栲膠法脫硫溶液系統(tǒng)中懸浮硫的脫除

陳麗娟

摘要：在合成氨生產(chǎn)中原料氣脫硫是一重要環(huán)節(jié)，而在脫硫工序中，易發(fā)生懸浮硫超標(biāo)問題。為解決此問題，先后試用了很多時間、方法，最終通過沉淀分離法徹底解決了此問題。文章將這些方法進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：脫硫；栲膠；懸浮硫；沉淀分離法

中圖分類號：TQ546.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0081-02

我廠為劣質(zhì)煤制氣，因此合成氨原料氣為半水煤氣。在脫除半水煤氣中H2S的工序中，分為粗脫與精脫，即H2S出口含量分別在≤50mg/m3和≤10ppm。我工序?yàn)榘胨簹獯置摴ば?，采用濕法栲膠脫硫，其主要成分是：Na2CO3、V2O5和栲膠，分別被溶制成偏礬酸鈉溶液、栲膠溶液后打入系統(tǒng)。其主要反應(yīng)機(jī)理為：

1．Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3

2．NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S↓

3．Na2V4O9+2Ac(OH)2+2NaOH+ H2O =4NaVO3+2Ac(OH)3

4．2Ac(OH)3+O2=2Ac(OH)2

在上述反應(yīng)中，生成的硫單質(zhì)懸浮或沉淀于溶液中，當(dāng)超過一定濃度時會產(chǎn)生沉淀。同時，由于伴生的副反應(yīng)所產(chǎn)生的副產(chǎn)物Na2S2O3、NaSCN、Na2SO4等在系統(tǒng)中累積，當(dāng)達(dá)到飽和時，會從系統(tǒng)中析出，產(chǎn)生沉淀。我們習(xí)慣上將懸浮于溶液中的顆粒統(tǒng)稱為懸浮硫，其包括主要的硫顆粒及少量副產(chǎn)物。雖然，栲膠溶液在再生部分時浮選出去大部分懸浮硫，但是由于操作中受溫度、壓力、氣體成分及溶液組分調(diào)整等工藝條件的限制，仍然導(dǎo)致栲膠溶液系統(tǒng)中懸浮硫含量時有超標(biāo)，并在系統(tǒng)中滯留下來。過多的懸浮硫在系統(tǒng)中滯留，嚴(yán)重影響了栲膠溶液中各組分的活性，使系統(tǒng)吸收H2S能力下降，甚至?xí)斐沙隹贖2S超標(biāo)，為此消耗大量化工物料，造成原料氣成本上漲。并且，大量的懸浮硫滯留系統(tǒng)中形成沉積，極難清理。我工序解決此問題先后使用了很多方法，歸納起來，主要有以下三種：

一、栲膠、PDS混用法

在最初遇到懸浮硫超標(biāo)問題時，我們沒有解決此問題的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)查找資料及綜合其他廠的方法，初步形成了栲膠、PDS混用法。

具體做法是：正常生產(chǎn)中栲膠溶液各組分補(bǔ)入量不變，平均日溶量Na2CO3 250kg、V2O5 14.3kg、栲膠50 kg。但是，為保證懸浮硫不上漲，每個班次加入PDS兩瓶，1000g。此方法雖基本解決了懸浮硫超標(biāo)問題，但PDS高昂的價格（PDS當(dāng)時我廠進(jìn)價為50萬元/噸）使得我工序每年物料資金多消耗60～90萬元（按每年生產(chǎn)200～300天計），代價相當(dāng)昂貴。隨著產(chǎn)品市場價格競爭日益增強(qiáng)，高產(chǎn)低耗日漸成為各廠生產(chǎn)目標(biāo)。因此，我工序必須找出一種既能解決懸浮硫超標(biāo)、又能降低消耗的方法來，才能提高我廠產(chǎn)品在市場上的競爭力。

二、提高栲膠溶液組分法

為了降低原料氣粗脫工序的化工物料消耗費(fèi)用，我們經(jīng)過計算及試驗(yàn)，最后形成了提高栲膠溶液組分的方法來代替栲膠、PDS混用法。此種方法相較于栲膠、PDS混用方法而言，節(jié)約了大量資金。在前種方法中我提到日常生產(chǎn)中補(bǔ)充栲膠系統(tǒng)中各組分的正常消耗量日均為Na2CO3 250kg、V2O5 14.3kg、栲膠50 kg。當(dāng)系統(tǒng)中懸浮硫超標(biāo)時，會大大增加各組分的補(bǔ)入量，平均日多補(bǔ)入Na2CO3 350 kg、V2O5 14.3kg、栲膠70 kg，以提高溶液中各組分含量。這樣一來，基本上控制住了懸浮硫超標(biāo)及此種情況下H2S出口問題。但是，該方法存在主要弊病兩點(diǎn)：

1．消耗高，成本大。在行業(yè)間同類產(chǎn)品競爭日益激烈要求原料成本核算愈加精確的高產(chǎn)低耗的現(xiàn)今，加大栲膠組分去解決懸浮硫超標(biāo)問題的做法明顯是不理智的了。我們來計算一下：按每年生產(chǎn)300天、每月懸浮硫超標(biāo)一次每次4天計，化工物料市價Na2CO32400元/噸、V2O5136000元/噸、栲膠12800元/噸，每年僅物料資金就多消耗約15萬元。

2．硫膏在系統(tǒng)中的沉積問題無法徹底解決。系統(tǒng)停車時，各塔器沉積硫膏厚達(dá)600～800mm，部分鍋型塔底可厚達(dá)1米左右，總重量可達(dá)40～50噸。且粘稠異常，極難清理，每次都需要投入大量人力、物力進(jìn)行清理，使得職工疲憊不堪，現(xiàn)場狼藉，并且清理出的硫膏難以回收，一則浪費(fèi)，再則影響環(huán)保。

三、沉淀分離法

由于沿用多年的解決懸浮硫超標(biāo)問題的辦法已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)有生產(chǎn)要求，這要求我們工程技術(shù)人員必須找到環(huán)保節(jié)能、簡便可行的解決方法來，且此方法絕不能影響正常生產(chǎn)秩序。而已知的技術(shù)改造都需要大量資金及時間才能達(dá)到，這與我們的生產(chǎn)現(xiàn)狀是矛盾的。

我工序生產(chǎn)的主要設(shè)備為脫硫塔、再生槽/循環(huán)槽，其反應(yīng)機(jī)理主要在這兩塔中進(jìn)行。兩塔底部均有排污閥。原設(shè)計排污閥一是為了停車時導(dǎo)出溶液，再者是為了定期排除底部沉積物以便更換溶液。而距脫硫塔北側(cè)5米左右的場地上有一個4m×3m×3m的沉淀池，西側(cè)泵房內(nèi)有現(xiàn)成泵底座及通往溶堿槽的管線。能不能在不影響生產(chǎn)的前提下，利用現(xiàn)有條件對脫硫系統(tǒng)工藝進(jìn)行部分改造，從而使脫硫溶液系統(tǒng)自身具有消化系統(tǒng)內(nèi)沉淀硫膏能力，進(jìn)而達(dá)到解決問題的目的呢？

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、研究、計算，利用懸浮硫在靜態(tài)（或相對靜態(tài)）條件下可沉積的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有工藝條件，我提出沉淀法脫除栲膠溶液系統(tǒng)中懸浮硫方法。改造部分工藝簡述如下：將系統(tǒng)內(nèi)溶液由脫硫塔、循環(huán)槽/再生槽底部排污閥引入沉淀池，經(jīng)4h～8h沉淀后，頂部清液由泵房內(nèi)的水泵打回溶堿槽循環(huán)利用；底部較為粘稠部分由泥漿泵打入硫回收系統(tǒng)。其中，如沉淀池管線可設(shè)計成脫硫塔、循環(huán)槽/再生槽底部排污閥同時進(jìn)入沉淀池的Y型線。經(jīng)計算，系統(tǒng)中運(yùn)行溶液量約為400m3。為了不影響系統(tǒng)的正常脫硫效果，每次從系統(tǒng)中排出溶液量不應(yīng)超過系統(tǒng)溶液總量的10%，即每次排出溶液量應(yīng)少于40m3，初步定為20～30m3次。這樣，按每天排放一次計算，系統(tǒng)溶液全部沉淀一遍需要14～20天。通過實(shí)踐，每月成品硫產(chǎn)量增加了2.5噸左右，同時杜絕了懸浮硫超標(biāo)現(xiàn)象。

四、結(jié)語

經(jīng)實(shí)際運(yùn)用，通過對三種方法的化工物料消耗、人力投入、實(shí)際工作量及栲膠溶液系統(tǒng)的運(yùn)行效果的對比，沉淀分離法大大減少了物料消耗，降低了原料氣成本，并且為塔器的清理減輕了負(fù)擔(dān)，綜合節(jié)約資金20萬元以上。同時增加了硫回收系統(tǒng)的成品硫產(chǎn)量，減少了清理塔器給環(huán)境帶來的污染。并且，保證了系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行，從而間接大量節(jié)約了生產(chǎn)投入。