LO-CAT 硫磺反應(yīng)器內(nèi)溶液發(fā)泡原因分析及處理

孫美露，韓智伊，劉 壯

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500）

1 LO-CAT 硫磺回收裝置概況

LO-CAT 硫磺回收裝置是美國(guó)MERICHEM 公司的氣體產(chǎn)品技術(shù)公司（GTP）開(kāi)發(fā)的一種專利技術(shù)，LO-CAT 硫化氫氧化是一套自循環(huán)液態(tài)氧化工藝，在鐵離子催化劑的協(xié)助下，將硫化氫轉(zhuǎn)化為硫單質(zhì)，從而達(dá)到除去氣體中硫化氫的目的。最后尾氣則通過(guò)尾氣焚燒爐進(jìn)行焚燒，焚燒后的二氧化硫排放量滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 LO-CAT 裝置工藝原理

LO-CAT 硫磺回收工藝能夠高效脫出酸氣中的硫化氫，操作彈性較大，可以處理不同濃度硫化氫的酸氣。其反應(yīng)在水溶液中進(jìn)行，基本反應(yīng)可以分為吸收和再生兩部分：

吸收反應(yīng)：H2S（氣）+2Fe3+→2H++S+2Fe2+

再生反應(yīng)：1/2O2（氣）+H2O+2Fe2+→2OH-+2Fe3+

兩個(gè)反應(yīng)合并，溶液總反應(yīng)為H2S+1/2O2→H2O+S，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，鐵離子沒(méi)有被消耗，只是在硫化氫和氧氣反應(yīng)生成單質(zhì)硫的過(guò)程中起到了催化劑的作用。

1.2 LO-CAT 裝置工藝流程簡(jiǎn)介

LO-CAT 為自循環(huán)工藝，吸收和氧化（再生）在一個(gè)容器內(nèi)完成，反應(yīng)器分五個(gè)大腔室，酸氣和空氣不相混溶，分兩路進(jìn)入反應(yīng)器。酸氣進(jìn)入主反應(yīng)器的三個(gè)吸收室底部，空氣由鼓風(fēng)機(jī)通入主反應(yīng)器的兩個(gè)氧化室底部。由于吸收室與氧化室溶解氣體量不同造成了不同的溶液密度，溶液靠密度差在反應(yīng)器內(nèi)部的擋板和堰板間自行循環(huán)運(yùn)動(dòng)。生成的硫磺在反應(yīng)器椎體底部沉降，當(dāng)硫漿濃度大于10%（wt）時(shí)，通過(guò)硫漿泵將硫漿送入到真空袋式過(guò)濾機(jī)脫水形成硫餅。

主反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)需要24 h 源源不斷的按照一定比例添加5 種化學(xué)藥劑，分別為：螯合劑（ARI-350）、鐵離子催化劑（ARI-340）、表面活性劑（ARI-600）、殺菌劑（ARI-400）及pH 調(diào)節(jié)劑（KOH）。

2 LO-CAT 硫磺回收主反應(yīng)器內(nèi)溶液發(fā)泡的影響

2.1 液位波動(dòng)，影響裝置平穩(wěn)操作

當(dāng)硫磺回收主反應(yīng)器內(nèi)溶液發(fā)泡嚴(yán)重，造成主反應(yīng)器液位頻繁波動(dòng)，出現(xiàn)假液位，實(shí)際運(yùn)行液位低于設(shè)計(jì)要求值，造成溶液循環(huán)不暢，影響硫化氫的吸收效率，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成硫磺品質(zhì)變差顏色變黑、尾氣超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 浮硫多，造成管線、設(shè)備堵塞

硫磺回收主反應(yīng)器內(nèi)溶液發(fā)泡時(shí)，一方面部分細(xì)小硫磺顆粒浮于泡沫表面，隨著氣體帶入下游尾氣水封罐，使捕霧網(wǎng)堵塞；隨著溶液帶入換熱器造成換熱器及其出入口管線堵塞，換熱效果下降；同時(shí)，也會(huì)隨著溶液帶入到溶液循環(huán)泵內(nèi)，造成管線、泵體堵塞；另一方面溶液發(fā)泡嚴(yán)重導(dǎo)致硫磺顆粒沉降效果下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生溶液分層的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)調(diào)整后，大量硫磺顆粒沉降造成主反應(yīng)器椎體、帶濾機(jī)及硫漿泵運(yùn)行負(fù)荷增大，硫漿泵堵塞，沉降池硫磺堆積。

2.3 產(chǎn)品硫磺品質(zhì)差，化學(xué)藥劑損失增大

硫磺回收主反應(yīng)器內(nèi)溶液發(fā)泡時(shí)，由于泡沫的張力導(dǎo)致添加的藥劑被泡沫所阻隔，不能直接添加到溶液中，溶液對(duì)于硫化氫反應(yīng)吸收效果變差，造成部分化學(xué)藥劑添加量增大，從而造成藥劑添加成本增大；同時(shí)由于溶液發(fā)泡嚴(yán)重，硫磺顆粒過(guò)細(xì)，導(dǎo)致產(chǎn)品硫磺含水率偏高，成型效果差，致使部分化學(xué)藥劑隨著產(chǎn)品硫磺的帶出造成一定的損失。

2.4 氣泡過(guò)多，設(shè)備氣蝕

由于主反應(yīng)器內(nèi)溶液發(fā)泡嚴(yán)重，氣泡過(guò)多，隨著溶液帶入下游設(shè)備，易造成循環(huán)泵、硫磺泵等設(shè)備不上量問(wèn)題，形成氣蝕現(xiàn)象，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

3 LO-CAT 硫磺回收主反應(yīng)器內(nèi)溶液發(fā)泡原因分析

3.1 表面活性劑添加量過(guò)少

反應(yīng)生成的硫磺表面有微小的氣泡或碳?xì)浠衔飼?huì)附著在硫顆粒的表面，這樣硫顆粒便浮在溶液表面不向下沉降，溶液中硫磺顆粒過(guò)細(xì)，造成溶液發(fā)泡。

3.2 表面活性劑添加量過(guò)多

溶液中添加一定量的表面活性劑有助于硫磺顆粒的沉降，表面活性劑為有機(jī)物若添加過(guò)量的表面活性劑（ARI-600），溶液便產(chǎn)生過(guò)量的泡沫。

3.3 生物抑菌劑添加過(guò)多

主反應(yīng)器內(nèi)溶液處在高生物活性的環(huán)境中，因此需在溶液中加入抗微生物劑以進(jìn)行細(xì)菌控制，如果添加過(guò)多的生物除菌劑，溶液中便會(huì)有泡沫產(chǎn)生。

3.4 消泡劑添加過(guò)多

溶液中加入消泡劑時(shí)需要少量添加，加入過(guò)多會(huì)產(chǎn)生泡沫。通常的加入量為整個(gè)溶液體積的2 ppm（v）。

3.5 硫磺回收主反應(yīng)器內(nèi)硫磺含量過(guò)高

主反應(yīng)器循環(huán)溶液內(nèi)的硫磺含量盡量維持在0.4wt.%左右，若長(zhǎng)時(shí)間不啟運(yùn)帶濾機(jī)，主反應(yīng)器內(nèi)硫磺含量積聚，可導(dǎo)致過(guò)細(xì)硫磺顆粒，引起漂浮和泡沫。

3.6 硫磺回收主反應(yīng)器溶液pH 值過(guò)高

主反應(yīng)器循環(huán)溶液pH 值一般要求控制在9 以內(nèi)，若pH 值過(guò)高促使溶液內(nèi)硫代硫酸鹽的產(chǎn)生，而硫代硫酸鹽大量的存在會(huì)減少氧的吸收并阻礙單質(zhì)S 的聚集，造成硫磺顆粒過(guò)細(xì)漂浮在溶液表面發(fā)泡。

3.7 酸氣中含有烴類物質(zhì)的進(jìn)入

烴類物質(zhì)為有機(jī)物不溶于水，與硫磺回收水溶性物質(zhì)接觸，隨著溶液的循環(huán)便會(huì)產(chǎn)生大量泡沫。

4 減少或避免主反應(yīng)器內(nèi)溶液發(fā)泡的對(duì)策

4.1 注意表面活性劑的添加量

（1）每天早上交接班時(shí)，中控室人員根據(jù)表面活性劑罐液位核算前一天藥劑添加量，若與泵設(shè)定值有出入及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；

（2）現(xiàn)場(chǎng)工藝人員每次巡檢過(guò)程中檢查計(jì)量泵行程調(diào)節(jié)是否有松動(dòng)、計(jì)量泵有無(wú)漏油現(xiàn)象，計(jì)量泵出口壓力表波動(dòng)是否有變化，防止表面活性劑添加過(guò)多過(guò)少造成溶液發(fā)泡；

（3）技術(shù)人員在巡檢時(shí)，要對(duì)循環(huán)溶液做瓶測(cè)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)瓶測(cè)實(shí)驗(yàn)確定表面活性劑的添加量。

4.2 注意生物抑菌劑的添加量

每天嚴(yán)格按照要求添加量添加生物抑菌劑，中控室人員每天核算添加量、現(xiàn)場(chǎng)工藝人員每天巡檢過(guò)程中檢查計(jì)量泵運(yùn)行狀態(tài)，防止抑菌劑添加量過(guò)高。

4.3 有效添加消泡劑

當(dāng)溶液發(fā)泡時(shí)，首先由技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行瓶測(cè)實(shí)驗(yàn)，明確消泡劑添加量；然后由現(xiàn)場(chǎng)工藝人員將消泡劑通過(guò)消泡劑添加流程加入。切記無(wú)依據(jù)隨意添加。

4.4 減少溶液中細(xì)硫含量，提高硫磺沉降速率

（1）通過(guò)瓶測(cè)實(shí)驗(yàn)添加表面活性劑、消泡劑促使硫磺顆粒沉降；

（2）若硫磺回收裝置運(yùn)行負(fù)荷增大，及時(shí)根據(jù)硫漿濃度調(diào)整帶濾機(jī)運(yùn)行時(shí)間及出料量，減少硫磺在主反應(yīng)器內(nèi)沉積量。

4.5 降低或消除酸性氣中夾雜的烴類物質(zhì)或其他雜質(zhì)

（1）控制上游酸氣空冷器出口溫度，減少酸氣帶液量；

（2）定期對(duì)酸氣管線進(jìn)行排液；同時(shí)一旦酸氣量突然增大，酸氣管線排液操作增加頻次，以減少酸氣帶液量；

（3）定期對(duì)上游原料氣進(jìn)行烴露點(diǎn)檢測(cè)。4.6 控制溶液中pH 值

控制好硫磺回收裝置溶液pH 值，pH 小于9，每天進(jìn)行一次溶液pH 檢測(cè)，當(dāng)酸氣量及酸氣硫化氫濃度發(fā)生較大變化時(shí)，及時(shí)對(duì)KOH 添加量進(jìn)行調(diào)整，防止pH 值過(guò)高。

4.7 措施及培訓(xùn)

做好溶液發(fā)泡處理措施的制定及人員培訓(xùn)工作，尤其針對(duì)于烴類物質(zhì)對(duì)LO-CAT 硫磺回收溶液的影響，制定有效的處理措施。

5 小結(jié)

LO-CAT 硫磺回收裝置溶液發(fā)泡是不可避免的但卻是可以控制的，溶液發(fā)泡是制約著裝置正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，發(fā)泡引起的液位波動(dòng)，出現(xiàn)假液位，勢(shì)必會(huì)造成一系列的惡性循環(huán)，控制溶液發(fā)泡溶液起著至關(guān)重要作用，一旦溶液出現(xiàn)發(fā)泡，排查溶液發(fā)泡的原因是前提，而溶液發(fā)泡的原因大多數(shù)是藥劑調(diào)整的問(wèn)題，其次是氣質(zhì)的原因，而藥劑的調(diào)整根據(jù)化驗(yàn)參數(shù)及表象較易判斷，先進(jìn)行調(diào)整，若效果不明顯，再根據(jù)排除法逐一進(jìn)行調(diào)整，切勿同時(shí)調(diào)整多個(gè)參數(shù)，導(dǎo)致發(fā)泡原因分析不清，后期再次出現(xiàn)問(wèn)題不易調(diào)整。