[摘 要]更新改造设计的以塑料阶梯环填料与带溢流锥双程叶片旋流塔板组合的新型复合脱硫塔，在净化加压变换气脱硫工序中成功应用，取得了良好效果。
0 前 言
以煤焦为原料造气的合成氨生产中，变换气脱硫是必不可少的净化工序。我公司净化老系统 1号、2号变脱塔原为塑料环填料塔，单塔规格为 DN2600mm，H=24050mm，内装Ф76×38塑料阶梯环16m3。经多年使用后，塔内腐蚀严重，塔壁出现裂纹，硫堵阻力较大，脱硫效率平均只有 85％，每年停车清塔2～4次。不仅严重影响长周期运行和后续工序生产，而且对安全生产构成威胁。为此，公司决定对该塔进行更新设计、改造。
据悉，中型氮肥厂的脱硫塔，多数企业原设计为木格填料，该塔型易堵，对生产影响较大。不少企业在改造脱硫塔结构方面做了许多工作，如改为半空塔、空塔、浮阀塔、湍球填料塔、旋流板塔、塑料环填料塔等等。从使用情况看，塑料环填料气液接触好，脱硫效率高，但易堵，难清洗；而旋流板由于开孔面积较大，不易堵，阻力小，但脱硫效率相对较低；其他塔型的脱硫塔也不尽如人意。
改造时，根据我公司对江氨、南化、济化、新疆等兄弟厂家脱硫塔改造与使用的调查，结合我公司的具体情况，我们综合吸收塑料环填料型脱硫塔与旋流板型塔的优点，设计了以塑料阶梯环填料与带溢流锥双程叶片旋流塔板组合的新型复合脱硫塔，并在净化加压变换气脱硫工序中成功应用。现总结如下。
1 填料—旋流板脱硫塔的改造设计
1.1 变换气脱硫塔改造设计工艺技术参数
变换气成分／％：H252．0，N217．0，CO 3．2，CO227，CH40．8；
H2S含量：塔进口≤250mg／m3、要求塔出口≤15mg／m3；
气体入塔压力：2．1MPa；
气体流量：35000～41000m3／h；
气体温度：40℃；
ADA溶液流量：140～150m3／h；
变脱塔直径：DN2200mm。
1.2 填料—旋流板脱硫塔设计计算结果
按照文献资料[1、2]，填料—旋流板组合的脱硫塔基本设计计算结果如下。
DN2200脱硫塔塔截面积：At=3．8m2；
传质旋流板叶片直径：外程DX1=1730mm，内程DX2=1270mm；
传质旋流板盲板直径：Dm=790mm；
传质旋流板叶片数：外程m1=72，内程m2=36
传质旋流板叶片仰角：α=21°
传质旋流板罩筒高度：外程h1=30mm，h2=51mm；
溢流锥装置：叶片数m=36，叶片导向角 45°，溢流圆锥角2θ=60°；
传质旋流板板间距：H=1800mm；
塔上部塑料环填料层高度：H=2530mm；
脱硫塔阻力降：△P≤14kPa。
1.3 新型填料—旋流板复合脱硫塔结构特点
改造设计的填料—旋流板组合脱硫塔结构如图1所示。塔底层气体进口管上设有新型气体分布筒，切向进气；并在其上设置筛液板，增加气液接触，提高效率；中部为双程叶片传质旋流板及锥形溢流装置，共三层；塔上部设有2．53m高塑料环填料层；塔顶分别为ADA喷淋装置、单块单程旋流板除沫器、喇叭型阻液气体出口管组成。其技术特性数据如下：
工作压力 2．1MPa
设计压力 2．2MPa
工作温度 ≤45℃
设计温度 50℃
工作介质 变换气，改良ADA溶液
入塔气量 35000～41000m3／h
喷淋量 140～150m3／h
填料高度 2．53m
旋流板数 3块
全容积 84m3
容器类别 二类
图1 填料—旋流板复合脱硫塔结构示意
1—喇叭阻液管；2—旋流除雾板；3—宝塔型喷头；4—塑料阶梯环；5—新型填料栅板；6—锥形引液圈；7—带溢流锥旋流板；8—多孔筛液板；9—气体进口分布筒
新型填料—旋流板组合脱硫塔主要结构特点如下。
(1)传质旋流塔板采用了双程叶片结构。单程旋流板随着塔板直径的加大，延伸到塔壁的叶片间距也随着增加，同时旋流板的开缝也随着塔板直径加大，离心力变弱。为此我们参照新疆化肥厂的经验，采用了如图2所示的双程叶片结构。外程叶片数比内程增加一倍，同时间距也缩小了，开孔均匀度大大提高，能取得气液分布均匀和接触良好的效果。
(2)溢流装置采用新型的带螺旋叶片结构。我们参照江氨的经验，设计了带螺旋叶片结构溢流装置，它比溢流管好，回流效率高，又增加了气、液接触的机会，提高了脱硫效率。由于溢流所占区域属于气、液接触无作用区，这样也就提高了塔板的空间利用率(相当于增加了0．5块塔板)。为保证旋流板边缘区有一定的液封又不致积液，必须有合适的溢流间隙，为此我们取溢流间隙为溶液人口截面管的1．6～1．7倍，通过生产实践证明是符合要求的。
(3)塔上部设置了2．53m高的填料层。利用填料脱硫效率高的优势，强化脱硫效率。同时又可减轻旋流板负荷，提高了整个塔的操作弹性和脱硫效率。
(4)对塔顶层的喷淋装置及气体出口优化设计。塔顶脱硫溶液进口采用易检修又防堵的宝塔型喷头，取代了阻力大、易堵又分布不均的螺旋喷头。与塔中部的传质旋流板相比，较大幅度地提高了塔顶旋流除雾板动能穿孔因子F0，从而提高除雾效果，防止硫堵；此外，为防止带液，吸取南化经验，采用了喇叭阻液管，它们大大减轻了塔后分离器的负担，对后续工序的生产有利。
(5)塔底部气体进口结构特殊设计。改造中采用了新型气体分布筒和筛液板，使得切向进入的气体沿圆锥向上发散，均匀通过筛液板，气液分布均匀，接触好，有利于提高脱硫效果。
2 新型填料—旋流板复合脱硫塔应用效果
2.1 改造后工艺运行效果
填料—旋流板复合脱硫塔投入变换脱硫工序运行后，脱硫塔效率高、不堵塔、气体处理量满足系统生产要求(改造前后变脱塔有关参数对照如表1)。其主要运行特点如下：
表1 变脱塔改造前后工艺参数对照
(1)设备生产能力得到大大提高。变换气处理量由原来的30000m3／h提高到34000 m3／h，如系统提压后可提高到41000m3／h。
(2)塔阻力降低，大大延长了运行周期。最高阻力由原来的25kPa下降到4．0kPa。原来每年需停车检修清洗2～4次，而改造后运行两年尚可不进行检修。
(3)节约了停车检修费用，大大减轻了工人劳动强度。
(4)不积硫，不堵塔。新型塔投入系统运行 1年后，趁系统停车时打开检查，未发现塔板上有积硫现象。只上部填料段有少量积硫，也不曾有带液现象。
(5)脱硫效率较高。由表1可知，新塔运行后脱硫效率由改造前的85％提高到88％以上。但实际上，受净化喷射再生的影响，溶液循环量减少，因而脱硫效率实际可达95％左右。当然因此节省了动力消耗。
2．2 改造后取得的经济效益
(1)因阻力降低，故变脱塔塔径由原 DN2．6m减至DN2．2m。只此一变可节省设备制作费10万元，两塔共计20万元；
(2)因改造后溶液循环量可减少，故电流从 42A下降为32A，每小时可节电103．92kW·h，全年节电价值18．94万元；
(3)全年至少节省两次停车清洗费。包括：减少停车消耗费、增产效益、清洗费。三项合计共节省停车清洗费：27．72万元。
上述三项共计增加效益66．66万元。
3 结束语
我公司的填料—旋流板复合脱硫塔结构吸取两种塔型之优点，扬长避短，取得了良好的脱硫效果，可供借鉴。
高质量的安装制作技术是旋流板脱硫效益好的前提保证。要保证所有内件水平，使液体能均匀分布整个塔板，不产生偏流、降低脱硫效果，有关的安装制作技术仍需进一步探索和积累。
为解决硫堵问题，根据应用状况，我公司应继续由改良ADA法脱硫向栲胶脱硫过渡，直到全采用栲胶脱硫。
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