焦炉煤气脱硫如何优化工艺操作条件提高硫磺产量

湿式氧化法脱硫，就是在液相将吸收(溶解)的H2S进行中和反应，生成新的化合物HS-，再通过催化剂释放出的活性氧，将其氧化为元素硫并从溶液中浮选出来，分离出系统。那么获得的元素硫越多，就越有利于脱硫溶液质量的提高、工况的稳定;越有利于脱硫效率的提高;越有利于提高碱的利用率;节能降耗。因此硫磺产量是衡量生产是否正常的重要标志，也是各厂考核的重要指标之一。

焦炉煤气中H2S含量很高，但硫磺回收率却很低，有的还达不到50%。那么生产中的硫上哪去了呢?物质不灭，只是形态的改变。硫磺没有拿出来，应该说主要有四个去处：①转化为副盐被消耗②滞留、附着、沉积在设备填料内③回收的硫没有熔炼出来④排液等随溶液流失。影响因素很多，但都不是孤立的，必定有关联，应该冷静分析，找原因，优化工艺条件，提高硫磺产量。下面对此做深入地分析、探讨。

一、维护生产正常、稳定是增产的前提

焦炉煤气脱硫，有其特殊性，主要是煤气中H2S、HCN含量高，组分复杂，其中不少元素、因素会干扰析硫和再生，甚至制约正常生产及硫磺的回收。从工艺上讲，催化氧化析硫，浮选分离，回收熔硫回收全过程的各个环节都很重要，但再生是核心，也就是说，只有析硫再生(溶液)好，才能转化产生更多的元素硫;只有浮选再生(催化剂)好，才能分离获得更多的硫。以及回收熔硫的正常运作，才能逐渐形成良性循环，稳定工艺条件。当然还需传质、温度、压力、循环量……等的协调配合。特别是碱度和催化剂，要使H2S从气相进入液相后，进行飞速的中和反应，就必须使吸收溶液保持一定的碱度，它是溶液中H2S解离的推动力。同时对迅速氧化HS-得到元素硫，起关键性作用的是载氧体——催化剂的载氧量及释放氧的活性，以及所解析硫的形态、粘结性、颗粒大小，甚至对改善硫容，降低副反应等影响面很大，对决定氧化过程反应速率、产率都起着至关重要的作用。长春东狮科贸实业有限公司生产的专供焦炉煤气脱硫、脱氰的888—JDS型脱硫催化剂具有这些特点和要求。

二、控制副盐的增长速率

由于焦炉煤气中，系统内存在着HCN、CO2及O2所以不可避免地发生一些副反应：

2NaHS+2O2=Na2S2O3+H2O

2Na2S2O3+O2=2S↓+2Na2SO4

Na2CO3+2HCN=2NaCN+CO2+H2O

NaCN+S=NaCNS

Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

副反应物硫代硫酸盐、硫酸盐、硫氰酸盐含量高，富集于吸收液中，致使粘度增加，碱度下降，影响吸收和再生;增加消耗或造成系统局部堵塞。其反应机理，主要是由于溶液中HS-和 O2接触而发生的不完全氧化形成的产物及焦炉煤气中HCN和CO2的存在而形成的。大部分在再生塔中生成。要想降低其产率，控制其增长速率，必须注意调整，优化如下几点：

(1)必须使脱硫塔中的H2S解离，中和反应后迅速完全的解析成元素硫，尽量减少溶液中HS-含量，因此要求选择活性强、抗毒性好、性能稳定的催化剂，并处于良好的工作状态。

(2)严格控制脱硫液温度不能高，用纯碱液脱硫控制在35-42℃;氨水脱硫控制在25-35℃。降低温度，同时也可以降低焦油雾、萘等带入系统和避免高温影响硫泡沫的聚合和浮选。

(3)控制适宜的碱度(以满足出口H2S达标为限)不宜太高。合理调整溶液组分，不要突击加碱。再生液中pH>9.2也会使副盐生成率呈直线上升。

(4)强化再生。再生塔内的再生空气要能满足生产需要(最好单独供气)平稳适量。硫泡沫保持溢流，泡沫层不宜控制太厚(10-20公分即可)，及时转移泡沫硫。

对硫磺产量的影响，不言而谕，副盐消耗的硫都源于H2S，其影响力不可低估。对于Na2S2O3而言，每生成1mol硫代硫酸盐就要消耗2mol的硫离子，生成158kg Na2S2O3，就要消耗60kgH2S，即脱硫液中的Na2S2O3的含量每升高1kg，就要消耗H2S为0.43kg;Na2SO4每升高1kg，就要消耗H2S为0.48kg;NaCNS每升高1kg，就要消耗H2S为0.84kg;同样也大量消耗碱。若超标排放还得损失催化剂，硫磺产量则递减。

三、减少损失、防止堵塔

堵塔的成因很复杂，堵塞物主要是硫、盐、机械性杂质等，一般情况多为硫堵。有工艺设备配置以及构造上的原因;随气体带入系统的粉尘、焦油、萘、苯等杂质太多;也有由于催化剂不佳;溶液组分控制不当;副反应物浓度太高;温度控制不宜;残液回收处理不到位等原因造成。从硫的角度看主要有两个原因：

(1)填料塔在脱硫反应过程中，同时伴随着氧化再生析硫过程，因此塔内实际上是气、液、固三相共存。若析硫过多，未能及时随溶液带出脱硫塔，势必滞留，附着，沉积于塔内件，填料内就会在其表面粘结导致局部堵塞，形成偏流、沟流、壁流，干区扩大便会发生堵塔。因此，要特别注意保证溶液循环量和喷淋密度，一般控制在40-50m3/m2h，塔径大应偏大些。(兼顾溶液在再生塔的停留时间，一般高塔30-45min;槽式12-15min)让氧化再生，解析的硫能及时分离出来，使反应生成的硫与带出的硫成正比，要求达到物料平衡。

(2)要将吸收贫液中悬浮硫含量控制在指标内(<1.5g/L)，对其影响主要是再生塔，即加强再生、浮选、分离，关键是要控制好硫泡沫，强化再生塔的操作。

再生塔的功能有3个：①在空气的吹搅下，将元素硫浮选出来，分离出去;②催化剂吸氧再生，恢复活性;③进一步析硫再生和使CO2等废气解释驰放，提高pH值、碱度和减少悬浮硫含量。显然影响再生的主要因素是空气、温度和溶液在塔内的停留时间。最直观的是硫泡沫形成的好坏。大家对温度和停留时间都很重视，其实再生空气更为重要，对其有空气量和鼓风强度的双重要求。满足催化剂吸氧再生所需要的量，没问题(实际量是理论量的8-15倍，除非温度特别高，影响到O2的溶解度)。鼓风强度则直接影响硫泡沫层聚合形成，鼓风强度太低，溶液不湍动，则浮选不出硫来，液面翻腾跳跃，鼓风强度太大，又容易将聚合的硫泡沫打碎，造成返混，影响贫液质量。此外，泡沫硫的分离也有讲究：若分离太彻底，则泡沫层不易形成，集硫少且泡沫很虚(应适当保留部分泡沫层，沾的硫会更多)。若分离量太少或长时不溢流，则表面得不到更新，也容易造成返混，悬浮硫增多。因此，鼓风强度应控制在 100-130 m3/m2h为宜(亦可观察液面湍动状况而定)。进系统压缩空气压力应大于液封高度(再生塔溶液有效高程)。液面高度控制在低于泡沫溢流面10-20公分，让泡沫连续自由溢流最好。也可以采用间歇式溢流，但每3-4小时必须溢流一次。关键是找准溢流高度，做到心中有数，一般泡沫溢流面能占1/2~1/3即可。(连续熔硫没有滤清过程，泡沫溢流带清液过多，做的是无用功)。除此之外温度、碱度和催化剂含量过低、过高都影响硫泡沫生成和浮选。再生正常时，影响悬浮硫含量，主要是硫泡沫溢流量。总之，只有将硫拿出来了，便可免除硫堵的后顾之忧。

四、加强硫回收，熔硫及残液的处理回收

硫磺是湿式氧化法的副产品，回收熔硫就是将硫泡沫浓缩加工(物理过程)，通常指硫泡沫的收集、过滤和熔硫及残液的处理回收。此环节各厂都不一样，五花八门，有的还不完善或不配套。大体可归纳为两大类：一种方式是将收集的硫泡沫过滤成滤饼(或硫膏)，滤清液直接回循环槽。另一种方式是使用熔硫釜熔炼硫磺(有采用连续熔硫，也有间歇熔硫)。感觉小厂都不太重视，其实回收熔硫工艺操作，管理优化十分重要，非常有意义。在净化脱硫过程中，煤气中所夹带的杂质、赃物和生产中产生的废弃物，只能通过硫泡沫带入熔硫处理，排出系统外(唯一出口)，故在加工硫磺的同时，也净化系统自身，是维护系统正常，稳定，有序运行的重要环节，也是脱硫、析硫再生、浮选、分离效果的总检验。

若使用间歇式熔硫或只回收硫膏，可根据硫的加温过程的物态变化，将泡沫槽(高位槽)的硫泡沫加温至65-70℃，静置半小时，分层后中间清液放回循环槽。上层和底部的泡沫硫过滤后，放入熔硫釜熔炼或压滤机。若是连续熔硫，最重要的是控制好进液量，蒸汽压力和熔硫温度的最佳配合，进行不断的实践摸索，找出规律。如副盐含量高时，温度也应该适当提高，有利产量的提高。熔硫釜中心温度一般控制在120-140℃，残液出口温度控制在85-95℃;又如：通过残液的排放量及颜色判断其工作状况。再如：如何维护好熔硫设备，发挥最佳的生产能力，需定期排放硫渣，保证其传热效果，改饱和蒸汽为过热蒸汽等。

残液处理到位，也是一个不可忽视的问题，要进行多级沉降过滤处理，将温度降下来，使副盐、硫渣、杂质、赃物等沉降下来，再经过滤，使其变成温度不高、无杂质的清液，方能返回系统，否则会干扰再生，不出泡沫或增大系统阻力。有些单位设置过滤机效果更好。

五、减排、降耗、增效

排液不但浪费资源，而且污染环境，但由于副盐超标使溶液质量下降，工况恶化。影响脱硫效率或系统压差增大等。在没有提盐装置的情况下，只有排液、稀释、降盐。从排放物分析，按指标确定的代表物来看，一般硫氰酸盐是硫代硫酸盐的4至8倍。这是因为焦炉煤气中HCN含量波动大且转化成的硫氰酸盐无法分解，再生只能越积越多。当两盐积累超标(两盐之和<280g/L，其中S2O3-≯150 g/L，CNS-≯200 g/L)，若不降盐或提盐，会因小失大。如何减排，就得考虑怎么排?排什么?排向何处?若能设置一个较大容器，把要排的废液收集起来，进行降温、沉淀、过滤、静置，只排放副盐结晶稠物或饱和液，排向配煤场进行移动喷淋，部分清液回收，会减少损失，事半功倍。有的厂将事故槽利用起来，效果不错。当然，最好的办法还是通过工艺、设备、操作、管理的优化、改进、创新、控制副盐的增长速率或上提盐装置，再增加一两种产品来实现减排、降耗、增效。

顾名思义，脱硫就应该将解析的元素硫拿出来。关注硫磺产量及回收率，并非单纯追求其自身的价值，而是想通过对副产品硫磺成因、产率的探讨，并以此为切入点，对生产环节的梳理、揭示生产规律、影响因素，将生产纳入良性循环的控制，追求高效、低耗、长周期、安全、经济运行。