GLT络合铁在处理粘胶纤维废气中硫化氢的试验研究

2021-05-14龙传光甘安辉

山西化工 2021年2期

龙传光，甘安辉，邵虎

(武汉国力通能源环保股份有限公司,湖北武汉 430000)

氢氧化钠碱洗法是目前粘胶纤维生产企业处理废气中H2S主要方式，通常采用将配置好的18.5%的NaOH溶液通过湍球塔喷淋方式吸收废气中的H2S，使气体中的H2S与NaOH反应生成NaHS。该工艺成熟，脱除H2S的效率高。但因存在氢氧化钠价格高，碱与CS2、CO2反应生成碳酸钠物质导致副产品纯度不高[1-2]。

本实验通过在某企业的粘胶纤维废气管道上抽取部分气体采用GLT络合铁脱硫工艺进行侧线实验，研究各工艺条件的变化对络合铁脱硫工艺脱除H2S的影响效果。

1 试验原理

GLT络合铁脱硫工艺技术是武汉国力通能源环保股份有限公司开发的具有自主知识产权的脱硫化氢成套技术，具有硫容量高、可撬装化、脱硫成本低、节能、运行稳定性高、投资低等优点[3-6]。

络合铁离子水溶液的吸收氧化反应方程见式(1)～式(4)。

GLT络合铁水溶液吸收H2S气体：

(1)

H2S电离：

(2)

高铁离子(Fe3+)氧化硫氢根离子：

(3)

吸收氧化总反应方程式

(4)

水溶液中络合铁离子容易被氧气氧化，将络合亚铁离子溶液直接与空气进行气液相接触反应，利用空气中的氧气将水溶液中的络合亚铁离子氧化为络合铁离子。络合亚铁离子水溶液的再生还原反应方程见式(5)～式(7)。

氧气溶解：

(5)

络合亚铁离子(Fe2+)再生反应：

2Fe3+(R)

(6)

再生总反应方程式：

2Fe3+(R)

(7)

2 试验部分

2.1 工艺流程的设计(见第22页图1)

图1 试验装置工艺流程简图

尾气自增压风机增压进入脱硫反应器，经气液充分接触后，气液混合进入再生槽分离室内进行气液分离，处理了H2S后的净化气分离器气液分离后送回至废气管网。

吸收了H2S的络合铁脱硫液进入再生槽后依次经过两个再生隔室，经空气鼓泡反应后进行再生，再生后的溶液经由贫液泵送往脱硫反应器进行脱硫反应；经脱硫后的脱硫富液再次进入再生隔室，由此循环使用。

另外，再生后的溶液中的硫磺于再生沉降槽锥体中沉降提浓，当硫磺达到一定浓度后，通过硫磺浆泵送往过滤机过滤得到硫磺副产品。

2.2 主要设备(见表1)

表1 试验装置主要设备参数表

3 结果及讨论

3.1 硫化氢的脱除效果及稳定性

试验设定参数：废气流量500 m3/h，pH在8.5～9.0，吸收溶液流量20 m3/h，再生空气126 m3/h，溶液建立循环，废气进入装置，定期检测脱硫后废气中H2S的含量。

从图2可以看出，GLT络合铁脱硫试验装置从10月30日开始进行试运行到12月30日，在为期2个月运行期间，原料气中H2S平均质量浓度在8 500 mg/m3，脱硫后气体中H2S质量浓度除两次数据高于25 mg/m3外，其他时间数据均在6.5 mg/m3～15 mg/m3，且大部分数据均低于10 mg/m3，脱硫装置运行稳定，脱硫效率高于99.8%以上，脱硫效果明显。两次H2S异常原因经检查发现是吸收塔分布器进入机械杂质导致液体分布不均影响气液接触。

图2 试验装置进出口H2S数据

3.2 气液比对脱硫效果影响

试验设定参数：废气流量500 m3/h，pH在8.5～9.0，再生空气126 m3/h，吸收溶液流量在3 m3/h～20 m3/h调整气液比，检测脱硫效果。具体见表2。

表2 不同气液比条件下脱硫效率

从表2可以看出，原料气H2S质量浓度在8 500 mg/m3、气液比不高于125时，脱硫效果稳定且脱硫效率高于99.9%，满足工厂实际生产要求；气液比高于150以上时，硫化氢脱净化度下降明显，分析可能是气液比增大后气液接触不够充分所致。

3.3 pH对脱硫效果影响

试验设定参数：废气流量500 m3/h，H2S质量浓度8 500 mg/m3，吸收溶液流量10 m3/h，再生空气流量126 m3/h，pH在7.0～10.0区间调整，通过净化气中H2S数据检测脱硫效果。结果见表3。

表3 pH对硫化氢吸收效果的影响

从表3可以看出，当pH低于8.0时，吸收硫化氢的能力很弱；pH在8.4～9.2吸收效率较为平稳且净化气中H2S质量浓度基本上都在10 mg/m3以下；随着pH提高至9.4以上，净化气H2S基本稳定在0 mg/m3，但碱的补充量会明显增加。

3.4 二硫化碳对吸收硫化氢的影响

在氢氧化钠碱洗工艺中，二硫化碳与碱存在副反应发生。本次试验过程中，根据二硫化碳的物理性质并结合络合铁可能的工程化应用要求，设定试验条件：废气流量500 m3/h，H2S质量浓度8 500 mg/m3，吸收溶液流量10 m3/h，再生空气流量126 m3/h，pH在8.5～9.0区间调整，溶液温度在35 ℃～50 ℃调整，通过净化气中H2S、CS2数据检测影响情况，结果见表4。

表4 不同温度对二硫化碳、硫化氢吸收的影响(mg/m3)

从表4可以看出，在温度低于44 ℃时CS2损耗在5%以上，温度高于47 ℃ CS2损耗较小，CS2的沸点是46.5 ℃。温度低于50 ℃，溶液对H2S影响变化不明显。

试验结果说明了GLT络合铁技术难以将CS2脱除，在试验条件下，CS2可能是冷凝下来进入到吸收剂中，少量水解转化为硫磺。

3.5 副产品硫磺品质

试验过程采用离心机分离得到硫膏，并通过熔融硫膏精制得到硫磺。经对硫磺进行分析检测，其成分(质量分数)如下：水分，0.049%，有机物，0.02%，灰分，0.018%，酸度，0.0005%，铁，0.0013%，砷，0.01%，硫，99.9586%。副产品硫磺品质达到国家工业硫磺(GB/T 2449.1-2014)优等品的标准，硫磺品质高。