氫氧化鈉吸收硫化氫的工業(yè)技術(shù)討論

周　浩，　 錢(qián)　鈞，　 金玉山

（新陽(yáng)科技集團(tuán)有限公司，江蘇 常州 213000）

氫氧化鈉吸收硫化氫的工業(yè)技術(shù)討論

周浩， 錢(qián)鈞， 金玉山

（新陽(yáng)科技集團(tuán)有限公司，江蘇 常州 213000）

硫化氫作為目前酸雨形成的原因之一，其排放量正越來(lái)越多的受到國(guó)家的重視，為此工業(yè)生產(chǎn)中各種處理硫化氫的工藝應(yīng)運(yùn)而生。本文首先對(duì)鼓泡式與塔吸收式的吸收方法進(jìn)行對(duì)比討論，同時(shí)在鼓泡式吸收的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定出氫氧化鈉吸收硫化氫以及硫化鈉吸收硫化氫的反應(yīng)速率。

氫氧化鈉；硫化氫；鼓泡式吸收；塔式吸收

粗苯是煤在干餾過(guò)程中生產(chǎn)的副產(chǎn)品，其中含有苯、甲苯、混合二甲苯、有機(jī)硫、有機(jī)氮等重要的有機(jī)原料。工業(yè)分離前先要經(jīng)過(guò)加氫，將其中的有機(jī)硫、有機(jī)氮加氫變成無(wú)機(jī)硫、無(wú)機(jī)氮。其中無(wú)機(jī)硫以硫化氫的形式存在，硫化氫有臭雞蛋氣味，對(duì)環(huán)境和人類健康具有重大危害，我國(guó)國(guó)家規(guī)定硫化氫最高允許濃度為150 mg/m3[1]。因此國(guó)內(nèi)粗苯加氫行業(yè)要想長(zhǎng)久發(fā)展，必然要將硫化氫處理好，否則行業(yè)難有大的遠(yuǎn)期發(fā)展。

本文正是在此背景下，探討了氫氧化鈉吸收硫化氫制備硫氫化鈉的工藝，同時(shí)總結(jié)了工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，以及解決的辦法。同時(shí)對(duì)氫氧化鈉吸收硫化氫、硫化鈉吸收硫化氫的反應(yīng)速率在工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了工業(yè)研究。

1　工藝流程描述

1.1鼓泡式吸收法

鼓泡吸收罐的體積為8 m3，一次裝填量為30%的氫氧化鈉溶液3.5 t。整個(gè)裝置設(shè)置3個(gè)吸收釜，正常運(yùn)行期間采用兩級(jí)吸收，另外一釜作為備用，當(dāng)其中一臺(tái)吸收飽和后切除，將備用釜投用，始終實(shí)現(xiàn)兩級(jí)連續(xù)吸收。如圖1所示。

圖1　鼓泡式吸收法

圖2　塔式吸收法

1.2塔式吸收法

塔式吸收法的設(shè)計(jì)形式和流程見(jiàn)圖2，底部為吸收堿液儲(chǔ)罐，上部為吸收的填料塔，通過(guò)泵循環(huán)實(shí)現(xiàn)逆流吸收，當(dāng)吸收飽和后，將吸收塔切除，更換新的吸收塔。

2　工藝流程對(duì)比

2.1塔式吸收法

塔式吸收法在吸收過(guò)程中容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，包括罐的液位計(jì)、泵的進(jìn)出口管線，都極容易發(fā)生堵塞，尤其是在冬季或停車的過(guò)程中。主要原因有兩點(diǎn)：第一，硫化氫在與氫氧化鈉反應(yīng)過(guò)程中首先生成硫化鈉，而硫化鈉在不同溫度下的溶解度較低，不同溫度下的溶解度如表1所示，硫化鈉在20℃的溶解度不足20g/L，因此一旦溫度控制不好極容易造成管線的堵塞，影響正常開(kāi)車；第二，塔式吸收法底部為吸收液儲(chǔ)罐，從填料段吸收下來(lái)的吸收液進(jìn)入儲(chǔ)罐，吸收過(guò)程對(duì)底部吸收液罐的影響較小，為硫化鈉晶體析出創(chuàng)造條件，因此極容易出現(xiàn)硫化鈉析出。

表1　硫化鈉在不同溫度下的溶解度（g/100g水）

2.2鼓泡吸收法

鼓泡式吸收法與塔式吸收法對(duì)比，節(jié)省了投資成本，且工藝流程較簡(jiǎn)單。由于硫化氫尾氣直接進(jìn)入吸收釜內(nèi)鼓泡吸收，對(duì)吸收液的攪動(dòng)較大，避開(kāi)塔式吸收由于吸收液擾動(dòng)較小造成的晶體析出現(xiàn)象。另外，同一個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)因放熱所以反應(yīng)釜內(nèi)的溶液溫度較均一，且沒(méi)有死角，溫度升高，溶解度隨之增加。

塔式吸收由于填料對(duì)吸收液的分布作用，與硫化氫接觸的面積較大，因此吸收效果較好[1]，這點(diǎn)是鼓泡式吸收釜所不具備的優(yōu)點(diǎn)。由于條件有限，筆者無(wú)法有效的直接采集兩種吸收方式的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，而只能創(chuàng)造條件對(duì)鼓泡式吸收法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。本文后續(xù)對(duì)吸收硫化氫的速率進(jìn)行采樣分析研究。

3　吸收速率研究

3.1氫氧化鈉吸收速率實(shí)驗(yàn)方法及過(guò)程

在鼓泡式吸收法的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，將兩個(gè)串聯(lián)的鼓泡吸收釜均裝填3.5 t為30%（wt）的氫氧化鈉溶液，吸收過(guò)程中每?jī)蓚€(gè)小時(shí)取樣分析一次硫化鈉與硫氫化鈉的純度，并記錄取樣時(shí)間點(diǎn)的反應(yīng)釜溫度，直至氫氧化鈉溶液完全變成飽和的硫氫化鈉溶液為止。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用兩臺(tái)釜進(jìn)行吸收，當(dāng)?shù)谝桓治龊细窈?，將第一釜切除，同時(shí)將第二釜轉(zhuǎn)成第一釜，然后直至吸收飽和。

分析方法及硫氫化鈉指標(biāo)參考國(guó)標(biāo)GB23937-2009的方法及要求[2]。

表2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表2

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看第一釜吸收飽和時(shí)間為26 h，其中從氫氧化鈉吸收飽和成為硫化鈉的時(shí)間是12 h，從硫化鈉吸收飽和成為硫氫化鈉時(shí)間為14 h；另外，第二釜從吸收開(kāi)始至成為硫氫化鈉時(shí)間為41 h。

圖3　氫氧化鈉吸收過(guò)程曲線圖

從溫度曲線可見(jiàn)硫化氫與氫氧化鈉反應(yīng)過(guò)程中溫度不斷升高，當(dāng)達(dá)到86℃左右的時(shí)候，溫度曲線升高較為緩慢，且此點(diǎn)基本上處于硫化鈉向硫氫化鈉轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，隨后的溫度基本維持在90℃左右。

關(guān)于硫化鈉轉(zhuǎn)化成硫氫化鈉的過(guò)程中溫度沒(méi)有在升高，有兩個(gè)原因的推測(cè)：第一，硫化鈉與硫化氫吸收不放熱，或者放熱的量很少；第二，在相對(duì)應(yīng)的吸收壓力下，此點(diǎn)的溫度已經(jīng)達(dá)到沸點(diǎn)溫度。筆者更傾向于第一種解釋，雖然反應(yīng)的壓力在0.08 MPa的條件下。

由于反應(yīng)硫化氫的尾氣中硫化氫在150g/m3，其余均為C1、C2的烴化物，因此氣相中不凝氣的含量比較多，水蒸氣的分壓較低，否則的話容易將大量的水蒸發(fā)掉。

圖4　硫化鈉生成模擬曲線

圖5　硫氫化鈉生成模擬曲線

圖4是氫氧化鈉生成硫化鈉的曲線，經(jīng)過(guò)模擬曲線方程為y＝0.154 29＋2.394 x；圖5為硫化鈉反應(yīng)曲線，經(jīng)過(guò)模擬曲線方程為y＝47.8－1.845 4 x。

4　結(jié)論

1）氫氧化鈉完全轉(zhuǎn)化為硫化鈉需要12 h，硫化鈉吸收飽和需要14 h，氫氧化鈉吸收硫化氫速率略快。

2）硫化鈉生成曲線和硫氫化鈉生成曲線為線性關(guān)系，也就是說(shuō)，不隨氫氧化鈉或硫化鈉的質(zhì)量濃度的改變而變小。

3）目前裝置是用兩級(jí)吸收，一級(jí)吸收飽和的時(shí)間是26 h，二級(jí)吸收飽和時(shí)間是41 h，說(shuō)明硫化氫濃度高低是影響反應(yīng)的主要原因。同時(shí)兩釜串聯(lián)吸收的時(shí)候，第二釜從氫氧化鈉完全變成硫化鈉的時(shí)候吸收的時(shí)間要27 h。

4）根據(jù)每釜?dú)溲趸c3.5 t，質(zhì)量濃度為30%計(jì)算，在吸收過(guò)程中，每小時(shí)吸收的硫化氫的量為34.3 kg/h，第二釜每小時(shí)吸收量為16.5 kg/h，在兩釜串聯(lián)的時(shí)候，吸收硫化氫量為50.8 kg/h。

5）從兩釜在同樣的質(zhì)量，同樣的質(zhì)量濃度情況下，每小時(shí)吸收的能力看，幾乎相差一倍，也進(jìn)一步說(shuō)明氫氧化鈉吸收硫化氫的反應(yīng)速率，主要取決于硫化氫的濃度。

由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)法與實(shí)驗(yàn)室精確性分析相比，因此筆者只能從有限的數(shù)據(jù)中需求突破，以期望找出硫化氫吸收的更好的解決辦法，為同行業(yè)從事相關(guān)專業(yè)的人員提供一些建議性的意見(jiàn)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，并將筆者所在單位遇到的實(shí)際性的問(wèn)題進(jìn)行分析和報(bào)道，希望對(duì)這個(gè)行業(yè)解決相關(guān)的溫度提供幫助。

另外關(guān)于氫氧化鈉吸收硫化氫的反應(yīng)速率，筆者只做了一般的探討，對(duì)于硫化氫濃度變化對(duì)吸收速率的影響則沒(méi)有條件進(jìn)行探討，相關(guān)文獻(xiàn)也做了報(bào)道[3]，也希望后續(xù)可以多看到相關(guān)的報(bào)道。

[1] 尚方毓. 用氫氧化鈉溶液吸收硫化氫制取硫化鈉工業(yè)技術(shù)[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè), 2012, 44(2): 42-43.

[2] 工業(yè)硫氫化鈉.gB23937-2009 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)書(shū)號(hào)[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009.

[3] 趙玉明, 王余高. 堿吸收法回收廢氣中的環(huán)氧丙烷和硫化氫[J]. 環(huán)工環(huán)保, 1997, 17(5): 309-311.

Industrial Technology of Hydrogen Sulfide with Hydroxide Solution

ZHOU Hao,QIAN Jun,JIN Yu-shan
（New Solar Technologygroup Co., LTD, Changzhou 213000, China）

One of the reasons for the formation of hydrogen sulfide as acid rain, their emissions are increasingly subject to national attention. So variously of industrial production of hydrogen sulfide processing techniques have emerged. This article first compared bubbling absorption with tower absorption, while on the basis of bubbling absorption, by experimental measurements of sodium hydroxide and sodium sulfide absorption rate of hydrogen sulfide.

sodium hydroxide; hydrogen sulfide; bubbling absorption; tower absorption

TQ523.5

A

1009-220X(2016)02-0052-04 DOI: 10.16560/j.cnki.gzhx.20160201

2015-12-05

周 浩（1985～），男，江蘇宿遷人，碩士；主要從事粗苯加氫的生產(chǎn)和研究。

文章編號(hào)：1009-220X(2016)02-0056-04 DOI: 10.16560/j.cnki.gzhx.20160203