栲膠法炭黑尾氣脫硫的研究

張利平（浙江浙大網新機電工程有限公司，淅江 杭州 310000）

從1985年至2005年的二十年間，中國炭黑產量由年產23萬噸增至161萬噸，即增長了7倍。2001年以年產炭黑69萬噸生產量超過日本，成為美國之后的世界第二大炭黑生產國。

隨著國家對于環保的重視，特別是對SO2的排放量的控制，炭黑尾氣脫硫成為了一個必不可少的任務。炭黑尾氣中的硫來源于炭黑用油。由于中國煤炭供應的原因，開始有些高硫煤進入焦爐，產生了燃燒后的煙氣、排氣袋濾器的煙氣中含硫量超過國家環保標準的限度的情況，這必須進行處理。煙氣脫硫，一般采用水膜式煙氣脫硫技術裝置。此法是在炭黑尾氣進入鍋爐燃燒后的煙氣脫硫，脫硫效率高。但此法對設備、管道和煙筒的腐蝕較嚴重，特別是含硫尾氣對燃燒鍋爐的腐蝕很嚴重，必須作好防腐處理，同時注意排放煙筒的安全。

1 栲膠法脫硫原理

本方案以浙江富春江化工有限公司炭黑尾氣處理工程為例。炭黑尾氣中的硫是H2S，栲膠法脫硫的脫硫劑主要成分是：Na2CO3、V2O5和栲膠，分別被溶制成偏礬酸鈉溶液、栲膠溶液后打入系統。栲膠是由許多結構相似的酚類衍生物組成的復雜混合物，商品栲膠中主要含有丹寧及水不溶物等，由于栲膠含有較多、較活潑的羥基，所以在脫硫過程中起著載氧的作用。栲膠的分子式為C14H10O9，即：(HO)3C6H2CO2C6H2(OH)2CO2H，栲膠中的丹寧物質經過堿性降解生成聚酚類物質，利用分子中的酚羥基進行氧化還原。丹寧分子中所含有的羥基對于金屬離子具有一定的絡合作用，在脫硫過程中既是催化劑又是絡合劑，可以有效防止釩沉淀損失。

(1)用純堿溶液吸收H2S，H2S從氣相轉移到液相

Na2CO3＋H2S＝NaHCO3＋NaHS

(2)液相H2S電離生成H＋和HS－

經計算，pH值8-9時溶液中［H2S］、［H+］、［HS－］如表1：

表1 pH值與溶液中［H2S］、［H+］、［HS－］的數值

可見，常規脫硫液（pH值8.5-9.2）中的硫的主要存在形式是HS－。

(3)用析硫催化劑氧化HS－生成單質硫，催化劑由氧化態變為還原態而失去氧化能力。

2NaHS＋4NaVO3＋H2O＝Na2V4O9＋4NaOH＋2S↓

(4)利用載氧催化劑氧化析硫催化劑使其獲得再生，載氧催化劑由氧化態變為還原態而失去活性。

Na2V4O9＋2TQ＋2NaOH＋H2O＝4NaVO3＋2THQ

(5)利用空氣中的氧氣氧化載氧催化劑使其由還原態變成氧化態獲得再生。

4THQ＋O2＝4TQ＋2H2O

(6)生成的單質硫在氧氣氧化載氧催化劑的過程中在氧化再生槽被空氣浮選分離，硫泡沫經過離心機加工成硫磺。堿性水溶液吸收H2S反應是氣液接觸瞬間即可完成，屬于擴散控制，而HS－被氧化成單質硫的反應速度則慢得多。

2 栲膠法炭黑尾氣脫硫裝置系統說明

炭黑尾氣通過現有的引風機后，通過各閥門（開啟入口閥門和出口閥門，關閉旁路閥門）的控制使炭黑尾氣經加壓風機輸送后進入洗氣塔，洗氣塔采用旋流板塔吸收形式。與脫硫循環泵送來的堿性溶液逆流接觸，炭黑尾氣中的硫化氫等被溶液吸收，同時溫度下降，部分水蒸汽從氣相轉移到水中，脫硫后的氣體經過氣水分離器后進入鍋爐燃燒。

從洗氣塔出來的堿性溶液自流入循環池，由冷卻循環泵送到冷卻塔上部，堿性溶液與從冷卻風機送來的空氣逆流接觸，進行傳熱，降溫后的堿性溶液從冷卻塔流進循環池，空氣從塔頂放空。由再生泵抽出一部分脫硫液，經噴射吸空氣后進入再生槽，完成氧化、浮選分離，溶液返回循環池。泡沫流入泡沫槽，經離心機分離，固體主要為硫磺，液體返回循環池。進入循環池的堿性溶液，補加脫硫劑后，調節到脫硫需要的成份，由脫硫循環泵送到洗氣塔繼續脫硫。

2.1 煙氣系統

本系統為克服洗氣塔和汽水分離器以及管道的阻力，需另設置一臺加壓風機。由于脫硫后的炭黑尾氣在塔內經除霧后還有一定的液態水，在進入鍋爐燃燒前，還需進一步的氣水分離，為此，設置了一套氣水分離器。由于炭黑尾氣屬易燃易爆氣體，又可導致人員CO中毒，所以汽水分離器排放水分時，炭黑尾氣不能跑出。

2.2 硫化氫吸收系統

本工程所采用的新型旋流板塔吸收裝置。

洗氣塔是本系統的主要設備，尾氣中的硫化氫就是在此處被洗滌下來的。洗氣塔采用新型旋流板塔，塔內采用經專門設計的液體分布器和氣體分布器，在保證脫硫效率的同時，可有效防止堵塞、短路、偏流等現象出現。洗氣塔的塔體和內件均采用HIC制作。

2.3 電氣儀表控制系統

2.3.1 控制系統

脫硫控制系統采用PLC系統，人機介面。

2.3.2 電氣系統

控制方案與控制技術指標滿足設備工藝控制要求；操作運行方式滿足設備工藝控制要求；電氣聯鎖、設備聯鎖、安全聯鎖滿足設備工藝控制要求。電動機保護方案滿足設備工藝控制要求。

[1]盛于藍.精脫硫技術分析[J].化學工程，2008，1：1-2.

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