脫硫系統中氧化再生問題的探討
脫硫技術自上世紀五十年代問世以來，從單一的濕式氨水液相催化法相繼開發了十幾種新型脫硫劑以及與之相對應的濕法脫硫工藝，并逐步推廣應用到煤氣、焦化氣、沼氣及其它含硫氣體等領域。濕式氧化法脫硫其工藝流程、設備結構、工藝條件控制、操作管理與過去傳統式相比有了較大的進步。特別是進入九十年代以來，裝置大型化已成為發展趨勢，而且隨著原料煤的日趨緊張，各個企業不得不改變過去只吃“精糧”，不吃“粗糧”的傳統習慣，實行精粗搭配。這樣，無論是氣量與氣質，都對脫硫的技術水平提出了更高的要求，因此，濕法脫硫也越來越被各個企業所重視。
十多年以來，經過科研單位及各個廠家的共同努力，濕法脫硫得到迅速的發展和完善。從原來的煤氣除硫不足1g/Nm3到現在的十幾克，甚至高達幾十克。雖然各個廠家的濕法脫硫工藝流程，設備結構、工藝操作控制過程大同小異，各個廠家的濕法脫硫運行費用相差卻十分驚人，真是不算不知道，若算嚇一跳。筆者近一年的走訪了解河南、湖南近百家的化工企業，濕法脫硫所需用的脫硫催化劑(以酞菁鈷為例)，每脫除1㎏H2S所需要的脫硫催化劑低的是0.7g，最高的可達2.2g，所需要純堿低的是0.6kg，最高的可達2.1kg。同樣的生產規模，同樣煤氣的硫含量，脫硫運行費用相差好幾倍。究其原因，筆者認為雖然生產規模不斷擴大，濕法脫硫系統的改造卻沒有完全跟上，是導致運行成本上升的直接原因。其次是沒用通過正規的設計單位進行設計，而是自己參考同行業改造的經驗進行改造，其中改造后出現問題較多的是再生部分。因此，再生是濕法脫硫系統中的關鍵，脫硫系統運行成本高低將由再生的工藝、設備、操作管理來決定。筆者從如下幾個方面進行探討總結，如有不當之處請同仁予以指教。
1再生工藝條件的選擇
脫硫液在脫硫塔脫硫全過程可分為吸收加再生，通過再生過程則析出單質硫，在脫硫塔中完成的主要化學反應如下：
H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3
再生過程中的主要化學反應如下：
NaHS+1/2O2=NaHS+S↓
NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
我們希望在脫硫塔內盡可能地多一點再生反應，使有限的Na2CO3發揮最大的作用，然而脫硫塔內的再生過程是一個析硫過程，且時間非常短，必須通過再生裝置及所需的再生時間來進一步完成。脫硫液中析硫及析出的單質硫以泡沫的形式進行浮選，浮選出的硫泡沫要及時進行溢出，達到再生后的脫硫液懸浮硫含量小于0.5g/L.，這就需要再生液有一定的停留時間。其停留時間不能太短，太短再生不完全，再生后的脫硫液懸浮硫高，既影響脫硫液在脫硫塔內對硫化氫的傳質吸收，而且還會引起脫硫塔填料堵塞而影響生產。再生時間過長，副反應加快，再生后的副鹽含量升高，純堿及脫硫劑的消耗上升。生產實踐證明，再生時間一般控制在～15min為宜。
再生溫度控制是再生過程中重要組成部分。再生溫度過高，再生過程中的副反應速度加快，再生后的脫硫液中的副鹽含量迅速升高，副鹽含量超標將直接影響脫硫塔內的脫硫液傳質吸收，脫硫效率下降，脫硫劑及堿消耗開始上升，如此同時，副鹽增高后對脫硫系統的設備帶來嚴重腐蝕。溫度既不能太低，過低副鹽則容易結晶析出。筆者曾在河南某廠家了解到再生溫度高達65℃，硫泡沫時有時無，浮選出的硫泡沫有時呈虛泡，虛泡在生產區的上空到處飛揚，這種硫泡沫在熔硫釜內很難生產出硫黃。2009年一月湖南某廠家再生溫度過低，脫硫液中的副鹽析出，不到一個月脫硫系統的運轉設備、工藝管道終因副鹽結晶帶來的磨損，脫硫塔填料堵塞，系統阻力明顯上升被迫停產檢修。因此，再生溫度應控制在35～45℃之間為宜。
再生槽吹風強度，在設計再生槽時，為了保證有足夠的吹風強度，讓富液中的單質硫浮選出來，同時又讓再生后的脫硫液補充足夠的氧，唯一的途徑就是選擇足夠數量的噴射器，噴射器是再生過程中的關鍵設備，它廣泛應用于氣液傳質過程，具有充分利用并流原理的特點，，脫硫液以高速通過噴射器的噴嘴形成射流，此射流產生局部的負壓吸引空氣，此時由于兩相流體立即被高速分散而處于高速湍流狀態，氣液接觸充分，接觸面大大增加，又不斷更新，因此整個傳質過程極為迅速。脫硫液則被快速有效地進行氧化再生，而形成的硫顆粒在再生槽內被浮選溢流出來，從而完成了脫硫液由富液向貧液的轉化，吹風強度過大，硫泡沫浮選不穩定，再生效果不理想，副鹽含量增高。吹風強度過小，氧化再生不完全，再生后的貧液懸浮硫含量上升。因此，再生槽的吹風強度應控制在60～100m3/m2.h。
不同類型的噴射器應用在濕式氧化法再生中，其氧化效果隨著煤氣中的硫化氫含量增高相差很大。筆者調查了解發現煤氣中的硫化氫低于0.6g/Nm3時，這種差異并不太明顯，當超過0.8g/Nm3時，這種差異就越來越明顯。噴嘴的口徑，自吸室的大小，喉管管徑、噴嘴距離喉管的尺寸都是有一定的設計參數和技術要求，喉管尺寸將是產生這種差異的主要原因。生產實踐證明，喉管越短，其傳質氧化的效果越差，再生效率越低。為了提高傳質氧化效果，喉管的長度取值一般在1500～1800為宜。
脫硫液成份控制;脫硫液的PH值隨著總堿度的增高而上升，只要總堿度能滿足氣體出口凈化指標的要求，可以控制低些這對穩定生產工況，減少副鹽的生成，降低系統阻力，實現經濟運行等都是十分有利。故PH值控制在8.2--8.6之間。
脫硫劑的質量優劣，對副鹽反應速度有決定性的影響，在脫硫工藝和設備配置一定的條件下，脫硫運行的實踐證明，質量好的脫硫劑，其脫硫液中的副鹽含量增長速度較為緩慢，相應的廢液的生產量少。質量較差的脫硫劑，其脫硫液中的副鹽含量增長速度快，對設備的腐蝕也相應的加快，廢液的生產量相應增多。
2再生系統設備的技術設計
眾所周知，生產規模已斷確定，濕法脫硫工藝技術，設備技術設計方案則依據煤氣中的硫化氫含量的多少，經脫硫塔除硫后硫化氫含量等諸多方面因素進行綜合平衡，確定再生系統設備的配置。再生槽是濕法脫硫中主要設備，既要承擔完成脫硫富液氧化再生，又要盡可能快的將浮選出來的硫泡沫分離移除的任務。一般地講，當硫泡沫在再生液上面停留超過30min以后，泡沫就開始萎縮，變小甚至破碎，這時硫泡沫上粘帶的單質硫就開始沉淀下去。所以我們必須要在硫泡沫還未破碎之前將它們分離出去。對直徑大于5米的再生槽，僅靠槽邊的溢流是遠遠不夠的，因此，筆者建議在槽的中間增設幾個溢流槽來提高再生槽硫泡沫溢流效果。
要想提高再生效率，確保再生效果，就必須從噴射器的設計或噴射器選型開始，噴射器的安裝要求相當嚴謹，其上下的同心度誤差應小于3，尾管插于再生槽內脫硫液的深度，要依據再生槽內的脫硫液的有效高度及尾管距槽底端的距離，同時還要兼顧是高位再生還是低位再生等因素來決定。再生槽內筒頂端與硫泡沫溢流堰的距離600～1000，再生槽內分布器孔徑Ф12～Ф18為宜，開孔率則依據最大脫硫液的流量來決定。筆者曾在湖南某廠遇到再生效率差，懸浮硫居高不下，停車檢查發現再生槽內噴射器尾管下端用△100×100×10的角鋼與槽底部焊接作為支撐。出尾管的脫硫液在角鋼背面向上流動的過程中流速大大減緩，溶液中的懸浮硫就有了時間進行沉淀，日積月累，久而久之再生槽運行不到半年底部因積硫，下部分布器堵塞面積達到50%，且集中在周邊小孔上，噴射器自吸空氣的能力減少直至向外噴液，脫硫液的氧化再生時間大大縮短，懸浮硫含量居高不下，脫硫塔阻力明顯上升，煤氣經除硫后硫化氫含量嚴重超標被迫停產進行檢修。停車檢修時用Ф20的圓鋼替代了角鋼作為支撐。投入運行至今四個月，再生運行平穩，泡沫浮選好，懸浮硫含量控制在指標范圍內，煤氣經除硫后凈化度高，保證了正常生產。
加強日常再生工藝過程的操作管理，確保氧化再生效率。氧化再生是脫硫系統的重要組成部分，能否正常平穩、經濟運行將直接決定著脫硫效率，脫硫塔阻力，脫硫運行成本控制。在實際生產中我們必須要做到“三勤”，即勤摸、勤觀察、勤調節。
勤摸：在生產過程中堅持每日一次對所有投運的噴射器進氣口進行觸摸，了解自吸情況，發現問題，立即進行處理。只有這樣，才能保證氧化再生完全。
勤觀察：當班操作人員應每隔2～3小時到再生槽頂部查看泡沫的浮選及移除，通過泡沫的浮選來了解噴射器運行情況。泡沫層不能太厚，太厚說明再生槽內停留時間過長，發生反復浮選沉淀，再生后的懸浮硫含量升高。泡沫層過薄，在泡沫分離時容易夾帶清液。
勤調節：根據煤氣中的硫化氫的含量高低及生產負荷大小來調節噴射器自吸空氣量，在滿足最小的噴淋密度的情況下，盡量采用控制合適的再生壓力和噴射器開啟的組數進行調節，同時還要確保再生槽正常溢流及硫泡沫溜到的暢通。
3結語
工藝、設備合理配置是保證脫硫系統長周期穩定運行的首要條件，從脫硫塔的傳質吸收，氧化再生到熔硫時的殘液回收及脫硫液成分的檢測等各個環節，是環環相扣，節節相連，任何一個環節出現問題，輕者減量生產，重者停產處理。因此，要想搞好濕式氧化法脫硫，實現穩定、連續、低耗、安全、環保運行，必須優化脫硫工藝操作，加強日常生產管理。
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