煤氣脫硫中脫硫液的處理

吳金鶯

（山西焦化集團有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

當前，在焦化企業的生產中，為提升煤氣質量，煤氣脫硫已成為焦爐煤氣生產工藝中不可或缺的一個步驟，在該過程中通常應用濕法脫硫工藝，即應用堿性吸收液吸收焦爐煤氣中的含硫組分。但在該過程中，會產生硫氰酸鹽與硫代硫酸鹽等副產物，隨著吸收液的循環使用，副產物的濃度也相應增大，進而影響脫硫效果，這就必須對部分脫硫液進行更換。而更換下的脫硫液如何進行處理則是需要著重討論的一項內容[1]。

1 脫硫液處理工藝流程及原理

某焦化企業以往采用加入調整劑的提鹽工藝對煤氣脫硫中產生的廢棄脫硫液進行處理，其主要工藝是，通過加入強氧化劑，將硫代硫酸銨轉換為硫酸銨，而后應用分布結晶法，將硫酸銨與脫硫液中原有的硫氰酸銨進行提取。在該工藝的運行過程中，產品生產效率和純度偏低的問題長期存在，同時設備的腐蝕情況也較為突出。為有效解決此類問題，決定對脫硫液處理工藝進行優化，優化后的工藝流程圖如圖1 所示。

基于該工藝流程，脫硫液處理主要分為以下步驟：應用活性炭進行脫色處理，以確保結晶后得到無色產品；采用負壓蒸餾濃縮技術，將蒸餾釜溫度控制在60～90 ℃，使廢液中的氨能夠有效蒸出，同時對溶液中的鹽分進行分離；在硫氰酸銨純度達標的前提下，控制壓濾溫度為70～75 ℃，確保硫氰酸銨的大量析出；進行降溫結晶和一次離心；使用硫氰酸銨飽和溶液對粗產品進行加熱再溶解，并重復進行熱過濾和降溫結晶操作；進行二次離心和干燥，以得到質量較優的產品[2-4]。

2 主要工藝參數優化

在脫硫液提鹽工藝整體優化后，為進一步提升提鹽產品的綜合質量，本次研究中，分別從以下幾個方面著手，對主要工藝參數進行優化。

2.1 對脫色操作進行優化

在本次優化后的脫色環節中，將以往的脫色柱變更為不銹鋼脫色釜，并增設壓濾機用于活性炭的壓濾，基于該過程，脫硫液將在脫色釜中與活性炭混合以實現脫色，并通過壓濾機進行分離[5]。同時在該步驟中，活性炭的添加量是決定脫色效果的關鍵因素，過低則不利于無色晶體制備，而過高又容易造成資源浪費，就此，設置五個不同梯度的添加量，檢查其脫色效果，具體如圖2 所示。

圖2 不同活性炭加入量的脫色效果對比

圖中的五種顏色從左到右分別對應活性炭添加量為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%和3.5%時的脫色后脫硫液顏色。據此可見，當活性炭加入量不高于2%時，溶液顏色相對較為突出，均為綠色，表明此時的脫色效果不良，不利于后續得到無色晶體，而添加量在3%以上時，脫色效果則沒有明顯變化，因此確定將活性炭添加量控制在3.0%，此時可得到淺黃色的脫色液。

2.2 對濃縮操作的影響進行分析

對濃縮操作的影響進行分析，分析結果如表1所示。

表1 不同濃縮終點溫度下的實驗效果

根據表1 中的實驗結果可見，濃縮終點溫度過高或過低都會導致實驗效果受到較為明顯的影響，當濃縮終點溫度偏低時，硫氰酸銨的結晶點過低，導致濃縮液中的硫氰酸銨無法達到過飽和，從而影響產量；而當濃縮終點溫度過高時，隨著濃縮液鹽分的大量析出，濃縮液的黏稠度進一步增加，且部分硫代硫酸銨將被氧化為硫磺，進而引起較高的管道堵塞風險，對實際生產則較為不利。據此進行綜合判斷后，確定濃縮終點溫度調節在80～90 ℃，此時最適合對濃縮液進行壓濾，同時在該溫度范圍下，溶液中的硫氰酸銨也已達到飽和點，由此可獲得相對更高的產量。

2.3 對壓濾操作的溫度參數影響因素進行分析

以研究不同壓濾溫度下的硫氰酸銨產品的影響，實驗結果如圖3 所示。

圖3 不同壓濾溫度下的硫氰酸銨結晶點與純度

同時根據實際實驗觀察獲知，當壓濾溫度在70 ℃以上后，硫氰酸銨的產量處于較高水平，低于此溫度則產量較低。據此綜合分析可知，過高的壓濾溫度會導致濃縮液中硫酸銨和硫代硫酸銨無法完全析出，造成硫氰酸銨的純度受到影響，此時雖然硫氰酸銨產量較高，但純度相對較低，且降溫結晶時晶比過高，在實際生產中的可行性相對偏低。而壓濾溫度較低時，硫氰酸銨產品的產量也處于相對較低的水平，但濃縮液中硫酸銨和硫代硫酸銨能夠完全分離，使得硫氰酸銨的純度相應提高。綜合上述分析，為兼顧純度和產量，將壓濾環節的溫度控制在70～75 ℃。

2.4 對硫氰酸銨一次降溫結晶過程的循環水流量因素帶來的影響進行研究

在該步驟中，控制其他參數保持不變，調整不同的循環水流量觀察降溫效果，結果如表2 所示。

表2 不同循環水流量下的降溫效果

根據表2 中的實驗現象可見，為確保盤管表面基本不受晶體覆蓋影響，并確保降溫速度符合實際生產需要，將冷卻水流量控制在12～18 m3/h 相對較為合理。

2.5 對一次硫氰銨再溶解過程進行優化

在確定以上方面的實驗參數后，研究人員進一步對一次硫氰酸銨再溶解過程予以優化，在優化后的流程當中，壓濾液體在一次結晶槽內降溫處理，處理完成后再對其進行離心分離，以得到硫氰酸銨。此時分離出的硫氰酸銨的純度可超過90%，而后將其在溶解釜內再次溶解和離心操作，以上步驟完成后母液即返回濃縮釜內再次濃縮處理，直至溶解釜內的硫氰酸銨成為飽和溶液后，再將其輸送至二次結晶釜中。在這一環節中，為確保硫氰酸銨可得到快速溶解，在溶解過程中，將溶解釜內溫度提升至85 ℃左右，確保在最大程度溶解硫氰酸銨的同時，避免硫代硫酸銨被氧化為硫磺而影響硫氰酸銨的純度。

在此基礎上，在二次結晶槽中，使用8 ℃的低溫冷凍水，將飽和溶液迅速冷卻至25 ℃以下，使硫氰酸銨達到過飽和度后析出，以此得到純度較高的硫氰酸銨晶體。結晶環節結束后，剩余的母液仍含有一定量的硫氰酸銨晶體，因此為提升產率，將其再次送入離心機中進行固液分離，得到的硫氰酸銨產品純度大于98%，而后將離心分離后得到的母液再次打回至溶解釜中以實現重新溶鹽。

2.6 對干燥過程進行優化控制

考慮到初步處理完成后的產品中水分含量相對較多，需要盡快干燥，因此對干燥工藝流程進行優化，以引風筒作為干燥設備進行熱風干燥，其工藝流程如圖4 所示。基于該流程，干燥過程工藝通過以下幾個方面予以控制：將二次離心環節結束后產生的硫氰酸銨產品放置于料斗中，由螺旋給料機將其輸送至引風筒內，引風筒內通入100 ℃熱風，推動硫氰酸銨成品在引風筒內不斷向上運動以實現多余水分的脫除。干燥完成后，將熱風與硫氰酸銨晶體的混合物引入旋風分離器中，實現固相與氣相之間的分離，其中固相（即干燥后的硫氰酸銨產品）將在自身重力作用下沉降至旋風分離器底部，直接包裝即可。在固相與氣相分離后，氣相將進入噴淋塔進行處理，處理完成后直接排入空氣中。

圖4 干燥工藝流程圖

3 實際應用效果測試

在本次脫硫液提鹽工藝優化完成后，將優化后的工藝投入實際使用60 d，并與同一時間跨度內的傳統工藝進行對比分析，對比分析結果如表3 所示。

表3 兩種提鹽工藝的主要運行參數對比

根據上表中的對比結果可知，在應用優化后的工藝基礎上，相較于原工藝，各項指標均呈現顯著進步，這表明本次脫硫液提鹽工藝的優化取得了一定的效果，具有一定的實際應用價值。

4 結語

在本次研究工作中，針對當前煤氣脫硫環節中脫硫液的處理工作，以某焦化企業為研究對象，對其既有的脫硫液處理工藝進行全方位優化，并對相關工藝參數做進一步的優化和確認，最終打造優化后的煤氣脫硫液提鹽工藝模式。通過對該工藝模式進行實際應用測試后得知，本次工藝在能耗、成本和產品質量指標上均取得了一定的優勢，證明本次研究取得了初步的成功。