脫硫硫泡沫異常現象的原因分析

2021年10月12日 13:52
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 濕法脫硫系統的堿溶液在脫硫塔內完成硫化氫的吸收后，其富液再生為貧液通常是在氧化再生槽內進行的。氧化再生槽不僅擔負著脫硫后的富液及催化劑的氧化再生任務，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。再生槽硫泡沫的浮選是依靠催化劑攜帶活性氧和噴射器自吸空氣將富液中的硫氫離子氧化成單質硫并使其吸附在泡沫表面，形成硫泡沫溢流至泡沫槽，富液及催化劑得以再生為貧液循環使用。我們在技術服務的過程中，曾遇到過多家再生槽或者高塔再生產生的硫泡沫出現異?，F象。表現為硫泡沫量少、無泡沫、虛泡等不正常現象。下面本人根據多年從事化脫硫技術服務經驗，從氧化再生設備及其工藝操作管理方面來探討硫泡沫浮選異常的產生原因及處理措施。


脫硫硫泡沫異?，F象的原因分析的圖1
一、

氧化再生設備的優化

氧化再生槽是濕法脫硫系統關鍵設備之一，它擔負著硫泡沫浮選的主要工作，空氣自吸式噴射器更是其心臟部件。所以氧化再生槽在設計上首先要計算出槽的直徑、槽的有效高度、噴嘴的個數三個關鍵參數。在計算槽的直徑時，要涉及到吹風強度和噴射器的抽吸系數；在計算再生槽的有效高度時，要涉及到溶液在再生槽內停留時間；在計算自吸式噴射器個數時，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量等參數。我們知道，理論上每脫1kg H2S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，氧化再生槽在設計上首先要滿足其足夠的吸氣量，即吹風強度。吹風強度是每小時通過氧化再生槽截面積的空氣量，吹風強度一般控制在50－80m3/m2.h。溶液在氧化再生槽停留時間一般以12－15分鐘為宜。氧化再生槽內應設置2－3層分布板，分布板的孔徑過小易被垢物堵塞，孔徑過大則液面翻滾地厲害。再生槽有無分布板至關重要，它會嚴重影響單質硫的聚合和浮選。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氣泡的脫硫液，在槽內便迅速形成無數的氣泡群。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，其表面粘附的單質硫相應就較多。這樣就大大提高了單質硫的浮選能力，且能保持液面穩定。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，勢必造成槽內溶液翻騰厲害，且浮選出的氣泡極易破碎，不能形成穩定的泡沫層，其所帶出的單質硫應對就較少，從而影響再生效率。
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(0.40－0.50 MPa）進入噴嘴形成高速射流，吸氣室產生負壓將空氣吸入混合管內。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，再生效率在混合管可達80%。噴射器在設計上要求溶液經過噴嘴的流速要達到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≤1.0 mm。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。但需特別說明的是，由于自吸式噴射器在設計制作精度及安裝要求較高，建議企業在選用自吸式噴射器時，找專業生產廠家來定制。
脫硫硫泡沫異?，F象的原因分析的圖2
二、

工藝操作過程的優化

2.1以氨水為堿源的脫硫液溫度應控制在38-42℃之間，有利于硫泡沫的形成。
脫硫液溫度過高，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，也不利于單質硫的氧化再生。
2.2再生的空氣量即吹風強度經摸索后宜保持相對穩定，不宜做過多的調節，反則會影響硫泡沫的浮選。
氧化再生槽吹風強度對硫泡沫的浮選及分離影響極大。吹風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，造成單質硫的二次浮選，使再生效率下降。但吹風強度過低，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溢流，同時避免硫泡沫夾帶清夜過多。
當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，使氧化再生槽負荷加重，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硫來不及粘附在氣泡表面，亦會導致槽面硫泡沫稀少。
2.4硫回收的熔硫殘液須經處理后再返回系統，以減輕對脫硫液組分的干擾，防止硫泡沫浮選異常。
熔硫殘液處理不當返回系統，易使溶液發泡，產生虛泡過多，且不易分離。熔硫殘液在返回系統前，需經多級沉降冷卻降溫至≤45℃，使熔硫殘液中的大量副鹽析出結晶在沉降冷卻池，然后清液才可返回系統循環使用。
脫硫硫泡沫異?，F象的原因分析的圖3
三、

建議選擇質量過硬的脫硫催化劑

我們知道，脫硫催化劑在很大程度上決定著脫硫效率、堿耗、溶液再生效果及副鹽生成率等一系列重要指標，故選擇一種高效催化劑就成為該工藝的核心。

脫硫硫泡沫異常現象的原因分析的圖4
四、

硫泡沫異?，F象的成因分析

4.1由于煤氣預處理不當，煤氣中焦油、粉塵及其它雜質等易發泡物質隨煤氣帶入脫硫液中，易導致氧化再生槽無硫泡沫或產生大量虛泡。
4.2對于栲膠法脫硫，一是脫硫液中膠釩比的控制不當造成脫硫液組份失調。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，單質硫生成的顆粒小，不易從液相中分離，導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。
4.3在往系統補加純堿液時，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。
4.4當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。
4.5變換氣脫硫系統的氧化再生槽產生皂泡、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的比值嚴重失調，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比半脫液大的多，這樣就極易造成變脫氧化再生產生皂泡、無泡等不正?，F象。
4.6熔硫殘液未經處理而直接返回系統，特別是殘液返回系統的溫度過高時，不僅會導致氧化再生槽兩三個小時無泡沫，還使脫硫系統副鹽增加。
脫硫硫泡沫異?，F象的原因分析的圖5
五、

硫泡沫異常現象的處理

5.1加強煤氣的預處理工作，盡可能避免煤氣中焦油、粉塵及其它雜質等易發泡物質被帶入脫硫液中。
5.2脫硫循環水最好同造氣循環水分開，使脫硫循環水單獨自成體系。避免一些易發泡的物質進入脫硫系統，如粉塵、水質穩定劑、除垢劑等。一旦被帶入系統，將會導致氧化再生槽長時間無泡沫或虛泡多，導致再生系統惡化。  
5.3在脫硫再生設備設計安裝過程中，盡可能實現裝備的合理化、科學化，消除影響氧化再生硫泡沫正常浮選的客觀因素。
5.4氧化再生槽的液位不宜控制過高（一般液面距離溢流堰5-10cm），其目的是增加氣泡在溶液中的停留時間，讓氣泡表面更有機會黏附更多的單質硫顆粒，使槽面硫泡沫層穩定。
5.5定期檢查噴射器自吸空氣量的大小狀況及槽面硫泡沫變化情況，及時發現清理噴嘴及喉管內的堵塞物，保證自吸式噴射器的最佳的吸氧量，使氧化再生槽吹風強度保持穩定。
綜上所述，氧化再生槽產生硫泡沫異常是由多種因素造成的，所以我們在處理過程中，需要從設備上、工藝上及催化劑使用等多方面查找原因，對癥下藥，方能解決根本問題。

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