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浅析氧化再生槽硫泡沫浮选异常的成因及处理措施

前言


喷射氧化再生技术是上世纪70年代由广西大学同协作单位研发的湿法脱硫再生技术。该技术以其生产能力高,投资费用低,操作简便等特点而得以在煤化工、制药、天然气、沼气、光气化工等湿法脱硫系统逐步推广应用。但在应用过程中,大多数企业都遇到过氧化再生槽浮选的硫泡沫呈虚泡、皂泡、无泡等较异常的现象,而且这一现象发生后,处理起来难度较大。不仅造成化工物料消耗上升,还严重地影响了化工生产。在湿法脱硫系统中,硫化氢的吸收、脱硫液及催化剂的再生和硫回收是三个不可分割的整体,任何一个环节出问题都将会影响到整个脱硫系统的正常运行。我们知道,氧化再生槽不仅担负着脱硫后的富液及催化剂的氧化再生任务,还兼有硫泡沫的浮选与分离和气提释放溶液中部分CO2的作用。下面笔者根据多年从事化工脱硫技术服务经验,从氧化再生设备及其工艺操作管理方面来探讨硫泡沫异常现象的产生原因及处理措施,以此抛砖引玉,希望从根本上解决氧化再生槽硫泡沫浮选不正常问题。


1  氧化再生设备的优化


1.1  关于氧化再生槽设计


氧化再生槽是湿法脱硫系统关键设备之一。在设计上首先要计算出槽的直径、槽的有效高度、喷嘴的个数三个关键参数。在计算槽的直径时,要涉及到吹风强度和喷射器的抽吸系数;在计算再生槽的有效高度时,要涉及到溶液在再生槽内停留时间;在计算自吸式喷射器个数时,要涉及到其每小时所喷射的溶液量;在计算溶液停留时间时,要涉及到再生槽的有效容积及溶液循环量等参数。我们知道,理论上每脱1kg H2S氧化再生所需的空气量为1.57m3,而实际中却是理论计算的10-15倍,因此,氧化再生槽在设计上首先要满足其足够的吸气量,即吹风强度。吹风强度是每小时通过氧化再生槽截面积的空气量,吹风强度一般控制在50-80m3/m2.h。溶液在氧化再生槽停留时间一般以12-20分钟为宜。氧化再生槽内应设置2-3层分布板,且孔径一般为下层大上层小。孔径过小易被垢物堵塞,孔径过大则液面翻滚地厉害。再生槽有无分布板至关重要,它会严重影响单质硫的聚合和浮选。分布板的作用是由自吸空气喷射器尾管出来的夹带着无数气泡的脱硫液,在槽内便迅速形成无数的气泡群。气泡群在其自身浮力的作用下,向上漂浮,同时游离在溶液中的单质硫便向气泡周围聚集并粘附在气泡表面。随着气泡的向上漂浮,经2-3层分布板切割后气泡变小且越聚越多,其表面粘附的单质硫相应就较多。这样就大大提高了单质硫的浮选能力,且能保持液面稳定。而无分布板的再生槽,在气泡由下向上漂浮时,由于气泡所受的压强越来越小,它的体积就越来越大,势必造成槽内溶液翻腾厉害,且浮选出的气泡极易破碎,不能形成稳定的泡沫层,其所带出的单质硫应对就较少,从而影响再生效率。


1.2  自吸式喷射器是氧化再生槽的心脏,其在设计和制作上都比较专业,建议找专业厂家来定制。


自吸式喷射器由喷嘴、吸气室、收缩管、混合管、扩散管及尾管组成。自吸式喷射器的作用是脱硫富液以一定压力(0.40-0.50 MPa)进入喷嘴形成高速射流,吸气室产生负压将空气吸入混合管内。此时空气呈微气泡状扩散到液相中,气液在此得到充分接触,并形成高速涡流状态,再生效率在混合管可达80%。喷射器在设计上要求溶液经过喷嘴的流速要达到18-25m/s,混合管的长度是其管径的20倍之多。喷射器在制作安装上要求精度较高,要求喷嘴、混合管、扩散管及尾管中心轴线要一致,同心度偏差≤1.0 mm。喷射器的喷液量由喷嘴大小而定,在进液口压力一定的情况下,喷射器的吸气量是由喷液量决定的,一般气液比为4.5~5.0,太高或太低都会影响再生效率。另外,在喷射器的选型方面,一般溶液总量在300m3以下时可选喷嘴为¢24、¢26或¢28的喷射器;溶液的总量在300m3以上时,可选喷嘴为¢30或¢32的喷射器。但需特别说明的是,由于自吸式喷射器在设计制作精度及安装要求较高,建议企业在选用自吸式喷射器时,找专业生产厂家来定制。


1.3  设置富液槽


有许多厂家考虑到系统配置的氧化再生槽设计富裕量大而未设置富液槽,以至于开车运行后造成氧化再生系统恶化,出现总碱度不好提、副盐高及硫泡沫浮选差等不正常现象。从而造成化工物料消耗高,脱硫效率低下,严重地影响了化工生产。我们知道,富液槽的作用是让出脱硫塔的富液有足够的停留时间,使富液中的HS-在富液槽内反应更加完全。一方面使富液中HS-能进一步氧化,另一方面使富液中单原子态的活性硫聚合成稳定的硫团,然后由再生泵加压送至氧化再生槽,这样单质硫被氧化成副盐的几率就大大降低,有利于单质硫颗粒的浮选。至于富液在富液槽停留时间多少为合适,一般以5-7分钟为宜,但最终要依据工艺气中硫化氢含量高低及实际生产状况来确定。


2  氧化再生操作过程的优化


2.1  脱硫液温度应控制在38-42℃之间,有利于硫泡沫的形成。


我们知道,脱硫液温度过高,HS-的氧化析硫速度就明显增加,在单质硫的析出结晶过程中,其晶核形成速度大于结晶成长速度,这样再生液中就形成大量细小的硫晶体,从而影响硫颗粒的聚合、浮选。特别是在脱硫液温度超过50℃时,脱硫液粘度和表面张力下降,此时空气在再生槽内就难以形成气泡,硫颗粒就不能粘附在其表面,而且形成的气泡扩散到界面也易碎,这样硫颗粒就不能被及时浮选出来,造成脱硫液中悬浮硫升高。相反脱硫液温度过低,则再生槽浮选出的硫泡沫层变薄,呈棉絮状漂浮在槽面,也不利于单质硫的氧化再生。


2.2  再生的空气量即吹风强度经摸索后宜保持相对稳定,不宜做过多的调节,反之则会影响硫泡沫的浮选。


氧化再生槽吹风强度对硫泡沫的浮选及分离影响极大。吹风强度过大则会因溶液湍动翻滚地厉害使形成的硫泡沫相互撞击而破碎,造成单质硫的二次浮选,使再生效率下降。但吹风强度过低,再生槽溶液中大气泡较少,这些少量的大气泡穿过分布板而被切割成小气泡的数量也相对减少,再生液中硫颗粒粘附在气泡表面的机会就大大减少,导致槽面硫泡沫量稀少,不能形成良好的泡沫层。


2.3  氧化再生槽浮选出的硫泡沫尽量保持连续溢流,溢流量要大小适中。


当硫泡沫在液面上停留时间过长,硫泡沫破碎后,其表面粘附的硫颗粒下沉反混造成二次浮选,使氧化再生槽负荷加重,从而影响脱硫液的再生效果,造成贫液悬浮硫上升。反则溢流量过大,硫泡沫在液面上停留时间过短而使单质硫来不及粘附在气泡表面,亦会导致槽面硫泡沫稀少。


2.4  硫回收的熔硫残液须经处理后再返回系统,以减轻对脱硫液组分的干扰,防止硫泡沫浮选异常。


我们知道,熔硫残液处理不当,不仅对再生系统干扰极大,使溶液发泡,产生虚泡过多,不易分离,还影响再生效率,导致化工物料消耗上升。所以熔硫残液在返回系统前,需经多级沉降冷却池降温至≤45℃,使熔硫残液中的大量副盐析出结晶在沉降冷却池,然后清液才可返回系统循环使用。但多级沉降冷却池不仅占地面积大,最重要的是影响环保。对此,笔者建议上一台硫泡沫专用过滤机(使硫泡沫中约70%的脱硫液在进入溶硫釜前被完全过滤出来而直接返回系统使用)以解决根本问题较为妥当。


3  氧化再生槽硫泡沫异常现象的成因分析


3.1  对于栲胶法脱硫,一是脱硫液中胶钒比的控制不当造成脱硫液组份失调。栲胶的过量使脱硫液的粘度增大,而五氧化二钒的过量则析硫快,单质硫生成的颗粒小,不易从液相中分离,导致氧化再生槽硫泡沫浮选困难。二是采购的熟栲胶夹生或生栲胶的熟化过程不完全,则氧化再生槽多生成大量的虚泡。


3.2  由于煤气的预处理不当,煤气中焦油、粉尘及其它杂质等易发泡物质随煤气带入脱硫液中,易导致氧化再生槽无硫泡沫或产生大量虚泡。


3.3  在往系统补加纯碱液时,一次性大量的补加碱液极易使氧化再生槽产生大量的虚泡。要采取定时、定量补加,杜绝一次性补加,以减少或避免虚泡的形成。


3.4  当脱硫液温度升高大于50℃时,其粘度和表面张力下降,此时空气在再生槽内就很难形成气泡。但脱硫液温度过低(小于35℃),则脱硫液粘度大,氧化再生槽形成泡沫呈棉絮状漂浮在槽面不宜分离。


3.5  变脱氧化再生槽产生皂泡、无泡的几率大于半脱,这主要是变换气体成分和脱硫液组分的特殊性决定的。我们知道,变换气中CO2含量较高在28%左右,其脱硫液中NaHCO3的含量要比半脱溶液中NaHCO3高的多。在实际生产中,由于变脱溶液中高浓度的NaHCO3存在以及变脱液中NaHCO3/ Na2CO3的比值严重失调,再加上变脱的压力等级也大大高于半脱,致使变脱溶液的粘度和表面张力远比半脱液大的多,这样就极易造成变脱氧化再生产生皂泡、无泡等不正常现象。


3.6  熔硫残液未经处理而直接返回系统,特别是残液返回系统的温度过高时,不仅会导致氧化再生槽两三个小时无泡沫,还使脱硫系统副盐增加。


4  硫泡沫异常现象的处理


4.1  在脱硫再生设备设计安装过程中,尽可能实现装备的合理化、科学化,消除影响氧化再生的客观因素。


4.2  在氧化再生的操作过程中,再生槽液位不宜控制过高(一般液面距离溢流堰5-10cm),以使硫泡沫在溢流时少带溶液,其目的是增加气泡在溶液中的停留时间,让气泡有机会黏附更多的硫颗粒,使槽面硫泡沫层稳定。


4.3  在工艺管理过程中,脱硫循环水最好同造气循环水分开,使脱硫循环水单独自成体系。避免一些易发泡的物质进入脱硫系统,如粉尘、水质稳定剂、除垢剂等。一旦被带入系统,将会导致氧化再生槽长时间无泡沫或虚泡多,导致再生系统恶化。


4.4  定期检查喷射器自吸空气量的大小及反喷情况,及时清理喷嘴及喉管内的堵塞物,保证自吸式喷射器的最佳的吸氧量,使氧化再生槽吹风强度保持稳定。


4.5  对于氧化再生槽出现大量虚泡的处理,广西柳化集团所采取的处理方法值得同行业借鉴。柳化集团原整个脱硫系统的熔硫残液由于都回到新上的预脱系统的氧化再生槽,造成预脱氧化再生槽长时间出现了大量的虚泡,致使溶液循环量无法加大而严重影响了预脱系统的脱硫效率,虽经采取多方调试仍未果。最后采取将沉降冷却后的熔硫残液经专设的再生槽重新氧化再生,然后再返回预脱氧化再生槽的办法而彻底解决了产生大量的虚泡根本原因,从而使预脱系统得以步入良性循环。


5  结语


综上所述,氧化再生槽产生硫泡沫异常是由多种因素造成的,所以我们在处理过程中,需要从设备上、工艺上等多方面查找原因,对症下药,方能解决根本问题。


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