華旭霞
(河南神馬尼龍化工有限責任公司 , 河南 平頂山 467013)
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離心機技術在過濾回收硫泡沫系統(tǒng)中的應用
華旭霞
(河南神馬尼龍化工有限責任公司 , 河南 平頂山467013)
摘要:介紹了目前國內(nèi)硫回收技術應用中存在的問題,對比了液固分離及消耗、環(huán)保方面的優(yōu)缺點,在試驗的基礎上總結出液固分離效果好及溶液回收自動化程度高、占地少、可連續(xù)生產(chǎn)的情況,提出了離心機在過濾回收硫泡沫系統(tǒng)應用的新工藝。
關鍵詞:脫硫硫回收 ; 硫泡沫 ; 清液 ; 硫膏
0前言
氮肥生產(chǎn)中,脫硫工段是一個重要的凈化工序,該工序包含吸收、再生和硫回收三個過程。它們之間關系密切,互相影響,回收有問題,反過來會影響吸收和再生,再優(yōu)良的脫硫劑都會受到影響。所以先進的硫回收技術是保持脫硫液良性循環(huán)的關鍵。
1國內(nèi)現(xiàn)有硫回收技術及應用
脫硫工段吸收H2S后的脫硫富液在再生過程中浮選出含有硫顆粒的泡沫,采用過濾的方法將硫泡沫進行分離,清液返回系統(tǒng)重復使用,硫顆粒作為副產(chǎn)品回收。目前有先過濾后熔硫、不過濾只熔硫、只過濾不熔硫三種工藝。其中先過濾后熔硫為傳統(tǒng)流程,不過濾只熔硫指連續(xù)熔硫,只過濾不熔硫是近年新興的過濾技術,介于前二者之間,可以選擇是否熔硫。以傳統(tǒng)流程為基礎,對比如下。
4運行情況
自吹風氣鍋爐在煙氣系統(tǒng)尾部加裝復合相變換熱器后,煙氣余熱得到了有效地回收利用,此部分熱量用于加熱鍋爐除氧器進水,使鍋爐除氧器給水溫度由70 ℃升高至90 ℃左右,鍋爐除氧器加熱采用壓力等級為0.5 MPa,溫度為220 ℃左右的蒸汽,以往蒸汽消耗一般在8.0 t/h左右,采用復合相變換熱器后,蒸汽消耗比原有降低了2.2 t/h左右,達到了節(jié)能效果,具體運行參數(shù)如表3所示。
表3 復合相變換熱器運行參數(shù)
5小結
吹風氣鍋爐煙氣系統(tǒng)尾部高溫煙氣通過復合相變換熱器回收其低溫余熱,對上述裝置進行計算,節(jié)約蒸汽量2.2 t/h,0.5 MPa、220 ℃左右的低壓蒸汽價格按90 元/t,裝置年運行時間為330 d,則年運行效益為157萬元,復合相變換熱器設備及施工等各項投資總額按150萬元計,則該項目投資回收期在0.96年,具有較好的經(jīng)濟效益。復合相變換熱器基于熱管原理,提出相變段這一概念,開創(chuàng)了以壁面溫度作為換熱器的設計參數(shù),通過調(diào)節(jié)相變段管束內(nèi)的冷水介質(zhì)流量可以滿足煙氣流量波動大的情況,操作靈活簡便,并從根本上解決含硫煙氣的低溫腐蝕問題,使低溫余熱也可以得到利用,為吹風氣鍋爐的節(jié)能開辟了一個新的思路。
傳統(tǒng)流程:硫泡沫自再生槽溢流到硫泡沫槽,經(jīng)硫泡沫泵送到高位硫泡沫槽,經(jīng)加熱、攪拌,硫顆粒長大、澄清、分層,清液回收到地下溶液槽再利用,硫泡沫經(jīng)熔硫釜130~150 ℃熔硫,熔融硫由放硫閥放入硫黃鑄槽自然冷卻后得到副產(chǎn)品硫黃,熔硫廢液到廢液池外送處理。
1.1轉鼓或真空過濾機
該流程運用在傳統(tǒng)流程,特點是用轉鼓過濾機替代高位硫泡沫槽,先過濾,再熔硫。過濾后的清液部分回系統(tǒng)直接使用;大部分懸浮硫高的清液和熔硫殘液均存在脫硫液有效成分降低、易產(chǎn)生副反應的問題,回收前需進行分級沉淀并降溫,有時甚至需通空氣“皂化”處理,方可回收。
問題:該工藝設備多、流程長、土建費用高。過濾設備需要專人看管,更換濾布頻率大,工人勞動強度大,現(xiàn)場環(huán)境差,過濾后濾餅中溶液殘留量大,并且過濾后溶液濁度大,需要大的沉淀池處理后再回用。操作環(huán)境方面差,節(jié)能方面受限。
1.2連續(xù)熔硫
20世紀90年代初,邯鄲鋼鐵公司發(fā)明并申請了連續(xù)熔硫?qū)@O備,將硫泡沫的分離與熔硫集中于同一臺設備內(nèi)完成,設備的上部用于分離硫泡沫,下部用于熔硫。該設備的發(fā)明,大大簡化了硫回收流程。
脫硫再生系統(tǒng)收集到的硫泡沫經(jīng)泵打入熔硫釜,當蒸汽加熱時,在釜內(nèi)件的作用下釜內(nèi)物料溫度形成上低下高的梯度分布。加熱到60~90 ℃時溶液從上部排出回脫硫系統(tǒng)繼續(xù)使用。硫顆粒進入下部高溫區(qū),熔融后經(jīng)保溫閥排出。在蒸汽一定的情況下,只控制出清液、放硫兩個閥門就可實現(xiàn),可連續(xù)亦可間斷運行。
缺點:因該設備容積有限,硫泡沫分離不夠完全,返回脫硫系統(tǒng)的清液懸浮硫含量高,又因分離硫泡沫的操作溫度較高(70~90 ℃),熔硫的有效成分會被破壞,脫硫液易產(chǎn)生副反應,有效成分降低,不利于脫硫系統(tǒng)的正常運行,且蒸汽消耗大,硫黃成本高,因此該技術在環(huán)保、節(jié)能方面受限。
1.3膜或陶瓷膜過濾設備
膜技術應用時間早,從戈爾膜到鳴泰膜、陶瓷膜等,一直在應用中發(fā)現(xiàn)問題、改正問題。
該工藝相當于替代傳統(tǒng)工藝中的“高位硫泡沫槽”設備,利用在濾袋薄膜兩側形成的壓差,清液返回脫硫系統(tǒng)循環(huán)使用,硫黃顆粒被攔截在薄膜外表面,形成濾餅,隨著過濾的進行,濾餅厚度增加,通過自動控制系統(tǒng)進入反沖洗膜狀態(tài),將濾袋表面的濾餅反沖至污液腔束。系統(tǒng)重新循環(huán)進入過濾狀態(tài)。過濾后濁液送入熔硫釜或加裝甩干設備,產(chǎn)生含水率約40%硫膏,不熔硫。
優(yōu)點:過濾效果好,操作溫度較低 ,保護脫硫液,抑制副反應,可直接回用。
缺點:①反沖過程中需要大量清液或脫鹽水;②產(chǎn)生大量濁液需要再處理;③濾袋易堵,清洗或更換增加勞動強度和環(huán)境污染。
1.4脫硫真空過濾機與刮刀卸料離心機技術
脫硫真空過濾機:該設備沿用轉鼓形式,將濾布改進為兩片陶瓷對夾,轉鼓由小電動機帶動,從液區(qū)到干區(qū),通過抽真空形式使母液中懸浮硫在陶瓷膜上積累、干燥,在卸料口用刮刀卸料的結構形式,能使濾餅全部被刮下。
刮刀卸料離心機:該設備將物料由進料管加入轉鼓,經(jīng)布料盤均勻灑布到鼓壁達到預定容積后停止進料,轉鼓高速旋轉,在離心力作用下,液相穿過濾布和鼓壁濾孔排出,固相截留在轉鼓內(nèi),轉鼓降至低速后,刮刀旋轉往復動作,將固相從鼓壁刮下由離心機下部排出。
這兩種技術是目前應用最新技術:設備將硫沫進行物理方法過濾,除去泡沫中的大部分水分,硫膏可直接裝袋或再進行熔硫。二者都是自動化控制,操作環(huán)境相對傳統(tǒng)技術清潔,節(jié)能效果比較明顯,大部分副鹽黏附在硫膏中去掉,清潔脫硫溶液。存在問題:脫硫真空過濾機存在用脫鹽水反沖(清洗)過程中清液量大的缺點,如果用清液沖洗,沖洗效率差,膜吸附能力下降;過濾器的濾板運行一段時間后,效率下降,需要徹底拆下清理,不能連續(xù)生產(chǎn)。刮刀卸料離心機:該設備需要設定程序、間歇操作,不能連續(xù)生產(chǎn);需要定期更換濾布;清液不是直接回系統(tǒng),而是在地下池沉淀處理后回用。
2卸料沉降過濾一體化離心機技術
公司現(xiàn)有脫硫采用栲膠濕法脫硫,存在傳統(tǒng)脫硫共性的問題,目前正在進行新增脫硫技術項目,根據(jù)公司綜合利用、分區(qū)治污、清潔生產(chǎn)的改造原則,力圖找到一種最佳硫回收工藝,實現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化、清液全部回收且不影響生產(chǎn)、無熔硫殘液、環(huán)保、節(jié)能的新技術。
在多次相關單位硫回收技術后,選定臥式螺旋卸料沉降過濾一體化離心機技術,通過試驗證明該技術選擇是正確的。
2.1 技術介紹
該設備是利用沉降原理對懸浮液進行澄清分離,用過濾段對固渣進行脫水,固相顆粒在0.06~3 mm的懸浮液均可作固液分離,并可配備洗滌功能。其特性如下:連續(xù)運行、自動卸料、結構緊湊、占地面積小、操作維修方便等特點。
2.2試驗過程
先后對脫硫工段硫泡沫液、熔硫后廢液(含高位槽上層清液)進行固液分離,在離心機試驗過程中,固液分離明顯,分離出的硫膏呈黏稠態(tài)、灰白色塊狀,含水率低;分離出的清液呈暗紅色、清亮溶液,是栲膠、釩的顏色。該設備固液分離硫膏由螺旋狀推柱推出,不存在更換濾布或膜時間長堵塞不易沖洗等情況。因此試驗目的是處理副鹽、懸浮硫、含固物等,對國內(nèi)脫硫組分大致一致的栲膠、五氧化二釩、碳酸鈉等不再注明。
2.2.1熔硫前硫泡沫液試驗數(shù)據(jù)與分析
表1 熔硫前硫泡沫液試驗數(shù)據(jù)與分析
試驗分析:①硫泡沫液在經(jīng)過離心機固液分離后,大部分固含量都到硫膏中,出設備清液中含量僅有總量的7.2%;②副鹽Na2SO4含量和分離前相比下降41.61 g/L,Na2S2O3含量和分離前相比下降了8.32 g/L,說明經(jīng)過離心機后大部分副鹽到硫膏中,對硫泡沫溶液起到真正過濾作用;③過濾前后溶液pH值變化不大。
2.2.2熔硫后廢液試驗數(shù)據(jù)與分析
表2 熔硫后廢液試驗數(shù)據(jù)與分析
試驗分析:①硫泡沫液在經(jīng)過離心機固液分離后,大部分固含量都到硫膏中;②副鹽Na2SO4含量和分離前相比下降164.08 g/L,Na2S2O3含量和分離前相比下降6.73 g/L,說明經(jīng)過離心機后大部分副鹽到硫膏中,對硫泡沫溶液起到真正過濾作用;③過濾前后溶液pH值有變化。
2.3試驗結果
硫泡沫液過濾后清液組分中栲膠、釩、pH值變化不大,堿類損失不大,副鹽、懸浮硫含量大大降低,完全可以回系統(tǒng)再利用。熔硫后廢液過濾后清液組分中栲膠、釩、堿類有變化,副鹽、懸浮硫含量大大降低,但pH值過高,不能直接回系統(tǒng)再利用??膳湃氲叵鲁靥幚砗笤倮没蛘咦鳛閺U液排到污水處理廠。
3結論
3.1對硫泡沫液分離試驗是成功的
①在溫度方面:清液不用顧慮脫硫劑栲膠變性的問題,可回溶液系統(tǒng)循環(huán)利用;②在溶液組分、pH值方面:接近運行貧液組分,可回溶液系統(tǒng)循環(huán)利用,達到節(jié)約消耗、降低生產(chǎn)成本作用;③在副鹽、懸浮物方面:大大降低含量,減少或避免管道腐蝕和堵塔問題,可回溶液系統(tǒng)循環(huán)利用;④在操作與環(huán)境方面:自動化操作,無廢氣、廢渣,如果不熔硫則無廢液。⑤占地方面:僅在傳統(tǒng)占地區(qū)域改造即可。存在問題:如果硫膏熔硫,熔硫后殘液分離后需要解決pH值偏高問題后可用。
3.2工業(yè)化應用前景
該技術與傳統(tǒng)的硫回收技術比較,具有設備精良,分離效果好。流程短,管理維修方便。公用工程消耗低,運行費用低,占地面積小,土建費用低等明顯優(yōu)勢。在使用方面徹底改變目前硫回收工序勞動強度大、環(huán)境差、廢液亂排的情況,能夠達到連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn);在技術方面具有脫硫真空過濾機與刮刀卸料離心機技術的優(yōu)點,并通過改進設備工藝、結構、材質(zhì),消除技術不足。
收稿日期:2016-03-27
作者簡介:華旭霞(1974-),女,工程師,從事化工工藝的研究工作,電話:13837586326。
中圖分類號:TQ051.85
文獻標識碼:B
文章編號:1003-3467(2016)06-0034-03