脫硫系統(tǒng)堿耗高的原因分析與對策

脫硫系統(tǒng)堿耗高的原因分析與對策關(guān)鍵詞：

副反應(yīng)

；

副鹽

；物料消耗；反應(yīng)控制；環(huán)境污染0概述由于煤源緊張以及企業(yè)節(jié)能降耗等多重因素的影響，致使高硫煤在生產(chǎn)中被迅速應(yīng)用，煤氣中H2S的含量在1g/Nm3以下的企業(yè)越來越少了，很多企業(yè)都在燒2g/Nm3甚至3g/Nm3以上的高硫煤。再加上企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來越大,從而使脫硫系統(tǒng)單位時間內(nèi)脫除硫化氫的量越來越多。在這種情況下，很多企業(yè)的脫硫系統(tǒng)暴露許多問題，特別表現(xiàn)在系統(tǒng)脫硫效率下降，溶液中副鹽的增長量加快，堿耗增加，硫回收率明顯下降等現(xiàn)象。從而使脫硫的輔料消耗遠遠超過企業(yè)的預(yù)算指標，造成企業(yè)生產(chǎn)成本增加。理論上來講，在濕式氧化法脫硫中副鹽的生成是無法回避的，也就是說它是客觀存在的，無論采用何種脫硫劑都不可能消除和避免副鹽的產(chǎn)生。那么副鹽到底是如何產(chǎn)生的呢，它的生成與哪些因素有關(guān)呢？我們首先從如下的脫硫反應(yīng)化學(xué)方程式來加以分析1副反應(yīng)產(chǎn)生的原因(1)

原料氣中二氧化碳是酸性氣體，能與碳酸鈉作用發(fā)生如下反應(yīng)：

Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3在脫硫原始開車時，溶液中全部為Na2CO3，隨著吸收CO2反應(yīng)的進行，溶液中NaHCO3逐漸增加。當吸收CO2的量與再生過程中解吸CO2的量平衡時，則液相中Na2CO3和NaHCO3的濃度維持不變。一般常壓脫硫中，若原料氣中CO2量為8％～6％，溶液總堿度為0.4N(以Na2CO3計為21.2g／L)時，則Na2CO3在5～6g／L，NaHCO3在25g／L左右。在加壓脫硫過程中(如變脫)因操作壓力較高，CO2濃度也較高，致使液相中Na2CO3大幅度下降，一般只占總堿度的5％～10％，而大部分為NaHCO3。(2)

硫氫根與氧接觸時，將生成硫代硫酸鹽2HS—+2O2＝S2O32-

+H2O此反應(yīng)大部分在再生槽內(nèi)發(fā)生，因槽內(nèi)空氣充足，液相中溶解氧含量高，當生產(chǎn)負荷較重而再生效果又較差時，貧液電位較低，被吸收下來的硫化氫未能在反應(yīng)槽內(nèi)全部氧化為單質(zhì)硫，而有相當量的硫氫根被空氣氧化為硫代硫酸鹽。當溶液溫度高于60℃、PH值大于9時，此副反應(yīng)速度明顯增加(一般液溫在40±2℃，PH值在8.5左右，故問題不大)。原料氣中含有少量氧，在吸收塔內(nèi)也將有硫代硫酸鈉生成(一般氧含量在0.4％，故此影響較小)。(3)

若溶液中溶解氧量過高，溶液接觸空氣時間過長等，再生槽內(nèi)的吹風(fēng)強度：一般講，再生槽內(nèi)的吹風(fēng)強度以60Nm3/m2·h左右為宜。否則將會生成較多的硫酸鹽，其反應(yīng)為：S2O32-+1/2O2＝SO42-+S↓當溶液溫度較高時，此副反應(yīng)速度加快。(4)

原料氣HCN具弱酸性，在與堿液接觸時，幾乎全部被吸收，生成氰化鈉，并進一步生成硫氰化鈉。其反應(yīng)式為：

2HCN+Na2CO3=2NaCN+H2O+CO2Na2CO3+2HCN+2S=2NaCNS+H2O+CO2此副反應(yīng)嚴重與否主要取決于原料氣中HCN含量的高低。(5)溶液中的懸浮硫也是發(fā)生副反應(yīng)的原因之一，其反應(yīng)式為：S+SO32-＝S2O32-

S+(O)＝SO4-S+6OH—＝2S2-+S2O32-+3H2O其反應(yīng)程度將隨硫顆粒的變小(硫粒小易帶電荷且表面積大，具較高活性)，懸浮硫量的增加以及液溫升高而加快。(6)

在再生氧化過程中，溶液中的酚被空氣氧化為醌的同時，有一定量的雙氧水生成。若此時溶液中催化劑的量低，則因雙氧水過剩而發(fā)生如下副反應(yīng)：

4H2O2+2HS—＝S2O32-+5H2OS2O32-+4H2O2+2OH-＝2SO42-+5H2O

(7)

在高溫熔硫時，硫與堿及其他物質(zhì)反應(yīng)較迅速，有大量副鹽生成，其中以硫代硫酸鈉及硫氧根副反應(yīng)為主。副反應(yīng)發(fā)生的速度和速率是可以改善和控制的，總的原則是合理的調(diào)整溶液組分含量適當，操作條件適宜，強化再生。保持溶液電位穩(wěn)定在適宜范圍內(nèi)，控制適宜的操作溫度，采用干法間斷熔硫，不存在清液回收過程，對控制副鹽的增長大有好處。2

副反應(yīng)的影響與危害(1)

因吸收H2S是靠Na2CO3來完成的，如碳化反應(yīng)嚴重，溶液中Na2CO3含量過低，將影響脫硫效率，并因溶液PH降低而使再生溶液吸氧差，對析硫不利；而pH值過高副反應(yīng)加劇。(2)

若副反應(yīng)嚴重，則堿耗劇增，有時雖大量補堿也難以維持堿度在指標之內(nèi)，直接影響吸收與再生，造成生產(chǎn)被動和生產(chǎn)成本增加。(3)當硫酸鈉鹽增長至一定值時，溶液對設(shè)備的腐蝕加劇，由于硫酸鈉溶解度低，天冷時易析出結(jié)晶，堵塞腐蝕管路和設(shè)備。(4)當溶液中副鹽總量很高時，溶液粘度、比重增加，致使動力消耗加大，且影響傳質(zhì)和傳熱，不利于吸收和再生。(5)溶液中副鹽高還會加快硫代硫酸鹽的生成，降低硫的回收率。同時副鹽和煤焦油、灰塵等雜質(zhì)在熔硫釜內(nèi)壁形成結(jié)垢，造成熔硫釜微管堵塞，嚴重影響熔硫的操作和設(shè)備的安全運行。3

副反應(yīng)的控制和解決辦法副反應(yīng)發(fā)生的速度和速率是可以改善和控制的，總的原則是合理的調(diào)整溶液組分含量適當；操作條件適宜，強化再生。保持溶液電位穩(wěn)定在適宜范圍內(nèi)；控制適宜的操作溫度；對熔硫工藝直接采用干法熔硫（熔硫釜內(nèi)裝上含水量30-40%的干硫膏），不再有脫硫液的加熱過程，從而減少大量的副鹽生成。同時幾乎無清液可回收，避免對再生的影響。(1)

由于碳酸鹽和碳酸氫鹽的生成是可逆反應(yīng)：鑒于吸收的客觀條件無法改變，所以降低溶液中NaHCO3、提高Na2CO3含量主要靠再生汽提來完成，其次是加熱分解。目前噴射再生較理想，再生氧化效率高，且汽提效果顯著，能降低溶液中CO2的物理溶解量，因而使NaHCO3能較快地轉(zhuǎn)變?yōu)镹a2CO3。(2)

隨時調(diào)節(jié)溶液組成，適當加強再生，使溶液電位穩(wěn)定在適宜范圍內(nèi)。一般控制NaHCO3/Na2CO3的比值≤6時，電位較合適-180mV左右。(3)

對于脫硫、變脫來說，如有條件應(yīng)使從吸收塔底流出的富液先經(jīng)過敞口富液槽，或是變脫增加閃蒸槽，減壓閃蒸釋放出大量溶解的CO2后進行再生，其效果要好得多。保證富液在富液槽內(nèi)有一定的停留時間，在脫硫塔出口設(shè)置一個富液槽，讓富液進再生槽之前有一個足夠的停留時間（約在6～10分鐘），讓富液中剩余HS-離子被繼續(xù)催化氧化掉。盡量減少進入再生系統(tǒng)溶液中硫氫根的量。在保證溶液再生較好的前提下，應(yīng)減少空氣與溶液接觸的時間。(4)

注意溶液中各組分含量適當，操作條件適宜，嚴格控制再生液的PH值，一般在8.2～8.8之間，生產(chǎn)中盡量避免再生液的PH值在9.0以上操作。當溶液的PH值大于9.2時，副鹽的生成率也是直線上升的。使析出的硫黃顆粒大，并加強過濾，降低溶液中懸浮硫含量。(5)

保證溶液溫度適宜，39℃～41℃，這樣既保證吸收和再生反應(yīng)正常，又降低副反應(yīng)速度。特別是在冬季，這一指標就尤為重要。要嚴格控制再生液的溫度，當再生液的溫度超過45℃的情況下，副鹽的生成率成直線上升趨勢，而且由于溫度的升高也嚴重的影響了硫泡沫的聚合和浮選。(6)

原料氣中氧含量應(yīng)≤0．4％。脫硫塔后設(shè)置富液槽，這樣也就減少了在脫硫過程中HS-離子與O2的接觸機會，減少副反應(yīng)。(7)

未經(jīng)處理的熔硫廢液zui好不回收，因其副鹽量較高，回收后系統(tǒng)內(nèi)溶液副鹽量將急劇增加。再者若回收時廢液處理不當，將會引起系統(tǒng)內(nèi)溶液嚴重發(fā)泡，致使溶液大量溢出，造成不必要的物料損失和環(huán)境污染。zui好的方法是改進熔硫工藝，采取干法的間斷熔硫技術(shù)，不存在清液回收流程。對優(yōu)化再生工藝，減少副鹽的積累，好處是不言而喻的。同時節(jié)約大量的蒸汽，是濕法連續(xù)熔硫工藝的1/10左右。（8）當溶液中副鹽量過高(如NaCNS≥80g/L，Na2S2O3≥150g／L)時，應(yīng)進行處理，一般是連續(xù)分批提出部分溶液。抽真空加熱濃縮，再冷卻，析出副鹽結(jié)晶。若為了簡便，也可在天冷時排出一定量溶液，降溫，使Na2CO3析出結(jié)晶(含結(jié)晶水)，再將溶液加入系統(tǒng)內(nèi)，此法主要對除Na2CO3有效。有條件的廠家可以增設(shè)副鹽提取工藝。(9)要經(jīng)常檢測水煤氣中HCN的含量變化，為了保證生產(chǎn)穩(wěn)定，盡量減少或避免使用這樣的煤質(zhì)，據(jù)觀察，在合成氨及焦化廠的脫硫中由于NaCNS這種副鹽的存在，嚴重影響了脫硫效率和堿耗的增加。生成硫氰化鈉的副反應(yīng)目前還無法徹底消除。而其他副反應(yīng)也只能盡量減少，煤氣中的HCN只能靠除塵降溫設(shè)備的大量洗滌水帶出系統(tǒng)，盡量減少硫氰化鈉