淺談碳酸鈉作為堿源的后脫硫工藝

張 斌

（西山煤氣化有限責任公司，山西 太原 030205）

某焦化廠采用上部脫硫、中部反應和下部再生的脫硫綜合塔，該脫硫綜合塔位于冷凝鼓風、硫銨和洗脫苯工藝之后。在1#脫硫綜合塔運行中，發(fā)現(xiàn)母液中焦油含量高，且因為1#、2#綜合塔共用脫硫母液，造成2#脫硫綜合塔母液因焦油含量高而中毒，嚴重影響脫硫效果，并且該脫硫綜合塔采用PDS作為催化劑，焦油對PDS影響較大，不僅減小了母液表面的疏水性，硫泡沫大量減少，使脫硫液無法通過硫泡沫帶出雜質(zhì)而進一步凈化自身，導致PDS失效，母液進一步中毒，無法產(chǎn)生硫泡沫，母液中的HS-達到飽和，無法脫除煤氣中的H2S.為保證煤氣中H2S的脫除率，在1#脫硫綜合塔前增加除油器，兩塔的母液分開，分別供應1#、2#綜合塔，采用PDS+對苯二酚作為催化劑的工藝技術。

1 工藝流程

煤氣由綜合塔反應段底部進入，由脫硫綜合塔頂部離開，再進入后續(xù)工段。母液由反應段頂部噴淋后，自流入綜合塔反應段，經(jīng)12根噴射器進入再生段，再生段中的母液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器流入母液槽，母液槽中的母液由溶液循環(huán)泵輸送至脫硫綜合塔頂部，形成母液循環(huán)。再生段中的硫泡沫經(jīng)溢流堰流入硫泡沫槽，再經(jīng)硫泡沫泵輸送至離心機，分離的硫膏經(jīng)軟管泵輸送至熔硫釜熔出硫磺，分離的清液自流回母液槽，熔硫釜分離出的清液回流至硫膏槽與硫膏攪拌，形成閉路循環(huán)，減少副鹽的產(chǎn)生量。再生空氣由羅茨風機送入綜合塔空氣環(huán)管進入12根噴射器與母液接觸再生。

PDS為雙核酞箐鈷六磺酸銨，通過鈷離子的氧化還原完成與H2S的吸收和PDS的還原；配合對苯二酚增加硫泡沫表面張力，利于硫泡沫的產(chǎn)生，便于將母液中的焦油帶出，防止母液中毒。該系統(tǒng)工藝圖見圖1.

2 工藝參數(shù)及生產(chǎn)情況

單塔：母液循環(huán)量700～860m3／h；再生空氣量：1100～2000m3／h；母液溫度：33～35℃；反應段液位：4.0～6.0m；PDS含量：30～50mg／L；碳酸鈉含量：7～9g／L；懸浮硫：＜1g／L；副鹽（Na2S2O3+NaSCN）：＜200g／L.脫硫系統(tǒng)生產(chǎn)情況見表1.其中，出口H2S含量＜20mg／L為合格。

3 工藝特征及討論

3.1 液氣比

該脫硫綜合塔最大的問題就是再生空氣量不足，通過在再生段底部增加篩選空氣，加大母液接觸的空氣量，使母液循環(huán)量（約800m3／h）∶空氣量（再生空氣量約1700m3／h+篩選空氣量約700m3／h）=1∶3的理想比例。增加液氣比，可使傳質(zhì)面迅速更新，降低溶液中H2S的分壓，增加氣相與液相間H2S的分壓差，進而增加了吸收H2S的推動力，提高了H2S的吸收率。

圖1 系統(tǒng)工藝圖

表1 脫硫系統(tǒng)生產(chǎn)情況表

3.2 脫硫液的組成

該系統(tǒng)母液中的副鹽主要是Na2S2O3+NaSCN.若母液與空氣接觸面積小或接觸時間短時，易產(chǎn)生大量的S2O2-3，進一步造成母液中副鹽的濃度增高。這樣長期運行后，脫硫效率受到很大的影響。一般控制副鹽含量＜200g／L.

3.3 脫硫液中Na2CO3的含量

該系統(tǒng)采用純堿Na2CO3作為堿源，Na2CO3的濃度直接關系到脫硫的效果。但因CO2-3易與HCO-3相互轉化，故NaHCO3的濃度也很重要，通常通過總堿度和PH 值反應出堿源是否足量。通常控制Na2CO3：7～9g／L：總堿度：0.4～0.5N；PH：8.5～9.1.

3.4 煤氣溫度與脫硫液溫度

該系統(tǒng)為后脫硫，煤氣經(jīng)洗苯塔后進入該系統(tǒng)，入塔煤氣溫度越高，攜帶的洗油霧越高，會增加除油器的負擔，并影響再生段硫泡沫的產(chǎn)生，故入塔煤氣溫度越低越好。為保證煤氣中的苯最大程度地被貧油吸收，一般入塔煤氣溫度控制在26～30℃.相反，脫硫液溫度越高越有利于Na2CO3的溶解，但過高的脫硫液溫度會使PDS失去活性，一般脫硫液溫度略高于煤氣溫度，防止煤氣中帶脫硫液水蒸氣，故控制脫硫液溫度35～38℃，此溫度的Na2CO3溶解性較好，PDS的活性最好。

3.5 PDS的濃度與作用

PDS的濃度對脫硫效果有著至關重要的作用。提高PDS的濃度，能使脫硫液中大量的NaHS及時轉化為S↓和NaOH，使煤氣中H2S的平衡分壓降低，使脫硫液的傳質(zhì)推動力和容硫量得到提高，確保了較高的脫硫脫氰效率。

PDS是以鈷為變價金屬的催化劑，其主要優(yōu)點是氧化NaHS速度快，缺點是鈷離子的還原速度相對緩慢。但對苯二酚則與PDS相反，其再生還原速度快，可以再生PDS，氧化NaHS速度慢，對苯二酚還具有表面活性劑作用。PDS+對苯二酚的復合催化劑，不僅使硫泡沫大量生產(chǎn)，有利于1#塔的凈化再生，還提高了硫磺的產(chǎn)量和質(zhì)量。

3.6 除油器的作用

因洗脫苯工藝后的煤氣攜帶大量的洗油霧，直接進入脫硫綜合塔再生段的母液后，會減小母液表面張力，進而消減硫泡沫，致使脫硫液中毒無法自我凈化，故在進脫硫綜合塔前增加一臺除油器，除去煤氣中的油霧、萘和顆粒雜質(zhì)。除油器采用上部波紋篩板填料，下部活性炭填料的結構，除油效果良好。另外，當硫泡沫大量減少時，配合對苯二酚的加入，強制及時產(chǎn)生硫泡沫并將泡沫外溢，可以有效防止脫硫液進一步中毒。

3.7 雙塔串聯(lián)，單塔單系統(tǒng)運行

雙塔串聯(lián)，保證了2#塔后煤氣中H2S含量達到20mg／L以下，因1#塔接觸的煤氣雜質(zhì)較多，為防止脫硫液在同一母液槽相互“污染”，故1#塔使用1#母液槽的脫硫液，2#塔使用2#母液槽的脫硫液。

3.8 系統(tǒng)的排液量和補液量

因該系統(tǒng)要求副鹽含量（Na2S2O3+NaSCN）＜200g／L，故副鹽達到200g／L以上時，排離心機的清液18t／d，并補加相應的軟水，直至副鹽含量達到100 g／L左右最佳；每周對綜合塔反應段、再生段和母液槽底部進行排污，排出的廢液輸送至煤場配煤煉焦，形成閉路循環(huán)，防止環(huán)境污染。

3.9 其他

該系統(tǒng)采用離心機后的硫膏配合熔硫釜的清液攪拌再進熔硫釜熔硫的閉合體系。一方面離心機的清液直接回母液槽，離心機的清液溫度不高，可以有效地減少副鹽的大量產(chǎn)生；另一方面，熔硫釜的清液不用回母液槽，不用增加脫硫循環(huán)液的凈化負擔，而是與硫膏混合攪拌循環(huán)利用。

4 結 論

1）煤氣、母液溫度是脫硫吸收H2S的關鍵。

2）硫泡沫是脫硫持續(xù)穩(wěn)定運行的標志。

3）離心機的清液關系到懸浮硫的大小和H2S的吸收率。

4）液氣比直接關系到再生的好壞，是控制成本的主要步驟。

5）符合催化劑的含量穩(wěn)定與否和塔后H2S有直接關系。

［1］ 管福征，陳 夏，朱建梅.以氨為堿源的焦爐煤氣脫硫工藝［J］.燃料與化工，2014，45（6）：44-46.

［2］ 高建業(yè)，王瑞忠，王玉萍.焦爐煤氣凈化操作技術［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009：6-7.

［3］ 肖瑞華，楊貴寶，李建鎖.煤氣凈化工藝與技術［M］.山西：山西省焦化行業(yè)協(xié)會，2010：48-53.