數(shù)字，該廠加入栲膠量也是明顯不足。其實(shí)際加入量不足理論加入量的三分之一。正是由于該廠在催化劑的用法及用量上都存在問題，那么出現(xiàn)脫硫效率低，工況不好，就是很自然的事了。后來筆者建議每天加入5kgGX提濃，至于栲膠的用量，請(qǐng)?jiān)搹S咨詢一下栲膠廠技術(shù)人員，在他們給出用量基礎(chǔ)上，減半添加。待酞菁鈷催化劑濃度達(dá)標(biāo)后，再根據(jù)出口硫化氫和泡沫等情況，合理調(diào)整兩種催化劑的用量。
同樣的例子還有山西某合成氨廠。該廠為6萬噸合成氨生產(chǎn)能力，脫硫塔直徑4500mm，溶液循環(huán)量640m3/h。設(shè)備匹配較為合理。該廠自2002年使用888脫硫催化劑多年，一直運(yùn)行比較穩(wěn)定。其間改用湖北天門一種同為酞菁鈷系列催化劑，但運(yùn)行不好，使用不久又改回了888脫硫催化劑。出于節(jié)能降耗考慮，該廠于2009年11月調(diào)整了原料煤種，改燒高硫煤。脫硫系統(tǒng)進(jìn)口的硫化氫含量由原來的800mg/m3增高到2500mg/m3。初期運(yùn)行尚可，但十幾天后，其它工況未變，出口硫卻由不足100mg/m3超標(biāo)到600mg/m3，采取了集中加入催化劑，一次加入了十幾公斤的888脫硫催化劑，出口硫降了下來。但一個(gè)多月后，又反復(fù)了一次，出口硫又再次超指標(biāo)，于是，又是集中加入了十幾公斤的888脫硫催化劑，這次使出口硫降得更低，以至于影響到低變催化劑的正常操作。在此情況下，該廠要求我公司去技術(shù)人員幫助解決問題，以便使脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。筆者接公司通知到現(xiàn)場(chǎng)后，經(jīng)過查閱報(bào)表，并詢問生產(chǎn)人員具體情況。然后與主管生產(chǎn)的副總以及生產(chǎn)科室人員談了下面幾點(diǎn)意見：(1)、兩次波動(dòng)的原因。該廠改燒高硫煤后，生產(chǎn)中出現(xiàn)了兩次波動(dòng)，其主要原因是催化劑用量過少所造成的。因?yàn)楦挠酶吡蛎汉螅催M(jìn)口硫含量平均2500mg/m3，半水煤氣氣量24000m3/h估算，每天氣體中硫化氫總量約為1500kg，根據(jù)該廠當(dāng)時(shí)的工藝設(shè)備狀況，考慮到熔硫殘液沒有回收到系統(tǒng)以及跑冒滴漏等情況，每天888的正常消耗量為不低于2kg。但該廠自改用高硫煤后，888催化劑的加入量一直為1kg，這樣就使溶液中的888濃度逐漸降低，當(dāng)?shù)陀谝欢ㄖ?某個(gè)臨界點(diǎn))時(shí)，出口硫便迅速升高。后來大量加入催化劑后，工況也穩(wěn)定了下來。(2)、關(guān)于化學(xué)品加入量。在高硫情況下，脫硫液中的888濃度按30～35ppm控制。以當(dāng)時(shí)氣量以及硫含量，每天補(bǔ)充催化劑應(yīng)不低于2kg。同時(shí)根據(jù)分析溶液中的888的濃度，適當(dāng)時(shí)候按每天2.5kg補(bǔ)充提濃。盡可能避免大量的集中加入，以防止出口硫過低造成全低變系統(tǒng)低變催化劑的反硫化。另外，此工況下的堿消耗量，每天應(yīng)不低于500kg。后來該廠經(jīng)過調(diào)整后，出口硫一直在50mg/m3以下，且運(yùn)行穩(wěn)定。該廠改燒高硫煤效果是很可觀的，即按每天增加1kg催化劑，300kg純堿計(jì)算，增加的化學(xué)品消耗也不過幾百元，考慮到副產(chǎn)的硫黃量，這個(gè)數(shù)字還要低些。但是，該廠高硫煤與低硫煤的差價(jià)是每噸100元，每天約耗原料煤300噸，則直接減少原料煤耗3萬元。以幾百元的投入換取3萬元的收益，所有廠子都會(huì)樂意做的。主要是該廠脫硫設(shè)備配置較為合理，工藝管理嚴(yán)格。當(dāng)然，也有該廠選擇了與我公司進(jìn)行技術(shù)合作，選擇使用目前國(guó)內(nèi)酞菁鈷類催化劑中最好的--888脫硫催化劑的因素。
企業(yè)在催化劑的用量方面出現(xiàn)問題，除了對(duì)催化劑性能掌握不準(zhǔn)確之外，也有兩點(diǎn)客觀因素。一是節(jié)能降耗的影響。這幾年由于市場(chǎng)不是太好，各廠對(duì)降低物料消耗都抓的很緊，脫硫催化劑作為一項(xiàng)重要的物料消耗，自然在所難免。這一點(diǎn)，在焦化廠的表現(xiàn)更為突出些。另一個(gè)影響因素，是目標(biāo)成本核算及指標(biāo)的控制。這一點(diǎn)，在管理水平較高的廠子表現(xiàn)更明顯些。筆者以前所在的廠子，每年都要制定新的目標(biāo)成本，要求催化劑的消耗指標(biāo)每年都要比前一年有所提高和進(jìn)步。所以只有被動(dòng)的不斷壓縮催化劑用量。這里，也呼吁企業(yè)的生產(chǎn)管理或企管部門，在對(duì)脫硫的物料消耗制定指標(biāo)時(shí)，一定要留有余地。跳一跳摘桃子，如果跳了三跳連樹葉都碰不到邊兒，那就沒有再跳的積極性了。而且，一切的控制都是要以穩(wěn)定生產(chǎn)為前提，不切實(shí)際的盲目減少催化劑用量，造成生產(chǎn)有波動(dòng)，更是得不償失。
所以，在選擇合適的脫硫催化劑以后，保證催化劑的用量，也是有著現(xiàn)實(shí)意義的。
3催化劑的用法
選擇合適的脫硫催化劑，確定合理的用量后，還有一個(gè)正確使用的問題。這一點(diǎn)，各廠出現(xiàn)的問題就更多了。有的廠子酞菁鈷類催化劑不經(jīng)過活化，直接扔到槽子里去;有的沒有連續(xù)滴加，活化后一下倒了進(jìn)去;有的使用栲膠熟化不好，造成堵塔等等。有些是管理層沒有認(rèn)識(shí)沒有要求，也有些是雖然有要求了，但缺乏監(jiān)管，操作工執(zhí)行不好。這些都是很簡(jiǎn)單的道理。所以還要請(qǐng)各使用廠家，無論使用哪種脫硫催化劑，都要對(duì)照說明書，或者按照催化劑廠技術(shù)人員的要求，嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行操作和使用。
4結(jié)束語
在濕式氧化法脫硫中，催化劑的合理應(yīng)用對(duì)脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。一種先進(jìn)的脫硫催化劑(如我公司新研發(fā)的DST-1)，對(duì)于降低物料和化學(xué)品消耗、提高設(shè)備生產(chǎn)力、提高脫硫效率、減少三廢、防止環(huán)境污染等方面都起著重要的作用，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是巨大的。選擇先進(jìn)的合適的脫硫催化劑，保證催化劑的用量，掌握正確的使用方法，是濕式氧化法脫硫長(zhǎng)周期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
