富鉀鹵水脫硫的工藝研究

安普偉

(四川恒成鉀鹽科技有限公司，四川 達(dá)州 635000)

1 前言

硫化氫是一種易燃易爆的劇毒性氣體，極易引起人體中毒甚至死亡。天然鹵水中一般都含有一定量的硫化氫，直接利用天然鹵水容易揮發(fā)出硫化氫氣體，不僅加快加深設(shè)備管道的腐蝕和環(huán)境污染，嚴(yán)重時還會對人體造成不同程度的傷害，存在極大的安全隱患。文章以川東北天然富鉀鹵水(硫化氫含量約1 210 mg/L)為原料，介紹了天然鹵水中硫化氫的脫除工藝及控制條件。

2 H2S的存在形式及脫硫工藝

2.1 H2S的存在形式

H2S是一種酸性可溶性氣體，主要存在于中性和酸性溶液中，在堿性溶液中則主要以S2-或HS-形式存在。表1是不同pH值條件下以H2S分子形式存在的比例。

表1 H2S在不同pH值條件下以H2S分子形式存在的比例Tab.1 Proportion of H2S in the form of H2S molecules at different pH values

2.2 鹵水中H2S的處理方法

目前，國內(nèi)鹵水脫硫主要有化學(xué)沉淀法、空氣吹出法和氧化法。

化學(xué)沉淀法。采用氯化亞鐵等化學(xué)試劑將鹵水中的硫化氫直接沉淀為無害廢渣，該法生產(chǎn)成本較高，適宜處理硫化氫含量較低的鹵水。

空氣吹出法。直接將鹵水中的硫化氫用大量空氣吹出，部分硫化氫在吹出過程中被氧化為硫單質(zhì)，硫化氫含量高低的鹵水都可適用，但由于吹出時氣液比大，故能耗高，且對吸收裝置有很高的要求。

氧化法。在堿性條件下向鹵水中加入氯氣、臭氧或次氯酸鈉等氧化劑，將鹵水中的硫化氫轉(zhuǎn)化為無毒的硫酸根，該法生產(chǎn)成本較高，且容易造成氧化劑殘留，造成鹵水的二次污染，適合于體系較為簡單且含量較低的鹽鹵。

3 負(fù)壓脫除法

傳統(tǒng)的H2S脫除方法均存在不同程度的問題，無法很好地滿足川東北天然富鉀鹵水的生產(chǎn)要求，故而四川恒成鉀鹽科技有限公司(以下簡稱“公司”)借鑒氯堿行業(yè)低鹽水脫氯氣的生產(chǎn)工藝，采用負(fù)壓脫除法脫除鹵水中的H2S，該法經(jīng)中試裝置驗證，實用高效，能很好地滿足脫硫要求，為富鉀鹵水的進(jìn)一步利用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3.1 工藝原理

負(fù)壓脫除法的原理就是使硫化氫氣體在負(fù)壓條件下經(jīng)霧化后溢出，溢出后的硫化氫汽體經(jīng)過堿液吸收塔，硫化氫與塔內(nèi)的燒堿溶液反應(yīng)生產(chǎn)硫化鈉溶液，進(jìn)一步制取硫化堿產(chǎn)品。

硫化氫吸收反應(yīng)方程式：

3.2 工藝流程(圖1)

圖1 天然鹵水脫硫流程圖Fig.1 Flow chart of natural brine desulfurization

4 脫硫的影響因素

4.1 鹵水成分

文章以川東北天然富鉀鹵水為原料，詳細(xì)研究了壓力(文中所提到的壓力均為表壓)、pH值、霧化次數(shù)等因素對脫除效率的影響，得到了最佳的工藝條件。表2為天然富鉀鹵水組分。

表2 天然富鉀鹵水組分Tab.2 Component of natural potassium rich brine

4.2 負(fù)壓對脫硫的影響

壓力對脫硫的影響，其實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同壓力下H2S殘存量Tab.3 H2S residual under different pressure

從表3看出，壓力對鹵水中H2S的殘存量沒有明顯影響，維持負(fù)壓僅為保證溢出的硫化氫氣體能及時的轉(zhuǎn)移至堿液吸收塔，避免在霧化塔內(nèi)出現(xiàn)H2S的聚焦。考慮到運行成本與操作的便利性，一般將壓力控制在 -0.01 MPa～-0.06 MPa范圍內(nèi)。

4.3 霧化效果對脫硫的影響

實驗選配了三種噴頭，通過不同的噴嘴達(dá)到不同的霧化效果，驗證霧化效果對脫硫的影響，見表4。

表4 不同霧化效果的脫硫情況Tab.4 Desulfurization with different atomization effects

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及過程綜合判斷，1號噴頭最為實用，霧化效果好且不易堵塞，故而在后續(xù)實驗中選用1號噴頭(螺旋型噴頭)。

4.4 霧化次數(shù)對脫硫的影響

采用1號螺旋型噴頭對天然富鉀鹵水進(jìn)行三級霧化脫硫?qū)嶒灒瑢嶒灁?shù)據(jù)見表5。

表5 霧化次數(shù)對脫硫的影響Tab.5 Effect of atomization times on desulfurization

從表5看出，高濃度時脫硫效果最佳，一級霧化的脫硫率為80%～90%，兩級霧化的脫硫率約為40%，三級霧化的脫硫率約為28%，通過對脫硫效率及能耗等的綜合考慮，確定采用兩級噴淋霧化。

4.5 溫度和pH值對脫硫的影響

保持霧化狀態(tài)不變，通過調(diào)節(jié)溫度和pH值研究其對脫硫的影響，實驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 溫度和pH值對脫硫的影響Tab.6 Effect of temperature and pH value on desulfurization g·L-1

從表6看出，溫度和pH值對脫硫均有一定的影響。

溫度越高，H2S的脫除效果越好；pH值越低，H2S的脫除效果越好；pH值越低時，溫度對H2S的脫除效果影響更加明顯。

由于地下鹵水pH值在6.0左右、溫度在40 ℃～60 ℃，脫硫效果已滿足后續(xù)工藝要求，考慮到成本與操作環(huán)境等因素，故而不對鹵水進(jìn)行pH值和溫度的調(diào)節(jié)。

4.6 尾氣吸收情況

從天然鹵水中溢出的H2S汽體，經(jīng)過堿液吸收塔吸收后，排出氣體經(jīng)檢測不含H2S氣體，不會造成環(huán)境污染。生產(chǎn)時只需要在堿液吸收塔內(nèi)硫化鈉達(dá)到一定濃度后更換堿液。

5 負(fù)壓脫硫的優(yōu)點

(1)H2S是在負(fù)壓條件下溢出，氣相中H2S分壓較低，其溢出效率更高，溢出時間更短。

(2)脫硫過程中沒有額外的空氣引入，真空泵只需要抽走溢出的H2S氣體維持負(fù)壓即可，其設(shè)備功率小、能耗低。

(3)負(fù)壓分離出的H2S純度高、總量小，對吸收塔要求低，便于下一步的吸收和利用。

(4)堿液吸收后的硫化鈉可進(jìn)一步加工成產(chǎn)品，不僅降低生產(chǎn)成本，還能產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

實驗證明，負(fù)壓脫硫工藝完全適用于川東北天然富鉀鹵水的脫硫要求。在實際生產(chǎn)操作中，壓力控制在-0.01 MPa～-0.06 MPa范圍，采用兩級螺旋型噴頭對鹵水進(jìn)行噴淋霧化。