氧化再生槽中硫泡沫浮選異常成因與應(yīng)對策略分析

氧化再生槽中硫泡沫浮選異常成因與應(yīng)對策略分析前言噴射氧化再生技術(shù)是上世紀(jì)70年代由廣西大學(xué)同協(xié)作單位研發(fā)的濕法脫硫再生技術(shù)。該技術(shù)以其生產(chǎn)能力高，投資費用低，操作簡便等特點而得以在煤化工、制藥、天然氣、沼氣、光氣化工等濕法脫硫系統(tǒng)逐步推廣應(yīng)用。但在應(yīng)用過程中，大多數(shù)企業(yè)都遇到過氧化再生槽浮選的硫泡沫呈虛泡、皂泡、無泡等較異常的現(xiàn)象，而且這一現(xiàn)象發(fā)生后，處理起來難度較大。不僅造成化工物料消耗上升，還嚴(yán)重地影響了化工生產(chǎn)。在濕法脫硫系統(tǒng)中，硫化氫的吸收、脫硫液及催化劑的再生和硫回收是三個不可分割的整體，任何一個環(huán)節(jié)出問題都將會影響到整個脫硫系統(tǒng)的正常運行。我們知道，氧化再生槽不僅擔(dān)負(fù)著脫硫后的富液及催化劑的氧化再生任務(wù)，還兼有硫泡沫的浮選與分離和氣提釋放溶液中部分CO2的作用。下面筆者根據(jù)多年從事化工脫硫技術(shù)服務(wù)經(jīng)驗，從氧化再生設(shè)備及其工藝操作管理方面來探討硫泡沫異常現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及處理措施，以此拋磚引玉，希望從根本上解決氧化再生槽硫泡沫浮選不正常問題。1氧化再生設(shè)備的優(yōu)化1.1關(guān)于氧化再生槽設(shè)計氧化再生槽是濕法脫硫系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備之一。在設(shè)計上首先要計算出槽的直徑、槽的有效高度、噴嘴的個數(shù)三個關(guān)鍵參數(shù)。在計算槽的直徑時，要涉及到吹風(fēng)強度和噴射器的抽吸系數(shù)；在計算再生槽的有效高度時，要涉及到溶液在再生槽內(nèi)停留時間；在計算自吸式噴射器個數(shù)時，要涉及到其每小時所噴射的溶液量；在計算溶液停留時間時，要涉及到再生槽的有效容積及溶液循環(huán)量等參數(shù)。我們知道，理論上每脫1kgH2S氧化再生所需的空氣量為1.57m3，而實際中卻是理論計算的10－15倍，因此，氧化再生槽在設(shè)計上首先要滿足其足夠的吸氣量，即吹風(fēng)強度。吹風(fēng)強度是每小時通過氧化再生槽截面積的空氣量，吹風(fēng)強度一般控制在50－80m3/m2.h。溶液在氧化再生槽停留時間一般以12－20分鐘為宜。氧化再生槽內(nèi)應(yīng)設(shè)置2－3層分布板，且孔徑一般為下層大上層小?？讖竭^小易被垢物堵塞，孔徑過大則液面翻滾地厲害。再生槽有無分布板至關(guān)重要，它會嚴(yán)重影響單質(zhì)硫的聚合和浮選。分布板的作用是由自吸空氣噴射器尾管出來的夾帶著無數(shù)氣泡的脫硫液，在槽內(nèi)便迅速形成無數(shù)的氣泡群。氣泡群在其自身浮力的作用下，向上漂浮，同時游離在溶液中的單質(zhì)硫便向氣泡周圍聚集并粘附在氣泡表面。隨著氣泡的向上漂浮，經(jīng)2－3層分布板切割后氣泡變小且越聚越多，其表面粘附的單質(zhì)硫相應(yīng)就較多。這樣就大大提高了單質(zhì)硫的浮選能力，且能保持液面穩(wěn)定。而無分布板的再生槽，在氣泡由下向上漂浮時，由于氣泡所受的壓強越來越小，它的體積就越來越大，勢必造成槽內(nèi)溶液翻騰厲害，且浮選出的氣泡極易破碎，不能形成穩(wěn)定的泡沫層，其所帶出的單質(zhì)硫應(yīng)對就較少，從而影響再生效率。1.2自吸式噴射器是氧化再生槽的心臟，其在設(shè)計和制作上都比較專業(yè)，建議找專業(yè)廠家來定制。自吸式噴射器由噴嘴、吸氣室、收縮管、混合管、擴散管及尾管組成。自吸式噴射器的作用是脫硫富液以一定壓力（0.40－0.50MPa）進入噴嘴形成高速射流，吸氣室產(chǎn)生負(fù)壓將空氣吸入混合管內(nèi)。此時空氣呈微氣泡狀擴散到液相中，氣液在此得到充分接觸，并形成高速渦流狀態(tài)，再生效率在混合管可達(dá)80%。噴射器在設(shè)計上要求溶液經(jīng)過噴嘴的流速要達(dá)到18－25m/s，混合管的長度是其管徑的20倍之多。噴射器在制作安裝上要求精度較高，要求噴嘴、混合管、擴散管及尾管中心軸線要一致，同心度偏差≤1.0mm。噴射器的噴液量由噴嘴大小而定，在進液口壓力一定的情況下，噴射器的吸氣量是由噴液量決定的，一般氣液比為4.5～5.0，太高或太低都會影響再生效率。另外，在噴射器的選型方面，一般溶液總量在300m3以下時可選噴嘴為￠24、￠26或￠28的噴射器；溶液的總量在300m3以上時，可選噴嘴為￠30或￠32的噴射器。但需特別說明的是，由于自吸式噴射器在設(shè)計制作精度及安裝要求較高，建議企業(yè)在選用自吸式噴射器時，找專業(yè)生產(chǎn)廠家來定制。1.3設(shè)置富液槽有許多廠家考慮到系統(tǒng)配置的氧化再生槽設(shè)計富裕量大而未設(shè)置富液槽，以至于開車運行后造成氧化再生系統(tǒng)惡化，出現(xiàn)總堿度不好提、副鹽高及硫泡沫浮選差等不正?，F(xiàn)象。從而造成化工物料消耗高，脫硫效率低下，嚴(yán)重地影響了化工生產(chǎn)。我們知道，富液槽的作用是讓出脫硫塔的富液有足夠的停留時間，使富液中的HS-在富液槽內(nèi)反應(yīng)更加完全。一方面使富液中HS-能進一步氧化，另一方面使富液中單原子態(tài)的活性硫聚合成穩(wěn)定的硫團，然后由再生泵加壓送至氧化再生槽，這樣單質(zhì)硫被氧化成副鹽的幾率就大大降低，有利于單質(zhì)硫顆粒的浮選。至于富液在富液槽停留時間多少為合適，一般以5-7分鐘為宜，但最終要依據(jù)工藝氣中硫化氫含量高低及實際生產(chǎn)狀況來確定。2氧化再生操作過程的優(yōu)化2.1脫硫液溫度應(yīng)控制在38-42℃之間，有利于硫泡沫的形成。我們知道，脫硫液溫度過高，HS-的氧化析硫速度就明顯增加，在單質(zhì)硫的析出結(jié)晶過程中，其晶核形成速度大于結(jié)晶成長速度，這樣再生液中就形成大量細(xì)小的硫晶體，從而影響硫顆粒的聚合、浮選。特別是在脫硫液溫度超過50℃時，脫硫液粘度和表面張力下降，此時空氣在再生槽內(nèi)就難以形成氣泡，硫顆粒就不能粘附在其表面，而且形成的氣泡擴散到界面也易碎，這樣硫顆粒就不能被及時浮選出來，造成脫硫液中懸浮硫升高。相反脫硫液溫度過低，則再生槽浮選出的硫泡沫層變薄，呈棉絮狀漂浮在槽面，也不利于單質(zhì)硫的氧化再生。2.2再生的空氣量即吹風(fēng)強度經(jīng)摸索后宜保持相對穩(wěn)定，不宜做過多的調(diào)節(jié)，反之則會影響硫泡沫的浮選。氧化再生槽吹風(fēng)強度對硫泡沫的浮選及分離影響極大。吹風(fēng)強度過大則會因溶液湍動翻滾地厲害使形成的硫泡沫相互撞擊而破碎，造成單質(zhì)硫的二次浮選，使再生效率下降。但吹風(fēng)強度過低，再生槽溶液中大氣泡較少，這些少量的大氣泡穿過分布板而被切割成小氣泡的數(shù)量也相對減少，再生液中硫顆粒粘附在氣泡表面的機會就大大減少，導(dǎo)致槽面硫泡沫量稀少，不能形成良好的泡沫層。2.3氧化再生槽浮選出的硫泡沫盡量保持連續(xù)溢流，溢流量要大小適中。當(dāng)硫泡沫在液面上停留時間過長，硫泡沫破碎后，其表面粘附的硫顆粒下沉反混造成二次浮選，使氧化再生槽負(fù)荷加重，從而影響脫硫液的再生效果，造成貧液懸浮硫上升。反則溢流量過大，硫泡沫在液面上停留時間過短而使單質(zhì)硫來不及粘附在氣泡表面，亦會導(dǎo)致槽面硫泡沫稀少。2.4硫回收的熔硫殘液須經(jīng)處理后再返回系統(tǒng)，以減輕對脫硫液組分的干擾，防止硫泡沫浮選異常。我們知道，熔硫殘液處理不當(dāng)，不僅對再生系統(tǒng)干擾極大，使溶液發(fā)泡，產(chǎn)生虛泡過多，不易分離，還影響再生效率，導(dǎo)致化工物料消耗上升。所以熔硫殘液在返回系統(tǒng)前，需經(jīng)多級沉降冷卻池降溫至≤45℃，使熔硫殘液中的大量副鹽析出結(jié)晶在沉降冷卻池，然后清液才可返回系統(tǒng)循環(huán)使用。但多級沉降冷卻池不僅占地面積大，最重要的是影響環(huán)保。對此，筆者建議上一臺硫泡沫專用過濾機（使硫泡沫中約70%的脫硫液在進入溶硫釜前被完全過濾出來而直接返回系統(tǒng)使用）以解決根本問題較為妥當(dāng)。3氧化再生槽硫泡沫異?，F(xiàn)象的成因分析3.1對于栲膠法脫硫，一是脫硫液中膠釩比的控制不當(dāng)造成脫硫液組份失調(diào)。栲膠的過量使脫硫液的粘度增大，而五氧化二釩的過量則析硫快，單質(zhì)硫生成的顆粒小，不易從液相中分離，導(dǎo)致氧化再生槽硫泡沫浮選困難。二是采購的熟栲膠夾生或生栲膠的熟化過程不完全，則氧化再生槽多生成大量的虛泡。3.2由于煤氣的預(yù)處理不當(dāng)，煤氣中焦油、粉塵及其它雜質(zhì)等易發(fā)泡物質(zhì)隨煤氣帶入脫硫液中，易導(dǎo)致氧化再生槽無硫泡沫或產(chǎn)生大量虛泡。3.3在往系統(tǒng)補加純堿液時，一次性大量的補加堿液極易使氧化再生槽產(chǎn)生大量的虛泡。要采取定時、定量補加，杜絕一次性補加，以減少或避免虛泡的形成。3.4當(dāng)脫硫液溫度升高大于50℃時，其粘度和表面張力下降，此時空氣在再生槽內(nèi)就很難形成氣泡。但脫硫液溫度過低（小于35℃），則脫硫液粘度大，氧化再生槽形成泡沫呈棉絮狀漂浮在槽面不宜分離。3.5變脫氧化再生槽產(chǎn)生皂泡、無泡的幾率大于半脫，這主要是變換氣體成分和脫硫液組分的特殊性決定的。我們知道，變換氣中CO2含量較高在28%左右，其脫硫液中NaHCO3的含量要比半脫溶液中NaHCO3高的多。在實際生產(chǎn)中，由于變脫溶液中高濃度的NaHCO3存在以及變脫液中NaHCO3/Na2CO3的比值嚴(yán)重失調(diào)，再加上變脫的壓力等級也大大高于半脫，致使變脫溶液的粘度和表面張力遠(yuǎn)比半脫液大的多，這樣就極易造成變脫氧化再生產(chǎn)生皂泡、無泡等不正?，F(xiàn)象。3.6熔硫殘液未經(jīng)處理而直接返回系統(tǒng)，特別是殘液返回系統(tǒng)的溫度過高時，不僅會導(dǎo)致氧化再生槽兩三個小時無泡沫，還使脫硫系統(tǒng)副鹽增加。4硫泡沫異?，F(xiàn)象的處理4.1在脫硫再生設(shè)備設(shè)計安裝過程中，盡可能實現(xiàn)裝備的合理化、科學(xué)化，消除影響氧化再生的客觀因素。4.2在氧化再生的操作過程中，再生槽液位不宜控制過高（一般液面距離溢流堰5-10cm），以使硫泡沫在溢流時少帶溶液，其目的是增加氣泡在溶液中的停留時間，讓氣泡有機會黏附更多的硫顆粒，使槽面硫泡沫層穩(wěn)定。4.3在工藝管理過程中，脫硫循環(huán)水最好同造氣循環(huán)水分開，使脫硫循環(huán)水單獨自成體系。避免一些易發(fā)泡的物質(zhì)進入脫硫系統(tǒng)，如粉塵、水質(zhì)穩(wěn)定劑、除垢劑等。一旦被帶入系統(tǒng)，將會導(dǎo)致氧化再生槽長時間無泡沫或虛泡多，導(dǎo)致再生系統(tǒng)惡化。4.4定期檢查噴射器自吸空氣量的大小及反噴情況，及時清理噴嘴及喉管內(nèi)的堵塞物，保證自吸式噴射器的最佳的吸氧量，使氧化再生槽吹風(fēng)強度保持穩(wěn)定。4.5對于氧化再生槽出現(xiàn)大量虛泡的處理，廣西柳化集團所采取的處理方法值得同行業(yè)借鑒。柳化集團原整個脫硫系統(tǒng)的熔硫殘液由于都回到新上的預(yù)脫系統(tǒng)的氧化再生槽，造成預(yù)脫