喷淋空塔与填料脱硫塔复式组合的合理性

填料型脱硫塔在正常运行中，其填料段渐进式的堵塞，是很难避免的物理现象。由此引发的塔阻力增长，脱硫净化度下降，物料损耗增多，硫磺回收量减少等异常，一直困扰着湿式氧化法脱硫工艺的正常运行，严重的堵塔还会造成塔的拦液及带液，甚至殃及系统的正常负荷。

因此，脱硫塔阻力变化的状况，始终是企业管理层及业内相关人员关注的焦点。若将单一式填料塔的一级脱硫，分解为喷淋空塔与填料塔复式组合的二级脱硫，并相应的减少填料塔的填料，以减轻填料塔的脱硫负荷，提高进塔气体的净化度，降低填料段堵塞的几率，延缓堵塔的过程，保持塔系统在较低阻力的状况下，脱硫生产长周期的良性运行。

此外，上述的复式组合，更适合配置在烧高硫煤或劣质煤的半水煤气脱硫系统，也可保持塔系阻力较低且稳定的状况下，较好的满足高负荷生产脱除硫化物净化度的工艺要求。

一、基本原理

建立在酸碱中和吸收及氧化还原理论基础上的湿式氧化法脱硫。其工业化生产的工艺过程，是较为复杂的系统工程。除选择合适的工艺条件，选择适用的高效催化剂，规范并强化工艺管理外，工艺设备的配置，特别是主要工艺设备的合理配置，对保持系统的稳定，提高脱硫效率，降低生产成本是十分关键的。

工艺气体中的弱酸性的H2S、HCN、COS、CS2、CO2等，在合适的条件下自行扩散，突破气膜穿透液膜，由气相主体转入液相主体，并溶解，其气相分压随之下降，而液相中的分压则相应的上升，随之是疾速的酸碱中和反应。

H2S+Na2CO3→NaHS+NaHCO3 (1)

HCN+Na2CO3→NaCN+NaHCO3 (2)

COS+2Na2CO3+H2O→Na2CO2S+2NaHCO3 (3)

CO2+Na2CO3+H2O→2NaHCO3 (4)

NaHS+(x-1)S+NaHCO3→Na2Sx+CO2+H2O (5)

CS2+Na2CO3+H2O→Na2COS2+2NaHCO3 (6)

由于脱硫贫液中的溶解O2、夹带O2、以及工业气体中所含有的O2，下述的氧化反应也伴随着在脱硫塔内进行。

2NaHS+O2→2NaOH+2S↓ (7)

2NaHS+2O2→Na2S2O3+H2O (8)

2Na2S2O3+O2→Na2SO4+2S↓ (9)

2NaCN+2NaHS+O2→2NaCNS+2NaOH (10)

4NaSx+O2+2H2O→4NaOH+4Sx↓ (11)

2Na2CO2S+O2→2Na2CO3+2S↓ (12)

Na2COS2+O2→Na2CO3+2S↓ (13)

(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、反应的生成物，随之被氧化而含量的减少，使其反应式保持常态的失衡，工艺气体中参与反应的H2S等，方可持续的从气相主体转入液相主体，脱硫生产才得以连续进行，上述气相转入液相的过程，均遵循双膜理论，可见，传质控制过程。唯有强化气液二相的传质过程，提高传质效率，才是搞好脱硫生产的根本。

因此，要满足脱除工艺气体中硫化物的净化度要求，脱硫塔就必须满足气液二相的传质过程，有足够大的界面，足够长的时间，足够强的态势，以增加参与反应的气体在脱硫溶液中的溶解度，使之快速、大量、持续的由气相主体转入液相主体。通常，上述的“三足够”也称传质的三要素。

二、脱硫塔

A、填料型脱硫塔，是普遍应用的塔型，又分规整填料型、散装填料型、规整和散装混合型。其塔体较大，结构也较复杂。

脱硫贫液从塔的上部进入，经分布器淋降而下，也有的由宝塔型喷头，似大雨直接淋降在填料的表面，与从塔下部进入的工艺气体逆向流动，在填料的空间形成旋流、涡流，在填料的表面形成液膜式的撞击式接触。由于填料截面需要保持足够的喷淋密度，增强对填料段的冲刷力度，以防填料段形成“半干区或干区”，而增加塔的阻力。以防气液在填料段形成偏流，气液分布不均匀，而影响脱硫效率，因此，需要较多的液量，液气的比值大，脱硫液利用率低，造成能耗高，物料损耗多。

B、喷淋空塔

特制的高功能喷头，在塔的中上部将脱硫贫液强力高密度雾化，形成大量的微颗粒球体。与从塔下部进入的工艺气体，总体呈气上液下逆向流动的撞击式接触。其典型特点是气液两相混合的均匀度高，微颗粒球体接触的界面大，传质的效率高，需用的液量少，液气比值低，脱硫液的利用率高，能耗少，物料损耗少，其塔体较小，结构简单，且无堵塔之忧。

三、喷淋空塔的配置

依据工艺气体负荷的大小，H2S含量的高低，以及脱硫净化度的工艺要求，可选择如下配置：

1、单喷淋空塔+填料脱硫塔复式组合的二级脱硫

2、双喷淋空塔+填料脱硫塔复式组合的三级脱硫

3、叁及其以上喷淋空塔+填料脱硫塔复式组合的多级脱硫

4、系统负荷小，而H2S含量高，且要求净化度高，塔系的阻力又限定在低值的区间，也可配置几个喷淋空塔串联式的多级脱硫，以满足其脱除硫化物在特定条件下的净化度要求。

5、喷淋空塔设计的参数

工艺气体的线速：V=1.1-1.3m/s

液气比值：8-10L/Nm3

有效吸收时间：10-12S

此外，两个或多个塔型可共用一个富液槽、再生槽、贫液槽。如系统负荷较大，H2S含量较高，为方便控制。上述设备，也可配置成各自独立的体系。

为防止高功能喷头的堵塞，应在贫液槽出口配置“一用一备”并联的过滤器，以便及时进行清理。保持进塔贫液无大的物理杂质。

四、变换气脱硫

变换气脱硫，通常采用0.8MPa、1.4MPa、2.1MPa的加压脱硫工艺过程，而脱硫富液的氧化再生过程则是在常压下进行，其特殊性是H2S含量低，CO2含量高，造成NaHCO3/Na2CO3的摩尔比值增加，pH值下降，脱硫液中酸式碳酸碱增多，溶液粘度增大，致使吸收H2S的传质系数降低，直接影响对脱除硫化物的净化度。

此外，CO2在减压再生过程中，物理吸收的部分会大量施放，直接影响富液的再生效果。同时也殃及单质硫的聚合浮选。一般采用填料型脱硫塔。近年来，也有如下塔型被逐渐应用：

1、脱硫塔上部为填料段，中下部则配置高强度雾化喷头，复式组合成单塔式的二级脱硫过程，也可获得较高的脱硫效率。

2、长春东狮公司自行研发的高功能塔内组合件，单独配置在空塔内，或将原变脱填料塔清理成空塔，将塔内组合件配置在塔内，在工业化生产中，也获得了较高且稳定的脱硫效率，入塔H2S含量在400mg/Nm3，脱硫后H2S含量仍能可控制在15 mg/Nm3以下，塔系的阻力小，且相当稳定。

3、此外，与脱硫系统相关联的填料式冷却塔、洗气塔等，受传质控制过程的设备。如采用气液混合均匀度高、传质介面大的喷淋空塔，在减少水量的情况下，也可获得降温、洗气较高的效果，保持风机—变换—压缩塔系列阻力在较低区间，对提高输气能力，增加产量，降低成本会十分明显。

总之，不同塔型的复合配置，以及高功能塔内件在工业生产中的应用，都是一种技术进步，为烧高硫煤或劣质煤，稳定系统负荷，保持较低的塔系阻力，增加产量，改善生产环境，降低运行成本，提供又一种选择。

当然，新技术新设备在实际运行中也难免发生一些异常现象，还需不断的总结经验，吸取教训，逐步改进。事物就是在不断的改进中，才得以逐步完善和提高。