栲胶法炭黑尾气脱硫的研究

2022-09-11

从1985年至2005年的二十年间, 中国炭黑产量由年产23万吨增至116611万吨, 即增长了77倍。22000011年以年产炭黑6699万吨生产量超过日本, 成为美国之后的世界第二大炭黑生产国。

随着国家对于环保的重视, 特别是对SO2的排放量的控制, 炭黑尾气脱硫成为了一个必不可少的任务。炭黑尾气中的硫来源于炭黑用油。由于中国煤炭供应的原因, 开始有些高硫煤进入焦炉, 产生了燃烧后的烟气、排气袋滤器的烟气中含硫量超过国家环保标准的限度的情况, 这必须进行处理。烟气脱硫, 一般采用水膜式烟气脱硫技术装置。此法是在炭黑尾气进入锅炉燃烧后的烟气脱硫, 脱硫效率高。但此法对设备、管道和烟筒的腐蚀较严重, 特别是含硫尾气对燃烧锅炉的腐蚀很严重, 必须作好防腐处理, 同时注意排放烟筒的安全。

1 栲胶法脱硫原理

本方案以浙江富春江化工有限公司炭黑尾气处理工程为例。炭黑尾气中的硫是H2S, 栲胶法脱硫的脱硫剂主要成分是:Na2CO3、V2O5和栲胶, 分别被溶制成偏矾酸钠溶液、栲胶溶液后打入系统。栲胶是由许多结构相似的酚类衍生物组成的复杂混合物, 商品栲胶中主要含有丹宁及水不溶物等, 由于栲胶含有较多、较活泼的羟基, 所以在脱硫过程中起着载氧的作用。栲胶的分子式为C14H10O9, 即: (HO) 3C6H2CO2C6H2 (OH) 2CO2H, 栲胶中的丹宁物质经过碱性降解生成聚酚类物质, 利用分子中的酚羟基进行氧化还原。丹宁分子中所含有的羟基对于金属离子具有一定的络合作用, 在脱硫过程中既是催化剂又是络合剂, 可以有效防止钒沉淀损失。

(1) 用纯碱溶液吸收H2S, H2S从气相转移到液相

(2) 液相H2S电离生成H+和HS-

经计算, p H值8-9时溶液中[H2S]、[H+]、[HS-]如表1:

可见, 常规脱硫液 (p H值8.5-9.2) 中的硫的主要存在形式是HS-。

(3) 用析硫催化剂氧化HS-生成单质硫, 催化剂由氧化态变为还原态而失去氧化能力。

2Na HS+4Na VO3+H2O=Na2V4O9+4Na OH+2S↓

(4) 利用载氧催化剂氧化析硫催化剂使其获得再生, 载氧催化剂由氧化态变为还原态而失去活性。

Na2V4O9+2TQ+2Na OH+H2O=4Na VO3+2THQ

(5) 利用空气中的氧气氧化载氧催化剂使其由还原态变成氧化态获得再生。

4THQ+O2=4TQ+2H2O

(6) 生成的单质硫在氧气氧化载氧催化剂的过程中在氧化再生槽被空气浮选分离, 硫泡沫经过离心机加工成硫磺。碱性水溶液吸收H2S反应是气液接触瞬间即可完成, 属于扩散控制, 而HS-被氧化成单质硫的反应速度则慢得多。

2 栲胶法炭黑尾气脱硫装置系统说明

炭黑尾气通过现有的引风机后, 通过各阀门 (开启入口阀门和出口阀门, 关闭旁路阀门) 的控制使炭黑尾气经加压风机输送后进入洗气塔, 洗气塔采用旋流板塔吸收形式。与脱硫循环泵送来的碱性溶液逆流接触, 炭黑尾气中的硫化氢等被溶液吸收, 同时温度下降, 部分水蒸汽从气相转移到水中, 脱硫后的气体经过气水分离器后进入锅炉燃烧。

从洗气塔出来的碱性溶液自流入循环池, 由冷却循环泵送到冷却塔上部, 碱性溶液与从冷却风机送来的空气逆流接触, 进行传热, 降温后的碱性溶液从冷却塔流进循环池, 空气从塔顶放空。由再生泵抽出一部分脱硫液, 经喷射吸空气后进入再生槽, 完成氧化、浮选分离, 溶液返回循环池。泡沫流入泡沫槽, 经离心机分离, 固体主要为硫磺, 液体返回循环池。进入循环池的碱性溶液, 补加脱硫剂后, 调节到脱硫需要的成份, 由脱硫循环泵送到洗气塔继续脱硫。