太原理工大学(原太原工学院)每年来从事精脱硫的理论研究和技术开发，早在1981年提出了 COS常低温催化水解工艺，并开发出第一代具有中国特色的常低温 COS水解催化剂；八十年代末在国家七五攻关项目煤基原料气合成油中将低温夹心精脱硫工艺首次成功地用于有机硫的脱除，在国内实现了零的突破，向盛传一时的国外 Puraspec技术进行了挑战；几年来我们继续组织人员进一步深入开展了 CS2等各种有机硫化物转化脱除的研究，以理论研究为依托开发了新型常温有机硫转化吸收剂，也对不少厂气体中的有机硫状况进行了研究，在精脱硫技术开发上做了大量工作。
鉴于寿阳化肥厂气体中有机硫状况有一定代表性，有相当难度，而在常温精脱硫新工艺及科灵新型系列催化净化剂的应用上取得了大量数据，积累了许多经验。本文将着重结合该厂的情况做些介绍。
一、概况
该厂是年产1.5万吨合成氨的碳铵厂。投产以来，为了降低生产成本，长期使用本地小煤窑的无烟煤造气。氨催化剂寿命很短，最多只能使用五个月，后期被迫带电操作。严重时一年得更换三炉，给生产带来很大的被动。
经查定，在半水煤气中硫化氢含量通常为1500毫克/米
的情况下，湿法脱硫后有机硫竟高达550毫克/米，约占硫化氢总量的36%，远大于一般只有10%左右的估值。有机硫中CS2高达到200毫克/米，约占有机硫总量的36%，也远大于一般的估值。这样，碳化后气体中的有机硫含量通常为COS 0.1-0.2毫克/米及CS2 0.5-4.67毫克/米。这一情况在国内尚未见报道。因此，氨催化剂之所以寿命短，主要是有机硫（特别是二硫化碳）中毒所致。
基于这一认识，九六年秋我们在专家们的大力帮助下，于碳化后增设了一套工艺流程别具特色的常温精脱硫装置，催化净化剂采用了太原理工大学所属山西科灵（CLEAN）催化净化技术发展公司的系列产品（TGH-3Q、TGC-3、TZX）。两年的运行使生产上了两个台阶。九七年实现了稳产高产。九八年在总结已有经验的基础上，进一步优化了工艺操作。效果更为显著。现氨催化剂已使用了一年。从床层热点变动情况来看，如不因合成塔内件漏气而被迫更换，催化剂还可使用更长时间。
现主要对九七年八月以来的情况加以总结。
基于这一认识，九六年秋我们在专家们的大力帮助下，于碳化后增设了一套工艺流程别具特色的常温精脱硫装置，催化净化剂采用了太原理工大学所属山西科灵（CLEAN）催化净化技术发展公司的系列产品（TGH-3Q、TGC-3、TZX）。两年的运行使生产上了两个台阶。九七年实现了稳产高产。九八年在总结已有经验的基础上，进一步优化了工艺操作。效果更为显著。现氨催化剂已使用了一年。从床层热点变动情况来看，如不因合成塔内件漏气而被迫更换，催化剂还可使用更长时间。
现主要对九七年八月以来的情况加以总结。
一、精脱硫工艺流程、主要设备及工艺条件
精脱硫工艺示意流程见图一。碳化气先经水分离器１除去夹带水和冷凝水，进入前吸附器２脱除微量硫化氢和部分有机硫。再进入换热器3，用转化气及蒸汽加热至预定温度后，去水解转化器５进行有机硫（主要是ＣＯＳ）转化吸收，然后经冷却器4用水冷却至常温。进入后吸附器６ 脱除剩余的有机硫。
图一 精脱硫工艺示意流程
1－水分离器，2－前吸附器，3－换热器，4－冷却器
5－水解转换器，6－后吸附器
用于精脱硫的各转化吸附器均为Φ2200的钢结构。除前吸附器中的催化净化剂分两层装填外，其余均为单层装填。
装填量：前吸附器（ＴＧＣ－３，１４米）；水解转化器（ＴＧＨ－３Ｑ，５米）；后吸附器（ＴＺＸ，８米）。
换热器为专门设计的高效低阻换热设备。
工艺条件：
压力 0.4-0.5MPa
气量 7000-8000m/hr
温度 20-30℃(前吸附器)，40-45℃(水解转化器),约30℃(后吸附 器).
二．精脱硫装置运行基本情况
精脱硫流程各部位的气体硫成份用西南院提供的WLSP-852微量定硫仪进行分析。各形态硫不显色峰时,其浓度定为<0.03 mg/m。九七年八月十五日至年底实行全面连续监测，九八年一月至五月系统进口的碳化气硫含量未做分析，六月后仅做不定期抽查。
下面对精脱硫装置运行一年来的基本情况做一回顾。
表一，二是运行前五个月及后四个月的两组代表数据。
表一 精脱硫系统微量硫测定结果（运行前五个月）
|
日期
|
有机硫浓度，mg/m | |||
|
碳化气 |
前吸附器出口 |
水解转化器出口 |
后吸附器出口 | |
|
H2S COS CS2 |
H2S COS CS2 |
H2S COS CS2 |
H2S COS CS2 | |
|
97.8.21 |
1.6 0.40 1.04 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
|
8.27 |
2.4 0.29 1.60 |
<0.03 0.021 0.03 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
|
9.11 |
1.5 0.14 0.84 |
<0.03 0.064 <0.03 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
|
9.21 |
0.75 0.14 1.10 |
<0.03 0.064 0.17 |
<0.03 <0.03 0.17 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
|
10.17 |
2.8 0.064 0.94 |
<0.03 0.05 0.19 |
<0.03 <0.03 0.17 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
|
10.24 |
3.0 0.13 0.92 |
<0.03 0.05 0.19 |
<0.03 <0.03 0.17 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
|
11.17 |
2.2 0.17 0.80 |
<0.03 0.12 0.11 |
<0.03 <0.03 0.11 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
|
11.20 |
1.6 0.12 0.95 |
<0.03 0.098 0.22 |
<0.03 <0.03 0.22 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
|
12.08 |
2.4 0.11 0.90 |
<0.03 0.064 <0.03 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
|
12.20 |
1.6 0.12 0.82 |
<0.03 0.10 0.34 |
<0.03 <0.03 0.32 |
<0.03 <0.03 <0.03 |
表二 精脱硫系统微量硫测定结果（运行后四个月）
|
日期 |
有机硫浓度，mg/m | |||
|
碳化气 |
前吸附器出口 |
水解转化器出口 |
后吸附器出口 | |
| H2S COS CS2 | H2S COS CS2 | H2S COS CS2 | H2S COS CS2 | |
|
97.5.16 |
1.5 -- -- |
<0.03 0.32 2.20 |
<0.03 <0.03 2.52 |
<0.03<0.03 <0.03 |
|
5.19 |
1.5 0.36 4.67 |
<0.03 0.30 2.80 |
<0.03 <0.03 2.70 |
<0.03<0.03 <0.03 |
|
6.12 |
2.3 0.23 1.30 |
<0.03 0.20 0.38 |
<0.03 <0.03 0.40 |
<0.03<0.03 0.03 |
|
6.27 |
2.3 0.27 1.55 |
<0.03 0.29 1.35 |
<0.03 0.072 1.30 |
<0.03<0.03 <0.03 |
|
7.02 |
2.3 -- -- |
<0.03 0.30 1.00 |
<0.03 <0.03 1.00 |
<0.03<0.03 <0.03 |
|
7.09 |
2.3 0.23 1.40 |
<0.03 0.10 0.72 |
<0.03 <0.03 0.70 |
<0.03<0.03 <0.03 |
(续后)
|
8.11 |
2.3 0.09 1.0 |
<0.03 0.08 0.62 |
<0.03 <0.03 0.62 |
<0.03<0.03 <0.03 |
|
8.14 |
1.6 0.11 1.50 |
<0.03 0.09 0.92 |
<0.03 <0.03 0.93 |
<0.03<0.03 <0.03 |
|
8.16 |
1.6 0.14 0.86 |
<0.03 0.12 0.56 |
<0.03 <0.03 0.52 |
<0.03<0.03 <0.03 |
一年来精脱硫的生产结果表明：
⒈碳化后增设的精脱硫装置完全满足了生产要求。净化后气体中的 H2S,COS及CS2浓度一直均小于0.03mg/m。总硫小于0.1mg/m。净化质量全部达标。即便在进口二硫化碳增高到2-3mg/m的情况，总出口也未发生“硫泄”。
⒉若形态硫浓度检测不出(<0.03mg/m)时以“*”符号表示。则精脱硫系统如下所示，由前向后呈现出“*”号依此递增的运行规律。
|
位 置 |
H2S |
COS |
CS2 |
|
前吸附器出口 |
* |
|
|
|
转化器出口 |
* |
* |
|
|
后吸附器出口 |
* |
* |
* |
其间，TGH-3Q对COS表现出良好的转化吸收功能。该催化剂使用已满两年，操作温度仍控制在40-45℃.而 出口COS小于0.03mg/m。今年五月后，浓度略有增加，稍加提温后便又检测不出。
⒊对碳化气中高浓度的二硫化碳，在国内首次成功实现了高精度二级脱除。解决了我厂多年来生产上存在的大难题。
一年运行期间，二硫化碳先在前吸附器中，用TGC-3约脱除30-40%。 其余部分再在后吸附器中用TZX精脱除至<0.03mg/m。
应该特别指出，TZX作为国内精脱硫的一个新产品，对有机硫（COS,CS2）
有着很好的脱除能力，在我厂气体精脱硫全面达标上发挥了关键作用。
今年我厂碳化气中的CS2居高不下。如表二所示，后吸附器进口CS2近半年来一直在1mg/m 左右.最高时达到2.2mg/m。过去,若在这种情况下，氨催化剂将会迅速失活，而被迫更换。今年却能保证满量生产。这应归功于TZX对高浓度CS2很好的拦截作用。
为了更具体地说明TZX精脱CS2的功能，下面逐月进行了开车以来后吸附器进口CS2浓度的统计（见表三）。
表三 后吸附器进口CS2浓度的逐月统计(月平均值,mg/m)
|
1997年 | |||||
|
月份 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
CS2 |
<0.03 |
0.091 |
0.169 |
0.205 |
0.298 |
|
1998年 | |||||||
| 月份 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| CS2 | 0.353 | 0.461 | 0.836 | 1.206 | 1.591 | 1.198 | 0.644 |
TZX在800-1000hr的空速下进行高效运行。以今年五月份为例，每小时处理的硫负荷最高到2.7gCS2/m 。
同时，TZX对COS的精脱作用也是肯定的。如前所述，今年五月以来，后吸附器进口COS有时高到0.1mg/m，而TZX也能将其脱除干净 。
⒋精脱硫设备紧凑，布局合理，省汽节水。
整个装置运行以来, 系统阻力不大于0.02Mpa。
由于采用了高效新型换热器和进行了转化器进出口气体的换热，大大节省了蒸汽。经查定，每小时蒸汽用量小于五十公斤。
而冷却器由于采用了间接水冷，水用量明显节省。经查定夏季每小时用水约为三十五公斤，冬、春季为零。
三、使用效果
⒈合成氨产量超设计指标，创建厂以来的最高历史纪录。
我厂多年五机运行。而九六年以来实现了七到八机的稳产高产。 九七年八月中旬至今年七月中旬，十一个月来的氨产量，累计已达18670吨，超原设计指标的24.5%.这是前所未有的。
这一成绩之所以取得，固然是由于多种原因。但成功进行了气体精脱硫，无疑是十分关键的因素。
⒉氨催化剂生产强度提高了二点五倍.
我厂合成塔采用单管折流内件，装填A310Q、A202Q球形氨催化剂4.56吨。按照上述十一个月的氨产量，每公斤催化剂的生产强度为4.096 吨。同过去催化剂的生产强度相比。提高了二点五倍以上。
原来一炉催化剂使用寿命以五个月计，生产打气量以六机计。
⒊合成塔操作稳定，热点下移缓慢。
我厂合成塔过去运行五个月，床层热点即迅速下降至十二点，只能带电操作。
而设置精脱硫装置后，一年来合成塔操作平稳.截至更换前，热点从6点只下移至8点。三分之二的催化床仍处于较高活性状态。
去年开车后一段时间，压缩机二段出口到三段入口的直通管盲板因腐蚀曾发生内漏，而且，压缩机油品质量也较低，（微库伦法分析硫含量为１.7%重）.否则,催化剂使用情况还会更好。
表四列举了开车以来合成塔催化床各点温度的分布情况。表内数值均为全月的平均值。□表示热点位置。
表四 合成塔催化床的温度分布
|
温度℃月份 |
催化床测温点 | |||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 | |
|
97年8月 |
398 |
412 |
432 |
451 |
446 |
455 |
451 |
454 |
442 |
436 |
433 |
438 |
|
9月 |
401 |
418 |
411 |
456 |
441 |
467 |
461 |
463 |
449 |
450 |
442 |
447 |
|
11月 |
406 |
417 |
407 |
444 |
433 |
469 |
465 |
467 |
458 |
462 |
451 |
462 |
|
98年1月 |
410 |
415 |
420 |
421 |
412 |
458 |
467 |
478 |
465 |
474 |
460 |
473 |
|
3月 |
393 |
395 |
397 |
391 |
383 |
417 |
445 |
473 |
461 |
467 |
459 |
472 |
|
5月 |
402 |
401 |
405 |
396 |
389 |
399 |
455 |
483 |
475 |
476 |
471 |
480 |
|
7月 |
406 |
403 |
408 |
301 |
394 |
396 |
462 |
489 |
477 |
478 |
472 |
480 |
⒋铜洗操作明显改善。
过去，铜洗沉淀多，经常带液。铜耗为0.3公斤／吨氨。
设置精脱硫后，情况明显得到改善，消除了带液现象，化铜桶半年多才加铜一次。铜耗下降到0.08公斤／吨氨。(因多次设备泄漏而更换，否则铜耗还会更低。)
⒌经济效益显著。
⑴ 延长了氨催化剂的使用寿命。历史上催化剂使用的最好水平是五个月（五机运行）。现在是一年以上（扩缸增大气量百分之十后的七机运行）。这样，全年最少可少换两炉催化剂，节省催化剂费用13万元。
⑵ 节省升温还原所用煤、电、氨的消耗费用19万元。节省停车、升温还原时间二十天.以日产化肥250吨计,增加利税20万元。
⑶ 由于解决了氨催化剂的硫中毒问题,实现了稳产高产.与过去相比,一年可多产化肥壹万多吨.特别是，彻底扭转了亏氨的被动局面， 全年出售液氨800余吨。增加收入达100万元。
⑷ 由于降低了铜耗,每年可节省8.3万元。
综上所述，增加精脱硫后的经济效益相当可观，在不计算增产化肥的情况下直接效益就高达140万元以上。而催化净化剂每年消耗费用还不足20万元。
四、结束语
常温精脱硫在我厂的成功应用不仅说明，这一科灵（CLEAN）精脱硫新工艺及科灵系列催化净化剂是先进的，而且也说明靠科学技术发展生产是一条根本途径。只要通过调查研究，抓住要害，不怕困难，协同攻关。问题就能解决。
为了总结推广这一新工艺，由全国化工小合成氨设计中心站邀请中国氮肥协会等十名专家在1998年 l1月22日至23日在山西寿阳化肥厂进行了现场考核，建议在全国合成氨厂推广使用。
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