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焦炉煤气脱硫如何优化操作条件提高硫磺产量

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-09 09:12:05   浏览次数:133


大气网讯:湿式氧化法脱硫,就是在液相将吸收(溶解)的H2S进行中和反应,生成新的化合物HS-,再通过催化剂释放出的活性氧,将其氧化为元素硫并从溶液中浮选出来,分离出系统。那么获得的元素硫越多,就越有利于脱硫溶液质量的提高、工况的稳定;越有利于脱硫效率的提高;越有利于提高碱的利用率;节能降耗。因此硫磺产量是衡量生产是否正常的重要标志,也是各厂考核的重要指标之一。

焦炉煤气中H2S含量很高,但硫磺回收率却很低,有的还达不到50%。那么生产中的硫上哪去了呢?物质不灭,只是形态的改变。硫磺没有拿出来,应该说主要有四个去处:一是转化为副盐被消耗; 二是滞留、附着、沉积在设备填料内;三是回收的硫没有熔炼出来;四是排液等随溶液流失。影响因素很多,但都不是孤立的,必定有关联,应该冷静分析,找原因,优化工艺条件,提高硫磺产量。下面对此做深入地分析、探讨。

一、维护生产正常、稳定是增产的前提

焦炉煤气脱硫,有其特殊性,主要是煤气中H2S、HCN含量高,组分复杂,其中不少元素、因素会干扰析硫和再生,甚至制约正常生产及硫磺的回收。从工艺上讲,催化氧化析硫,浮选分离,回收熔硫回收全过程的各个环节都很重要,但再生是核心,也就是说,只有析硫再生(溶液)好,才能转化产生更多的元素硫;只有浮选再生(催化剂)好,才能分离获得更多的硫。以及回收熔硫的正常运作,才能逐渐形成良性循环,稳定工艺条件。当然还需传质、温度、压力、循环量……等的协调配合。特别是碱度和催化剂,要使H2S从气相进入液相后,进行飞速的中和反应,就必须使吸收溶液保持一定的碱度,它是溶液中H2S解离的推动力。同时对迅速氧化HS-得到元素硫,起关键性作用的是载氧体——催化剂的载氧量及释放氧的活性,以及所解析硫的形态、粘结性、颗粒大小,甚至对改善硫容,降低副反应等影响面很大,对决定氧化过程反应速率、产率都起着至关重要的作用。长春东狮科贸实业有限公司生产的专供焦炉煤气脱硫、脱氰的888—JDS型脱硫催化剂具有这些特点和要求。

二、控制副盐的增长速率

由于焦炉煤气中,系统内存在着HCN、CO2及O2所以不可避免地发生一些副反应:

2NaHS+2O2=Na2S2O3+H2O

2Na2S2O3+O2=2S↓+2Na2SO4

Na2CO3+2HCN=2NaCN+CO2+H2O

NaCN+S=NaCNS

Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

副反应物硫代硫酸盐、硫酸盐、硫氰酸盐含量高,富集于吸收液中,致使粘度增加,碱度下降,影响吸收和再生;增加消耗或造成系统局部堵塞。其反应机理,主要是由于溶液中HS-和O2接触而发生的不完全氧化形成的产物及焦炉煤气中HCN和CO2的存在而形成的。大部分在再生塔中生成。要想降低其产率,控制其增长速率,必须注意调整,优化如下几点:

(1)必须使脱硫塔中的H2S解离,中和反应后迅速完全的解析成元素硫,尽量减少溶液中HS-含量,因此要求选择活性强、抗毒性好、性能稳定的催化剂,并处于良好的工作状态。

(2)严格控制脱硫液温度不能高,用纯碱液脱硫控制在35-42℃;氨水脱硫控制在25-35℃。降低温度,同时也可以降低焦油雾、萘等带入系统和避免高温影响硫泡沫的聚合和浮选。

(3)控制适宜的碱度(以满足出口H2S达标为限)不宜太高。合理调整溶液组分,不要突击加碱。再生液中pH>9.2也会使副盐生成率呈直线上升。

(4)强化再生。再生塔内的再生空气要能满足生产需要(最好单独供气)平稳适量。硫泡沫保持溢流,泡沫层不宜控制太厚(10-20公分即可),及时转移泡沫硫。

对硫磺产量的影响,不言而谕,副盐消耗的硫都源于H2S,其影响力不可低估。对于Na2S2O3而言,每生成1mol硫代硫酸盐就要消耗2mol的硫离子,生成158kgNa2S2O3,就要消耗60kgH2S,即脱硫液中的Na2S2O3的含量每升高1kg,就要消耗H2S为0.43kg;Na2SO4每升高1kg,就要消耗H2S为0.48kg;NaCNS每升高1kg,就要消耗H2S为0.84kg;同样也大量消耗碱。若超标排放还得损失催化剂,硫磺产量则递减。

三、减少损失、防止堵塔

堵塔的成因很复杂,堵塞物主要是硫、盐、机械性杂质等,一般情况多为硫堵。有工艺设备配置以及构造上的原因;随气体带入系统的粉尘、焦油、萘、苯等杂质太多;也有由于催化剂不佳;溶液组分控制不当;副反应物浓度太高;温度控制不宜;残液回收处理不到位等原因造成。从硫的角度看主要有两个原因:

(1)填料塔在脱硫反应过程中,同时伴随着氧化再生析硫过程,因此塔内实际上是气、液、固三相共存。若析硫过多,未能及时随溶液带出脱硫塔,势必滞留,附着,沉积于塔内件,填料内就会在其表面粘结导致局部堵塞,形成偏流、沟流、壁流,干区扩大便会发生堵塔。因此,要特别注意保证溶液循环量和喷淋密度,一般控制在40-50m3/m2h,塔径大应偏大些。(兼顾溶液在再生塔的停留时间,一般高塔30-45min;槽式12-15min)让氧化再生,解析的硫能及时分离出来,使反应生成的硫与带出的硫成正比,要求达到物料平衡。

(2)要将吸收贫液中悬浮硫含量控制在指标内(<1.5g/L),对其影响主要是再生塔,即加强再生、浮选、分离,关键是要控制好硫泡沫,强化再生塔的操作。

再生塔的功能有3个:①在空气的吹搅下,将元素硫浮选出来,分离出去;②催化剂吸氧再生,恢复活性;③进一步析硫再生和使CO2等废气解释驰放,提高pH值、碱度和减少悬浮硫含量。显然影响再生的主要因素是空气、温度和溶液在塔内的停留时间。最直观的是硫泡沫形成的好坏。大家对温度和停留时间都很重视,其实再生空气更为重要,对其有空气量和鼓风强度的双重要求。满足催化剂吸氧再生所需要的量,没问题(实际量是理论量的8-15倍,除非温度特别高,影响到O2的溶解度)。鼓风强度则直接影响硫泡沫层聚合形成,鼓风强度太低,溶液不湍动,则浮选不出硫来,液面翻腾跳跃,鼓风强度太大,又容易将聚合的硫泡沫打碎,造成返混,影响贫液质量。此外,泡沫硫的分离也有讲究:若分离太彻底,则泡沫层不易形成,集硫少且泡沫很虚(应适当保留部分泡沫层,沾的硫会更多)。若分离量太少或长时不溢流,则表面得不到更新,也容易造成返混,悬浮硫增多。因此,鼓风强度应控制在100-130m3/m2h为宜(亦可观察液面湍动状况而定)。进系统压缩空气压力应大于液封高度(再生塔溶液有效高程)。液面高度控制在低于泡沫溢流面10-20公分,让泡沫连续自由溢流最好。也可以采用间歇式溢流,但每3-4小时必须溢流一次。关键是找准溢流高度,做到心中有数,一般泡沫溢流面能占1/2~1/3即可。(连续熔硫没有滤清过程,泡沫溢流带清液过多,做的是无用功)。除此之外温度、碱度和催化剂含量过低、过高都影响硫泡沫生成和浮选。再生正常时,影响悬浮硫含量,主要是硫泡沫溢流量。总之,只有将硫拿出来了,便可免除硫堵的后顾之忧。

四、加强硫回收,熔硫及残液的处理回收

硫磺是湿式氧化法的副产品,回收熔硫就是将硫泡沫浓缩加工(物理过程),通常指硫泡沫的收集、过滤和熔硫及残液的处理回收。此环节各厂都不一样,五花八门,有的还不完善或不配套。大体可归纳为两大类:一种方式是将收集的硫泡沫过滤成滤饼(或硫膏),滤清液直接回循环槽。另一种方式是使用熔硫釜熔炼硫磺(有采用连续熔硫,也有间歇熔硫)。感觉小厂都不太重视,其实回收熔硫工艺操作,管理优化十分重要,非常有意义。在净化脱硫过程中,煤气中所夹带的杂质、赃物和生产中产生的废弃物,只能通过硫泡沫带入熔硫处理,排出系统外(唯一出口),故在加工硫磺的同时,也净化系统自身,是维护系统正常,稳定,有序运行的重要环节,也是脱硫、析硫再生、浮选、分离效果的总检验。

若使用间歇式熔硫或只回收硫膏,可根据硫的加温过程的物态变化,将泡沫槽(高位槽)的硫泡沫加温至65-70℃,静置半小时,分层后中间清液放回循环槽。上层和底部的泡沫硫过滤后,放入熔硫釜熔炼或压滤机。若是连续熔硫,最重要的是控制好进液量,蒸汽压力和熔硫温度的最佳配合,进行不断的实践摸索,找出规律。如副盐含量高时,温度也应该适当提高,有利产量的提高。熔硫釜中心温度一般控制在120-140℃,残液出口温度控制在85-95℃;又如:通过残液的排放量及颜色判断其工作状况。再如:如何维护好熔硫设备,发挥最佳的生产能力,需定期排放硫渣,保证其传热效果,改饱和蒸汽为过热蒸汽等。

残液处理到位,也是一个不可忽视的问题,要进行多级沉降过滤处理,将温度降下来,使副盐、硫渣、杂质、赃物等沉降下来,再经过滤,使其变成温度不高、无杂质的清液,方能返回系统,否则会干扰再生,不出泡沫或增大系统阻力。有些单位设置过滤机效果更好。

五、减排、降耗、增效

排液不但浪费资源,而且污染环境,但由于副盐超标使溶液质量下降,工况恶化。影响脱硫效率或系统压差增大等。在没有提盐装置的情况下,只有排液、稀释、降盐。从排放物分析,按指标确定的代表物来看,一般硫氰酸盐是硫代硫酸盐的4至8倍。这是因为焦炉煤气中HCN含量波动大且转化成的硫氰酸盐无法分解,再生只能越积越多。当两盐积累超标(两盐之和<280g/L,其中S2O3-≯150g/L,CNS-≯200g/L),若不降盐或提盐,会因小失大。如何减排,就得考虑怎么排?排什么?排向何处?若能设置一个较大容器,把要排的废液收集起来,进行降温、沉淀、过滤、静置,只排放副盐结晶稠物或饱和液,排向配煤场进行移动喷淋,部分清液回收,会减少损失,事半功倍。有的厂将事故槽利用起来,效果不错。当然,最好的办法还是通过工艺、设备、操作、管理的优化、改进、创新、控制副盐的增长速率或上提盐装置,再增加一两种产品来实现减排、降耗、增效。

顾名思义,脱硫就应该将解析的元素硫拿出来。关注硫磺产量及回收率,并非单纯追求其自身的价值,而是想通过对副产品硫磺成因、产率的探讨,并以此为切入点,对生产环节的梳理、揭示生产规律、影响因素,将生产纳入良性循环的控制,追求高效、低耗、长周期、安全、经济运行。


原标题:焦炉煤气脱硫如何优化操作条件提高硫磺产量

 
关键词: 脱硫 泡沫 再生



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