湿式氧化法脱硫工艺技术特点及正常生产操作值得关注的几个问题

一、湿式氧化法脱硫工艺技术特点:

H2S是一种酸性气体,在溶液中可以电离出氢离子,H2S=H++HS-;Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS而HS-有较强的还原能力,易失去电子而被氧化HS-+1/2O2==S↓+OH-,这种性质被巧妙地运用于湿式氧化法脱硫工艺。通过催化氧化,使被吸收的H2S转化成单质硫分离出去。其工艺技术有如下特点。

1、选择优质脱硫催化剂至关重要:在湿式氧化法脱硫中,将H2S氧化成单质硫是借助于脱硫液中的载氧体催化剂来实现的。催化剂在很大程度上决定着湿式氧化法的脱硫效率,单质硫生产率、碱耗、再生效率,副反应产率等一系列重要指标。因此,选择一种高性能催化剂作为氧化还原剂,就成为决定这种工艺操作的关键。

2、不管采用何种催化剂,其化学反应过程的共同特点是要分三步走:第一步用氨水或纯碱液吸收气体中的H2S进行中和反应。第二步采用载氧体催化剂进行催化氧化反应把HS-、S-2氧化成单质硫。第三步加入或喷射自吸空气氧化失活的催化剂,使其得到再生,恢复活性、循环使用。同时将单质硫浮选出来分离出去,熔炼硫磺。而且从工艺上看,第一步吸收反应肯定在脱硫塔中进行。气液两相逆流接触,通过传质(填料)H2S从气相介面向液相介面转移,进入液相主体。酸碱中和反应,生成相应的盐转化为富液。此过程中受气膜控制属扩散式吸收。然而催化、氧化、析硫的第二步化学反应,也主要在脱硫塔内进行。因而,也形成了这种复杂相系共存格局。故此,传质面积、喷淋密度、液气比、碱度、PH值、催化剂浓度、反应温度等都会影响吸收的选择性及析硫再生和气体净化度。

3、喷射再生工艺:氮肥行业溶液氧化再生绝大多数使用再生槽,其工艺先进,效果好。一般工艺过程是,富液从脱硫塔底部出来,进富液槽,经再生泵加压后,通过喷射器喷咀时形成射流并产生局部负压,自动将空气吸入。此时气液两相被高速均匀分布,处于高度湍动状态,经收缩区、喉管、扩散管、尾管强化反应后、进入再生槽内进行氧化再生。通过多孔板分布器均匀分布上浮,进行单质硫浮选。即在空气的作用下,互相碰撞增大结成小硫团,聚集形成泡沫层随空气上浮溢流至泡沫槽送往熔硫岗位。清液则进入清液环槽,经液位调节器去贫液槽。同时在空气的气提作用下,可将富液中CO2等废气驱赶出去,降低溶液中悬浮硫,提高碱度等使各组份得到调整恢复。以及催化剂吸氧再生,恢复活性,以提高溶液质量,减少残硫含量。故此喷射器液相压力、空气量、吹风强度、反应温度、停留时间、泡沫层的控制及溢流等都十分重要。而且,吸收与再生的工艺设备要求,指标控制是不一致的(有些是相反的),须寻求一个最佳平衡的状态。因此,氧化再生后的贫液质量,直接决定着脱硫效率和对脱硫塔阻力的影响。

4、整个脱硫工艺包括吸收、再生、回收三大环节,它们之间相互依存,相互影响。有些厂对回收熔硫不太重视,其实回收熔硫多少,则是脱硫、析硫、再生、浮选、分离效果的总检验。可直接影响溶液质量、工况稳定、节能降耗。因此必须强化熔硫回收、只有将硫拿出来了,方能优化再生,促进全系统良性循环。达到长周期、安全、经济运行。

二、正常生产操作中值得关注的几个问题

1、脱硫溶液碱度:溶液吸收H2S为酸碱中和反应。因此溶液的总碱度和Na2CO3浓度是影响吸收过程的主要因素。在一定范围内气体净化度、溶液的硫容量、总传质系数,随Na2CO3浓度的增加而增大,总碱度越高、PH值越大。保持溶液中NaHCO3和Na2CO3的的浓度比(呈反比,一般应控制在4-6)组份优化形成缓冲液,更具稳定性。

在生产实践中,只要能满足气体净化出口指标要求、总碱度控制低一些会对稳定工况,减少副盐、降低阻力、再生熔硫带出物的减少等都是有利。此外,每天补碱,应分班均匀补充,预见性调节,防止突击加碱。注意提高碱的利用率。

2、溶液循环量:在正常生产操作中调整好溶液中碱度。催化剂浓度并保持各组份控制在指标内。还须根据生产负荷和H2S进出口变化来调整溶液循环量(称正常生产三要素)。循环量是根据脱硫系统的物料平衡来确定的,在某些情况下,适当提高循环量,是有好处的。3、操作温度:吸收是放热反应,降温对吸收H2S有利,再生反应随着温度升高而加快(最佳温度为38℃)及副盐分解。但过高则对硫结晶增大,凝聚力,亲和力不利。影响溶液粘度,表面张力,对浮选不利。当温度达45℃以上,副反应明显加快,超50℃便急剧上升。再者,溶液温度过高也会使溶液溶解O2能力下降,不利催化剂吸氧再生。一般使用纯碱液脱硫应控制在35—42℃为宜,以氨水为碱源时,再生温度只能控制在25—35℃。

4、再生空气:不管是槽式再生还是高塔再生,空气是关系再生效果的主要因素。对其有空气量和吹风强度的双重要求;理论上每氧化一公斤H2S,需空气量为1.57m3,实际操作中空气用量是理论量的8—15倍。吹风强度对再生浮选分离影响很大。(再生槽吹风强度应控制在60—100m3/m2h)若再生槽溶液不湍动或无多孔板分布器则不利于硫浮选,不易形成泡沫层,回收硫少。若吹风强度过大致使硫泡沫层翻腾跳跃,会造成返混,降低贫液质量。其关键在于喷射器液相压力及喷射器质量,安装垂直同心度,均匀布点及尾管插入深度等因素。另外,硫泡沫层的控制也很重要,并非溢硫越彻底越好,保留部分泡沫层,粘硫会更多,更实,对分离回收更有成效。

5、副反应产物:Na2S2O3、Na2SO4、NaCNS高,不但影响H2S的平衡分压,而且由于它们在溶液中积累,降低了有效组份浓度,且易从溶液中析出,破坏正常工艺条件。其生成率高低与富液中HS-含量,析硫再生、总碱度相关连。另外再生温度过高,会使其反应更为剧烈。这也是值得关注的一个问题。一般每周应分析2—3次进行比较。若三项总量超250g/L。应适当排放稀释(或提盐)。

6、进入系统前气体需除尘、除焦、降温等预净化处理:煤焦油呈雾状悬浮在洗涤液中与溶液中的硫连在一起,会使硫浮选发生困难,且有消泡作用,还影响吸收。当焦油在系统中累积到较高浓度时,可将吸收剂和催化剂包裹起来,无法参与化学反应;机械杂质增多,易造成堵塞;油污、高温会影响吸收,干扰再生。因此气体预净化非常重要。有些厂家堵塔、工况不稳、泡沫不好等,可能就主要受其影响。故脱硫前必须设除尘、除焦、除油污设备(如焦炭过滤器、静电除焦除尘器等)及用水洗气设降温塔并充分发挥其功效(特别要注意水质)。

7、残液处理:进入脱硫系统的机械性物质(如粉尘、小煤颗粒、焦油、硫渣、催化剂杂质等)和产生的副盐等各种废弃物大部分随硫泡沫分离出来(系统唯一出口)。熔硫后的残液中不仅夹带这些赃物,而且液温很高,若不进行处理清除、直接返回系统会干扰再生、增大阻力、后患无穷。因此熔硫后残液(釜液)必须经过多级沉降,过滤后通空气补O2活化处理,使其变成温度不高,无杂质的清液方能返回系统。节能降耗,加强环保。

2021-06-09

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