1 概 述
在氮肥生产中,脱硫工段是一个重要的净化工序,而硫泡沫的分离回收则是脱硫工段的重要组成部分。硫泡沫分离得好,对脱硫系统的稳定运行、降低车间成本和减少环境污染都有着积极的推动和保证作用。
硫泡沫是脱硫工段吸收H2S 后的脱硫富液在再生过程中产生的一种副产物,呈泡沫状,是一种液固混合物。固体主要为硫磺颗粒,一般采用过滤的方法将硫泡沫进行分离,清液返回系统重复使用,硫磺则作为副产品回收。
多年来,中小氮肥厂采用的硫回收工艺多为转鼓过滤机连续过滤、熔硫釜间歇熔硫工艺。该流程的特点是设备多、流程长、土建费用高。90 年代初,邯郸钢铁公司发明并申请了连续熔硫**设备,将硫泡沫的分离与熔硫集中于同一台设备内完成,设备的上部用于分离硫泡沫,下部用于熔硫。该设备的发明,大大简化了硫回收流程。但其本身也存在致命的弱点,因该设备容积有限,硫泡沫分离不够完全,返回脱硫系统的清液悬浮硫含量高,又因分离硫泡沫的操作温度较高(70～90 ℃) ,脱硫液易产生副反应,有效成分降低,不利于脱硫系统的正常运行,因此该技术未得到广泛的应用。
通过近几年的实际应用,证明戈尔薄膜过滤技术对硫泡沫的分离是一种较好的方法,值得推广和应用。它不仅简化了流程,操作温度较低(常温) ,而且分离效果好(硫磺颗粒s0. 5 微米) ,从根本上解决了硫泡沫分离问题,可以说戈尔薄膜过滤器在硫回收系统的应用,是硫回收工艺技术的重大改进。
2 戈尔薄膜过滤技术
2.1 工艺流程(见附图1)
来自再生槽的硫泡沫,流入硫泡沫池,用硫泡沫泵打入戈尔薄膜过滤器,在滤袋薄膜两侧形成0. 11～0. 15 MPa 的压差,清液透过薄膜流入过滤元件内并上升至清液腔,清液自上部溢流出来返回脱硫系统循环使用。硫磺颗粒被拦截在薄膜外表面,形成滤饼,随着过滤的进行,滤饼厚度增加,过滤阻力增大,此时,通过自动控制系统关闭硫泡沫进料阀A ,打开反冲阀C ,进入反冲洗膜状态,靠液封槽与过滤器之间的位差,清液逆向流动,将滤袋表面的滤饼反冲至污液腔,滤饼在污液腔沉降到底部,关闭反冲阀C ,反冲结束。系统重新进入过滤状态。当底部滤饼积累到一定量时,系统自动打开底部排渣阀B ,将滤饼排至脱水器。
脱水器操作时,关闭排渣阀B ,由进气口通入0. 3 MPa 的压缩空气,向下挤压硫膏,硫膏中的水分从70 %～80 %脱至40 %～50 % ,清液通过滤布排出,返回脱硫系统。硫则进入熔硫釜,进一步熔制成精硫。
2.2 主要设备及性能
a) 戈尔薄膜过滤器是整个过滤系统的核心设备,它主要由过滤元件、花板、清液腔、污液腔、筒体五个部分组成。
过滤元件是该过滤器的核心元件,由滤袋套在开满小孔的圆管上组成。通过过滤元件将硫泡沫与清液分离。
花板上均匀开孔,用以固定过滤元件。筒体上部敞口,为清液腔,下部锥体部分为污液腔,中部为过滤段,花板布置在筒体上部约1/ 4 处,将清液腔与过滤段分开。
b) 液封槽的作用是在过滤时形成液封,反吹滤饼时反冲阀打开,过滤器与液封槽之间形成一定的位差,使得清液反流,滤饼从薄膜表面脱落。
c) 脱水器是安装在过滤器底部,利用气压原理,通入压缩空气,进一步脱出滤饼中的水分。
戈尔薄膜过滤器选用的主要依据是现场实验。由戈尔公司专业人员用该公司特制的实验装置,到现场取样,测试样品的过滤速率,反吹的难易。再由工厂分析化验室测定饼的湿含量,滤液的含固量等。通过实验结果分析,确定能否选用该过滤器。
戈尔薄膜过滤器计算公式为:
N = Q/ FU
式中: N 滤袋数量,个
Q 硫泡沫处理量,m3/ h
U 过滤速率,m3/ m2 . h (通过现场实验确定)
F 一个滤袋的过滤面积,m2
根据上式计算得出的滤袋数量,考虑今后扩建的需要和理论与实际的偏差,进行适当放大,一般放大20 %～40 % ,从而确定过滤器尺寸。
2.3 自动控制系统
自动控制系统由工业控制器PLC、气动总成和一组挠性阀组成。PLC 控制流程在出厂前已调试完毕,现场安装时根据不同特性的过滤物料调整每个状态运行时间,通过电磁阀组和挠性阀组自动完成过滤---反冲---排渣等全过程。
2.4 主要技术特点
戈尔薄膜过滤器与传统转鼓过滤机相比,具有以下特点:过滤精度高,分离效果好;摩擦系数低,不堵塞;滤饼反冲容易所需时间短(10～20s) ,与过滤时间相比,几乎可以忽略不计,可以看作连续过滤;滤袋清洗更换方便,坏一个换一个,经济、省力; 使用寿命长(一般在两年以上) 。其相关技术性能指标比较见表1。
3 应用与讨论
3.1 应用实例
戈尔薄膜过滤技术与传统的硫回收技术比较,具有设备精良,分离效果好。流程短,管理维修方便。公用工程消耗低,运行费用低,占地面积小,土建费用低等明显优势。因此该过滤器虽然只有5～6a 的推广应用历史,但发展很快,在许多领域都得到了不同程度的应用和认同。在国内已有一百多厂家采用,用于氮肥厂、煤气厂、焦化制气厂脱硫工段回收系统硫泡沫的分离的厂约占三分之一,在其它方面的应用也很多,如氮肥厂造气工段除尘废水的处理,磷肥厂含磷废水的处理,盐矿的卤水精制,硫酸厂酸性废水中重金属离子的处理等。云南通海氮肥厂、昆明化肥厂等也有应用。
通海氮肥厂现有合成氨生产能力为3 万t/ a ,以粉煤(碳化煤球) 为原料制取半水煤气,半水煤气中含硫化氢较高(7～10 g/ m3) 。硫泡沫处理量: 3～5 m3/ h ,含固量: 50～70kg/ m3 ,90 %硫磺颗粒粒径大于1. 0μm。
98 年初采用戈尔薄膜过滤技术。
通过现场测定,过滤速率取0. 5 m3/ m2·h
过滤器过滤面积10 m2过滤器直径DN1 000 mm ,高= 4 500 mm
投入运行后,过滤器基本达到预期的效果,滤液中悬浮硫含量小于50 ×10 - 6mg/ L ,操作稳定。
过滤器底部安装脱水器,硫膏经排渣阀后进入脱水器进一步脱水,含水约40 %～50 % ,再送入熔硫釜,熔制成精硫磺,这样既节省了蒸汽消耗,缩短了熔硫时间,又提高了硫磺的收率,收到了较为满意的效果。
昆明化肥厂继通海氮肥厂之后,也选用了同样尺寸的戈尔薄膜过滤器,用于分离硫泡沫。该厂以焦炭为原料生产半水煤气,在此之前,由MSQ 脱硫改为栲胶脱硫,再生后的硫磺颗粒细小,浮选和分离困难,大量的硫磺颗粒返回脱硫系统,导致堵塔,严重影响了整个脱硫系统的正常运行。
该厂所用硫回收流程与通海氮肥厂基本相同,不同之处在于,过滤器排出的硫膏未经熔硫,直接卖生硫。
采用戈尔薄膜过滤器后,硫泡沫中99 %硫磺颗粒被分离出来,脱硫液中的悬浮硫含量大为降低,脱硫系统恢复正常运行,生硫产量比以前提高一倍多,效果非常明显。
3.2 问题与讨论
*近,作者到通海氮肥厂对戈尔薄膜过滤的使用情况进行回访,了解到该过滤器在过滤一段时间后,过滤阻力增大,速率明显减小。拆开过滤器检查,发现滤袋表面附有一层硫磺颗粒,呈蛋糕状,且反吹下来的滤饼不容易下沉。经过认真分析研究,可能存在下列问题:
a) 由于该厂采用白煤造气,气体中含焦油较多,因焦油粘度大,颗粒小,硫磺中含有一定焦油,吸附在滤布表面,由于反吹的力较小,难于反吹干净,导致阻力增加。
b) 硫泡沫在再生槽内停留时间过长,硫泡沫与溶液中的有机物发生吸附反应,硫泡沫比表面积增大,比重减小,难于下沉。
针对上述问题,采取如下措施:定期清洗滤袋,以提高过滤速率,但劳动强度较大。调整工艺操作参数,减小硫泡沫在再生槽内停留时间,基本解决了滤饼的沉降问题。
而昆明化肥厂是以焦炭制气,使用效果很好,不存在上述问题。
综上所述,戈尔薄膜过滤技术用于半水煤气中含焦油较少的厂是适用的,对于半水煤气中含焦油较高的厂,建议在脱硫之前增加除焦油装置,再用戈尔过滤技术分离硫泡沫。戈尔过滤技术应用于硫泡沫分离有许多突出的优点,但也有其局限性,选用时要**考虑。
4 结 语
采用戈尔薄膜过滤器分离硫泡沫,是目前较先进的硫磺回收工艺。该工艺流程短,设备少,自动化程度高,消耗低,操作维修方便,在硫回收方面具有广阔的应用和发展前景。 |