煤氣脫硫中脫硫液的處理

吳金鶯

（山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

當(dāng)前，在焦化企業(yè)的生產(chǎn)中，為提升煤氣質(zhì)量，煤氣脫硫已成為焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)工藝中不可或缺的一個(gè)步驟，在該過(guò)程中通常應(yīng)用濕法脫硫工藝，即應(yīng)用堿性吸收液吸收焦?fàn)t煤氣中的含硫組分。但在該過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生硫氰酸鹽與硫代硫酸鹽等副產(chǎn)物，隨著吸收液的循環(huán)使用，副產(chǎn)物的濃度也相應(yīng)增大，進(jìn)而影響脫硫效果，這就必須對(duì)部分脫硫液進(jìn)行更換。而更換下的脫硫液如何進(jìn)行處理則是需要著重討論的一項(xiàng)內(nèi)容[1]。

1 脫硫液處理工藝流程及原理

某焦化企業(yè)以往采用加入調(diào)整劑的提鹽工藝對(duì)煤氣脫硫中產(chǎn)生的廢棄脫硫液進(jìn)行處理，其主要工藝是，通過(guò)加入強(qiáng)氧化劑，將硫代硫酸銨轉(zhuǎn)換為硫酸銨，而后應(yīng)用分布結(jié)晶法，將硫酸銨與脫硫液中原有的硫氰酸銨進(jìn)行提取。在該工藝的運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)品生產(chǎn)效率和純度偏低的問(wèn)題長(zhǎng)期存在，同時(shí)設(shè)備的腐蝕情況也較為突出。為有效解決此類問(wèn)題，決定對(duì)脫硫液處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的工藝流程圖如圖1 所示。

基于該工藝流程，脫硫液處理主要分為以下步驟：應(yīng)用活性炭進(jìn)行脫色處理，以確保結(jié)晶后得到無(wú)色產(chǎn)品；采用負(fù)壓蒸餾濃縮技術(shù)，將蒸餾釜溫度控制在60～90 ℃，使廢液中的氨能夠有效蒸出，同時(shí)對(duì)溶液中的鹽分進(jìn)行分離；在硫氰酸銨純度達(dá)標(biāo)的前提下，控制壓濾溫度為70～75 ℃，確保硫氰酸銨的大量析出；進(jìn)行降溫結(jié)晶和一次離心；使用硫氰酸銨飽和溶液對(duì)粗產(chǎn)品進(jìn)行加熱再溶解，并重復(fù)進(jìn)行熱過(guò)濾和降溫結(jié)晶操作；進(jìn)行二次離心和干燥，以得到質(zhì)量較優(yōu)的產(chǎn)品[2-4]。

2 主要工藝參數(shù)優(yōu)化

在脫硫液提鹽工藝整體優(yōu)化后，為進(jìn)一步提升提鹽產(chǎn)品的綜合質(zhì)量，本次研究中，分別從以下幾個(gè)方面著手，對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 對(duì)脫色操作進(jìn)行優(yōu)化

在本次優(yōu)化后的脫色環(huán)節(jié)中，將以往的脫色柱變更為不銹鋼脫色釜，并增設(shè)壓濾機(jī)用于活性炭的壓濾，基于該過(guò)程，脫硫液將在脫色釜中與活性炭混合以實(shí)現(xiàn)脫色，并通過(guò)壓濾機(jī)進(jìn)行分離[5]。同時(shí)在該步驟中，活性炭的添加量是決定脫色效果的關(guān)鍵因素，過(guò)低則不利于無(wú)色晶體制備，而過(guò)高又容易造成資源浪費(fèi)，就此，設(shè)置五個(gè)不同梯度的添加量，檢查其脫色效果，具體如圖2 所示。

圖2 不同活性炭加入量的脫色效果對(duì)比

圖中的五種顏色從左到右分別對(duì)應(yīng)活性炭添加量為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%和3.5%時(shí)的脫色后脫硫液顏色。據(jù)此可見(jiàn)，當(dāng)活性炭加入量不高于2%時(shí)，溶液顏色相對(duì)較為突出，均為綠色，表明此時(shí)的脫色效果不良，不利于后續(xù)得到無(wú)色晶體，而添加量在3%以上時(shí)，脫色效果則沒(méi)有明顯變化，因此確定將活性炭添加量控制在3.0%，此時(shí)可得到淺黃色的脫色液。

2.2 對(duì)濃縮操作的影響進(jìn)行分析

對(duì)濃縮操作的影響進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表1所示。

表1 不同濃縮終點(diǎn)溫度下的實(shí)驗(yàn)效果

根據(jù)表1 中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，濃縮終點(diǎn)溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果受到較為明顯的影響，當(dāng)濃縮終點(diǎn)溫度偏低時(shí)，硫氰酸銨的結(jié)晶點(diǎn)過(guò)低，導(dǎo)致濃縮液中的硫氰酸銨無(wú)法達(dá)到過(guò)飽和，從而影響產(chǎn)量；而當(dāng)濃縮終點(diǎn)溫度過(guò)高時(shí)，隨著濃縮液鹽分的大量析出，濃縮液的黏稠度進(jìn)一步增加，且部分硫代硫酸銨將被氧化為硫磺，進(jìn)而引起較高的管道堵塞風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)則較為不利。據(jù)此進(jìn)行綜合判斷后，確定濃縮終點(diǎn)溫度調(diào)節(jié)在80～90 ℃，此時(shí)最適合對(duì)濃縮液進(jìn)行壓濾，同時(shí)在該溫度范圍下，溶液中的硫氰酸銨也已達(dá)到飽和點(diǎn)，由此可獲得相對(duì)更高的產(chǎn)量。

2.3 對(duì)壓濾操作的溫度參數(shù)影響因素進(jìn)行分析

以研究不同壓濾溫度下的硫氰酸銨產(chǎn)品的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同壓濾溫度下的硫氰酸銨結(jié)晶點(diǎn)與純度

同時(shí)根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)觀察獲知，當(dāng)壓濾溫度在70 ℃以上后，硫氰酸銨的產(chǎn)量處于較高水平，低于此溫度則產(chǎn)量較低。據(jù)此綜合分析可知，過(guò)高的壓濾溫度會(huì)導(dǎo)致濃縮液中硫酸銨和硫代硫酸銨無(wú)法完全析出，造成硫氰酸銨的純度受到影響，此時(shí)雖然硫氰酸銨產(chǎn)量較高，但純度相對(duì)較低，且降溫結(jié)晶時(shí)晶比過(guò)高，在實(shí)際生產(chǎn)中的可行性相對(duì)偏低。而壓濾溫度較低時(shí)，硫氰酸銨產(chǎn)品的產(chǎn)量也處于相對(duì)較低的水平，但濃縮液中硫酸銨和硫代硫酸銨能夠完全分離，使得硫氰酸銨的純度相應(yīng)提高。綜合上述分析，為兼顧純度和產(chǎn)量，將壓濾環(huán)節(jié)的溫度控制在70～75 ℃。

2.4 對(duì)硫氰酸銨一次降溫結(jié)晶過(guò)程的循環(huán)水流量因素帶來(lái)的影響進(jìn)行研究

在該步驟中，控制其他參數(shù)保持不變，調(diào)整不同的循環(huán)水流量觀察降溫效果，結(jié)果如表2 所示。

表2 不同循環(huán)水流量下的降溫效果

根據(jù)表2 中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可見(jiàn)，為確保盤(pán)管表面基本不受晶體覆蓋影響，并確保降溫速度符合實(shí)際生產(chǎn)需要，將冷卻水流量控制在12～18 m3/h 相對(duì)較為合理。

2.5 對(duì)一次硫氰銨再溶解過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化

在確定以上方面的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后，研究人員進(jìn)一步對(duì)一次硫氰酸銨再溶解過(guò)程予以優(yōu)化，在優(yōu)化后的流程當(dāng)中，壓濾液體在一次結(jié)晶槽內(nèi)降溫處理，處理完成后再對(duì)其進(jìn)行離心分離，以得到硫氰酸銨。此時(shí)分離出的硫氰酸銨的純度可超過(guò)90%，而后將其在溶解釜內(nèi)再次溶解和離心操作，以上步驟完成后母液即返回濃縮釜內(nèi)再次濃縮處理，直至溶解釜內(nèi)的硫氰酸銨成為飽和溶液后，再將其輸送至二次結(jié)晶釜中。在這一環(huán)節(jié)中，為確保硫氰酸銨可得到快速溶解，在溶解過(guò)程中，將溶解釜內(nèi)溫度提升至85 ℃左右，確保在最大程度溶解硫氰酸銨的同時(shí)，避免硫代硫酸銨被氧化為硫磺而影響硫氰酸銨的純度。

在此基礎(chǔ)上，在二次結(jié)晶槽中，使用8 ℃的低溫冷凍水，將飽和溶液迅速冷卻至25 ℃以下，使硫氰酸銨達(dá)到過(guò)飽和度后析出，以此得到純度較高的硫氰酸銨晶體。結(jié)晶環(huán)節(jié)結(jié)束后，剩余的母液仍含有一定量的硫氰酸銨晶體，因此為提升產(chǎn)率，將其再次送入離心機(jī)中進(jìn)行固液分離，得到的硫氰酸銨產(chǎn)品純度大于98%，而后將離心分離后得到的母液再次打回至溶解釜中以實(shí)現(xiàn)重新溶鹽。

2.6 對(duì)干燥過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制

考慮到初步處理完成后的產(chǎn)品中水分含量相對(duì)較多，需要盡快干燥，因此對(duì)干燥工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，以引風(fēng)筒作為干燥設(shè)備進(jìn)行熱風(fēng)干燥，其工藝流程如圖4 所示。基于該流程，干燥過(guò)程工藝通過(guò)以下幾個(gè)方面予以控制：將二次離心環(huán)節(jié)結(jié)束后產(chǎn)生的硫氰酸銨產(chǎn)品放置于料斗中，由螺旋給料機(jī)將其輸送至引風(fēng)筒內(nèi)，引風(fēng)筒內(nèi)通入100 ℃熱風(fēng)，推動(dòng)硫氰酸銨成品在引風(fēng)筒內(nèi)不斷向上運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)多余水分的脫除。干燥完成后，將熱風(fēng)與硫氰酸銨晶體的混合物引入旋風(fēng)分離器中，實(shí)現(xiàn)固相與氣相之間的分離，其中固相（即干燥后的硫氰酸銨產(chǎn)品）將在自身重力作用下沉降至旋風(fēng)分離器底部，直接包裝即可。在固相與氣相分離后，氣相將進(jìn)入噴淋塔進(jìn)行處理，處理完成后直接排入空氣中。

圖4 干燥工藝流程圖

3 實(shí)際應(yīng)用效果測(cè)試

在本次脫硫液提鹽工藝優(yōu)化完成后，將優(yōu)化后的工藝投入實(shí)際使用60 d，并與同一時(shí)間跨度內(nèi)的傳統(tǒng)工藝進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比分析結(jié)果如表3 所示。

表3 兩種提鹽工藝的主要運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

根據(jù)上表中的對(duì)比結(jié)果可知，在應(yīng)用優(yōu)化后的工藝基礎(chǔ)上，相較于原工藝，各項(xiàng)指標(biāo)均呈現(xiàn)顯著進(jìn)步，這表明本次脫硫液提鹽工藝的優(yōu)化取得了一定的效果，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

在本次研究工作中，針對(duì)當(dāng)前煤氣脫硫環(huán)節(jié)中脫硫液的處理工作，以某焦化企業(yè)為研究對(duì)象，對(duì)其既有的脫硫液處理工藝進(jìn)行全方位優(yōu)化，并對(duì)相關(guān)工藝參數(shù)做進(jìn)一步的優(yōu)化和確認(rèn)，最終打造優(yōu)化后的煤氣脫硫液提鹽工藝模式。通過(guò)對(duì)該工藝模式進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用測(cè)試后得知，本次工藝在能耗、成本和產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)上均取得了一定的優(yōu)勢(shì)，證明本次研究取得了初步的成功。