栲胶法脱硫溶液系统中悬浮硫的脱除
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摘要：在合成氨生产中原料气脱硫是一重要环节，而在脱硫工序中，易发生悬浮硫超标问题。为解决此问题，先后试用了很多时间、方法，最终通过沉淀分离法彻底解决了此问题。文章将这些方法进行了阐述。
关键词：脱硫；栲胶；悬浮硫；沉淀分离法
中图分类号：TQ546.5文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0081-02
我厂为劣质煤制气，因此合成氨原料气为半水煤气。在脱除半水煤气中H2S的工序中，分为粗脱与精脱，即H2S出口含量分别在≤50mg/m3和≤10ppm。我工序为半水煤气粗脱工序，采用湿法栲胶脱硫，其主要成分是：Na2CO3、V2O5和栲胶，分别被溶制成偏矾酸钠溶液、栲胶溶液后打入系统。其主要反应机理为：
1．Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3
2．NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S
3．Na2V4O9+2Ac(OH)2+2NaOH+ H2O =4NaVO3+2Ac(OH)3
4．2Ac(OH)3+O2=2Ac(OH)2
在上述反应中，生成的硫单质悬浮或沉淀于溶液中，当超过一定浓度时会产生沉淀。同时，由于伴生的副反应所产生的副产物Na2S2O3、NaSCN、Na2SO4等在系统中累积，当达到饱和时，会从系统中析出，产生沉淀。我们习惯上将悬浮于溶液中的颗粒统称为悬浮硫，其包括主要的硫颗粒及少量副产物。虽然，栲胶溶液在再生部分时浮选出去大部分悬浮硫，但是由于操作中受温度、压力、气体成分及溶液组分调整等工艺条件的限制，仍然导致栲胶溶液系统中悬浮硫含量时有超标，并在系统中滞留下来。过多的悬浮硫在系统中滞留，严重影响了栲胶溶液中各组分的活性，使系统吸收H2S能力下降，甚至会造成出口H2S超标，为此消耗大量化工物料，造成原料气成本上涨。并且，大量的悬浮硫滞留系统中形成沉积，极难清理。我工序解决此问题先后使用了很多方法，归纳起来，主要有以下三种：
一、栲胶、PDS混用法
在最初遇到悬浮硫超标问题时，我们没有解决此问题的经验，经查找资料及综合其他厂的方法，初步形成了栲胶、PDS混用法。
具体做法是：正常生产中栲胶溶液各组分补入量不变，平均日溶量Na2CO3 250kg、V2O5 14.3kg、栲胶50 kg。但是，为保证悬浮硫不上涨，每个班次加入PDS两瓶，1000g。此方法虽基本解决了悬浮硫超标问题，但PDS高昂的价格（PDS当时我厂进价为50万元/吨）使得我工序每年物料资金多消耗60～90万元（按每年生产200～300天计），代价相当昂贵。随着产品市场价格竞争日益增强，高产低耗日渐成为各厂生产目标。因此，我工序必须找出一种既能解决悬浮硫超标、又能降低消耗的方法来，才能提高我厂产品在市场上的竞争力。
二、提高栲胶溶液组分法
为了降低原料气粗脱工序的化工物料消耗费用，我们经过计算及试验，最后形成了提高栲胶溶液组分的方法来代替栲胶、PDS混用法。此种方法相较于栲胶、PDS混用方法而言，节约了大量资金。在前种方法中我提到日常生产中补充栲胶系统中各组分的正常消耗量日均为Na2CO3 250kg、V2O5 14.3kg、栲胶50 kg。当系统中悬浮硫超标时，会大大增加各组分的补入量，平均日多补入Na2CO3 350 kg、V2O5 14.3kg、栲胶70 kg，以提高溶液中各组分含量。这样一来，基本上控制住了悬浮硫超标及此种情况下H2S出口问题。但是，该方法存在主要弊病两点：
1．消耗高，成本大。在行业间同类产品竞争日益激烈要求原料成本核算愈加精确的高产低耗的现今，加大栲胶组分去解决悬浮硫超标问题的做法明显是不理智的了。我们来计算一下：按每年生产300天、每月悬浮硫超标一次每次4天计，化工物料市价Na2CO32400元/吨、V2O5136000元/吨、栲胶12800元/吨，每年仅物料资金就多消耗约15万元。
2．硫膏在系统中的沉积问题无法彻底解决。系统停车时，各塔器沉积硫膏厚达600～800mm，部分锅型塔底可厚达1米左右，总重量可达40～50吨。且粘稠异常，极难清理，每次都需要投入大量人力、物力进行清理，使得职工疲惫不堪，现场狼藉，并且清理出的硫膏难以回收，一则浪费，再则影响环保。
三、沉淀分离法
由于沿用多年的解决悬浮硫超标问题的办法已经不适应现有生产要求，这要求我们工程技术人员必须找到环保节能、简便可行的解决方法来，且此方法绝不能影响正常生产秩序。而已知的技术改造都需要大量资金及时间才能达到，这与我们的生产现状是矛盾的。
我工序生产的主要设备为脱硫塔、再生槽/循环槽，其反应机理主要在这两塔中进行。两塔底部均有排污阀。原设计排污阀一是为了停车时导出溶液，再者是为了定期排除底部沉积物以便更换溶液。而距脱硫塔北侧5米左右的场地上有一个4m×3m×3m的沉淀池，西侧泵房内有现成泵底座及通往溶碱槽的管线。能不能在不影响生产的前提下，利用现有条件对脱硫系统工艺进行部分改造，从而使脱硫溶液系统自身具有消化系统内沉淀硫膏能力，进而达到解决问题的目的呢？
经过反复试验、研究、计算，利用悬浮硫在静态（或相对静态）条件下可沉积的特点，结合现有工艺条件，我提出沉淀法脱除栲胶溶液系统中悬浮硫方法。改造部分工艺简述如下：将系统内溶液由脱硫塔、循环槽/再生槽底部排污阀引入沉淀池，经4h～8h沉淀后，顶部清液由泵房内的水泵打回溶碱槽循环利用；底部较为粘稠部分由泥浆泵打入硫回收系统。其中，如沉淀池管线可设计成脱硫塔、循环槽/再生槽底部排污阀同时进入沉淀池的Y型线。经计算，系统中运行溶液量约为400m3。为了不影响系统的正常脱硫效果，每次从系统中排出溶液量不应超过系统溶液总量的10%，即每次排出溶液量应少于40m3，初步定为20～30m3次。这样，按每天排放一次计算，系统溶液全部沉淀一遍需要14～20天。通过实践，每月成品硫产量增加了2.5吨左右，同时杜绝了悬浮硫超标现象。
四、结语
经实际运用，通过对三种方法的化工物料消耗、人力投入、实际工作量及栲胶溶液系统的运行效果的对比，沉淀分离法大大减少了物料消耗，降低了原料气成本，并且为塔器的清理减轻了负担，综合节约资金20万元以上。同时增加了硫回收系统的成品硫产量，减少了清理塔器给环境带来的污染。并且，保证了系统长周期稳定运行，从而间接大量节约了生产投入。