常温精脱硫在醇烃化合成氨流程中的应用

    传统的合成氨工艺在合成前设置铜洗净化塔，其作用是脱除微量硫、CO和CO₂，由于铜洗运行费用高，净化度低且造成环境污染等问题，现在的合成氨设计多采用醇烃化取代铜洗。其优点是节能、环保、净化度高，因此很受欢迎，已被广泛采用。但醇化和烃化催化剂对硫都十分敏感，要求总硫＜0.1×10^－6 ，因此精脱硫就显得尤为重要。

    传统的高温精脱硫需高温热源，精脱硫催化剂价格贵导致精脱硫工段操作费用高，因此不适合中小型厂。湖北省化学研究院经过十几年的努力，开发出了JTL-1、JTL-4及JTL-5常温精脱硫工艺、十几种常温精脱硫剂和HC-2型微量硫分析仪，可根据原料气中硫含量的不同来选择合适而经济的工艺流程，保证精脱硫后总硫小于0.1×10^－6。

    表1列出了三种常温精脱硫工艺及其配套的精脱硫剂、使用条件等。

2.1  JTL-1常温精脱硫工艺的特点

    （1）T504水解催化剂活性好，COS转化率＞99%，使COS＜0.03×10^－6。

    （2）T102、T703脱硫精度高（H₂S＜0.03×10^-6），反应速度快（空速1000～2000h^－1），精脱硫硫容大。

2.2  JTL-1常温精脱硫在醇烃（双甲）化合成氨流程中的应用实例

    湖南湘阴氮肥厂1996年采用原料气双甲精制新工艺代替铜洗，采用了我院开发的JTL-1常温精脱硫新工艺，可使原料气体中总硫≤0.1×10^-6，满足了生产需要，取得了经济效益和环保双丰收。

2.2.1  主要工艺指标

   原料气气量    8330 m³/h

   系统压力      0.4～0.5MPa

   水解剂温度    40～100℃

    硫含量        H₂S＜10×10^－6,   COS＜10×10^－6

2.2.2  JTL-1常温精脱硫工艺流程

2.2.2  主要设备规格和精脱硫剂装填见表2。

2.2.3   生产运行小结

    精脱硫1996年9月投入应用以来，运行稳定、操作简单，精脱硫运行数据列于表3。

    精脱硫后H₂S＋COS＜0.06×10^－6,甲醇催化剂寿命大大延长，每年少更换1～2炉甲醇催化剂，生产时间和能力大幅度提高，因此不到半年就收回了全部投资。

3.1  JTL-4常温精脱硫工艺的特点

    （1）T102精脱硫剂将原料气中的H₂S脱除至＜0.03×10^－6；T104将COS和CS₂分别脱至＜0.03×10^－6，使总硫（H₂S＋COS＋CS₂）＜0.1×10^－6。

    （2）该工艺可在真正常温下使用，无需提温、降温。

    （3）可在脱除有机硫COS的同时脱除CS₂。

    （4）流程简单，操作简便，投资低。

3.2  JTL-4常温精脱硫工艺在烃化合成氨流程的应用实例

    由T102和T104组成的JTL-4精脱硫工艺已在山西丰喜临漪分公司、江苏恒盛化肥有限责任公司、山西晋丰等多家醇烃化合成氨流程中使用，效果显著，现以江苏恒盛化肥有限公司为例进行介绍。

    2004年，江苏恒盛有限公司新建120 kt/a合成氨装置，采用醇烃化流程，净化气精脱硫采用我院T102和T104精脱硫剂组成的JTL-4精脱硫新工艺，经过近两年的工业运行，精脱硫完全达到设计要求，满足了醇烃化合成氨的生产。

3.2.1  操作参数

    原料气气量  46000 m³/h； 

    压力  2.65MPa；

    操作温度 30℃；

    要求精脱硫后总硫（H₂S＋COS＋CS₂）＜0.1×10^－6。

3.2.2  JTL-4常温精脱硫工艺流程

    脱碳气→气液分离器→第一精脱硫塔→第二精脱硫塔

3.2.3  精脱硫设备规格和精脱硫装填量（见表4）

表4    精脱硫设备规格和精脱硫剂装填量

3.2.4  精脱硫效果

    精脱硫系统于2004年6月投入使用以来运行良好，各项指标均在规定的范围内，避免了醇烃化催化剂因硫超标而中毒，使用效果理想。精脱硫运行数据见表5。

表5  JTL-4常温精脱硫运行数据

     

    醇烃化合成氨开车近两年来，运行平稳，精脱硫出口总硫含量＜0.1×10^－6，有效地保护了醇化、烃化和氨合成催化剂。

3.1    JTL-5常温精脱硫工艺的特点

    （1）T703（或T102）将原料气中H₂S脱除至＜0.03×10^－6；T504将COS转化为H₂S由T102脱除，CS₂由T104脱除，使总硫（H₂S＋COS＋CS₂）＜0.1×10^－6。

    （2）该工艺是JTL-1与JTL-4工艺的结合，可解决高COS的原料气精脱硫。

    （3）该工艺可同时解决工艺气中较高含量的CS₂的原料气精脱。

4.2  JTL-5常温精脱硫工艺在醇烃化合成氨流程中的应用实例

    由于低硫煤资源的紧缺，越来越多的合成氨厂考虑到将来可能采用高硫煤，精脱硫的任务更加繁重。采用JTL-5常温精脱硫工艺，可解决将来烧高硫煤原料气的精脱硫，现以江苏华昌化工有限公司为例进行介绍。江苏华昌化工有限公司新区新建醇烃化流程160 kt/a项目，设计中采用我院JTL-5常温精脱硫工艺，经过近两年的工业运行，效果理想。

4.2.1  精脱硫原料气工艺参数

    脱碳气气量： 76885 m³/h

    脱碳气中硫含量：H₂S ≤5mg/m³ ；COS ≤5mg/m³ ；CS₂ ≤0.5mg/m³ 

    操作压力： 2.7MPa

    温度： 35℃

4.2.2   JTL-5精脱硫工艺流程

   

4.2.3  设备直径、脱硫剂型号及装填量见表6

表6  精脱硫设备及装填量

4.2.4  精脱硫效果

    合成氨系统2005年5月开车以来，精脱硫很好的保护了“醇烃化”催化剂和氨合成催化剂，系统平稳，到2006年12月甲醇催化剂仅提温5℃，效果满意。精脱硫进出口硫含量分析数据见表7。

表7   精脱硫进出口硫分析数据

    醇烃化合成氨流程具有明显的经济、环保价值而得以快速推广，精脱硫保证了醇烃化催化剂的长周期运行，因此选择合理的精脱硫工艺尤为重要。

    （1）工艺气（或合成气）中COS含量高但不含CS₂时，采用JTL-1常温精脱硫工艺。

    （2）工艺气（或合成气）中COS和 CS₂含量均较低时，采用JTL-4常温精脱硫工艺。

    （3）工艺气（或合成气）中COS和 CS₂含量均较高时（一般用高硫煤），采用JTL-5常温精脱硫工艺。

    （4）硫化物脱净以后，还应该考虑氯和羰基金属的净化脱除问题。

    从工业应用来看，三种常温精脱硫工艺完全可以解决醇烃化合成氨的气体精脱硫问题。