淺談戈爾薄膜過濾器在硫回收中的應(yīng)用

　1、概　述
　　在氮肥生產(chǎn)中,脫硫工段是一個重要的凈化工序,而硫泡沫的分離回收則是脫硫工段的重要組成部分。硫泡沫分離得好,對脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、降低車間成本和減少環(huán)境污染都有著積極的推動和保證作用。
　　硫泡沫是脫硫工段吸收H2S 后的脫硫富液在再生過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物,呈泡沫狀,是一種液固混合物。固體主要為硫磺顆粒,一般采用過濾的方法將硫泡沫進行分離,清液返回系統(tǒng)重復(fù)使用,硫磺則作為副產(chǎn)品回收。
　　多年來,中小氮肥廠采用的硫回收工藝多為轉(zhuǎn)鼓過濾機連續(xù)過濾、熔硫釜間歇熔硫工藝。該流程的特點是設(shè)備多、流程長、土建費用高。90 年代初,邯鄲鋼鐵公司發(fā)明并申請了連續(xù)熔硫?qū)＠O(shè)備,將硫泡沫的分離與熔硫集中于同一臺設(shè)備內(nèi)完成,設(shè)備的上部用于分離硫泡沫,下部用于熔硫。該設(shè)備的發(fā)明,大大簡化了硫回收流程。但其本身也存在致命的弱點,因該設(shè)備容積有限,硫泡沫分離不夠完全,返回脫硫系統(tǒng)的清液懸浮硫含量高,又因分離硫泡沫的操作溫度較高(70～90 ℃) ,脫硫液易產(chǎn)生副反應(yīng),有效成分降低,不利于脫硫系統(tǒng)的正常運行,因此該技術(shù)未得到廣泛的應(yīng)用。
　　通過近幾年的實際應(yīng)用,證明戈爾薄膜過濾技術(shù)對硫泡沫的分離是一種較好的方法,值得推廣和應(yīng)用。它不僅簡化了流程,操作溫度較低(常溫) ,而且分離效果好(硫磺顆粒s0. 5 微米) ,從根本上解決了硫泡沫分離問題,可以說戈爾薄膜過濾器在硫回收系統(tǒng)的應(yīng)用,是硫回收工藝技術(shù)的重大改進。

　2、戈爾薄膜過濾技術(shù)
　　2.1工藝流程(見附圖1)
　　來自再生槽的硫泡沫,流入硫泡沫池,用硫泡沫泵打入戈爾薄膜過濾器,在濾袋薄膜兩側(cè)形成0. 11～0. 15 MPa 的壓差,清液透過薄膜流入過濾元件內(nèi)并上升至清液腔,清液自上部溢流出來返回脫硫系統(tǒng)循環(huán)使用。硫磺顆粒被攔截在薄膜外表面,形成濾餅,隨著過濾的進行,濾餅厚度增加,過濾阻力增大,此時,通過自動控制系統(tǒng)關(guān)閉硫泡沫進料閥A ,打開反沖閥C ,進入反沖洗膜狀態(tài),靠液封槽與過濾器之間的位差,清液逆向流動,將濾袋表面的濾餅反沖至污液腔,濾餅在污液腔沉降到底部,關(guān)閉反沖閥C ,反沖結(jié)束。系統(tǒng)重新進入過濾狀態(tài)。當?shù)撞繛V餅積累到一定量時,系統(tǒng)自動打開底部排渣閥B ,將濾餅排至脫水器。

　　脫水器操作時,關(guān)閉排渣閥B ,由進氣口通入0. 3 MPa 的壓縮空氣,向下擠壓硫膏,硫膏中的水分從70 %～80 %脫至40 %～50 % ,清液通過濾布排出,返回脫硫系統(tǒng)。硫則進入熔硫釜,進一步熔制成精硫。

　　2.2主要設(shè)備及性能
　　a) 戈爾薄膜過濾器是整個過濾系統(tǒng)的核心設(shè)備,它主要由過濾元件、花板、清液腔、污液腔、筒體五個部分組成。
　　過濾元件是該過濾器的核心元件,由濾袋套在開滿小孔的圓管上組成。通過過濾元件將硫泡沫與清液分離。

　　花板上均勻開孔,用以固定過濾元件。筒體上部敞口,為清液腔,下部錐體部分為污液腔,中部為過濾段,花板布置在筒體上部約1/ 4 處,將清液腔與過濾段分開。
　　b) 液封槽的作用是在過濾時形成液封,反吹濾餅時反沖閥打開,過濾器與液封槽之間形成一定的位差,使得清液反流,濾餅從薄膜表面脫落。
　　c) 脫水器是安裝在過濾器底部,利用氣壓原理,通入壓縮空氣,進一步脫出濾餅中的水分。
　　戈爾薄膜過濾器選用的主要依據(jù)是現(xiàn)場實驗。由戈爾公司專業(yè)人員用該公司特制的實驗裝置,到現(xiàn)場取樣,測試樣品的過濾速率,反吹的難易。再由工廠分析化驗室測定餅的濕含量,濾液的含固量等。通過實驗結(jié)果分析,確定能否選用該過濾器。
　　戈爾薄膜過濾器計算公式為:
　　N = Q/ FU
　　式中: N 　　濾袋數(shù)量,個
　　Q 　　硫泡沫處理量,m3/ h
　　U 　　過濾速率,m3/ m2 . h (通過現(xiàn)場實驗確定)
　　F 　　一個濾袋的過濾面積,m2
　　根據(jù)上式計算得出的濾袋數(shù)量,考慮今后擴建的需要和理論與實際的偏差,進行適當放大,一般放大20 %～40 % ,從而確定過濾器尺寸。
　　2.3自動控制系統(tǒng)
　　自動控制系統(tǒng)由工業(yè)控制器PLC、氣動總成和一組撓性閥組成。PLC 控制流程在出廠前已調(diào)試完畢,現(xiàn)場安裝時根據(jù)不同特性的過濾物料調(diào)整每個狀態(tài)運行時間,通過電磁閥組和撓性閥組自動完成過濾---反沖---排渣等全過程。
　　2.4 　主要技術(shù)特點
　　戈爾薄膜過濾器與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)鼓過濾機相比,具有以下特點:過濾精度高,分離效果好;摩擦系數(shù)低,不堵塞;濾餅反沖容易所需時間短(10～20s) ,與過濾時間相比,幾乎可以忽略不計,可以看作連續(xù)過濾;濾袋清洗更換方便,壞一個換一個,經(jīng)濟、省力; 使用壽命長(一般在兩年以上) 。其相關(guān)技術(shù)性能指標比較見表1。

　3、應(yīng)用與討論
　　3.1 　應(yīng)用實例
　　戈爾薄膜過濾技術(shù)與傳統(tǒng)的硫回收技術(shù)比較,具有設(shè)備精良,分離效果好。流程短,管理維修方便。公用工程消耗低,運行費用低,占地面積小,土建費用低等明顯優(yōu)勢。因此該過濾器雖然只有5～6a 的推廣應(yīng)用歷史,但發(fā)展很快,在許多領(lǐng)域都得到了不同程度的應(yīng)用和認同。在國內(nèi)已有一百多廠家采用,用于氮肥廠、煤氣廠、焦化制氣廠脫硫工段回收系統(tǒng)硫泡沫的分離的廠約占三分之一,在其它方面的應(yīng)用也很多,如氮肥廠造氣工段除塵廢水的處理,磷肥廠含磷廢水的處理,鹽礦的鹵水精制,硫酸廠酸性廢水中重金屬離子的處理等。云南通海氮肥廠、昆明化肥廠等也有應(yīng)用。

　　通海氮肥廠現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)能力為3 萬t/ a ,以粉煤(碳化煤球) 為原料制取半水煤氣,半水煤氣中含硫化氫較高(7～10 g/ m3) 。硫泡沫處理量: 3～5 m3/ h ,含固量: 50～70kg/ m3 ,90 %硫磺顆粒粒徑大于1. 0μm。
　　98 年初采用戈爾薄膜過濾技術(shù)。
　　通過現(xiàn)場測定,過濾速率取0. 5 m3/ m2·h
　　過濾器過濾面積10 m2過濾器直徑DN1 000 mm ,高= 4 500 mm
　　投入運行后,過濾器基本達到預(yù)期的效果,濾液中懸浮硫含量小于50 ×10 - 6mg/ L ,操作穩(wěn)定。
　　過濾器底部安裝脫水器,硫膏經(jīng)排渣閥后進入脫水器進一步脫水,含水約40 %～50 % ,再送入熔硫釜,熔制成精硫磺,這樣既節(jié)省了蒸汽消耗,縮短了熔硫時間,又提高了硫磺的收率,收到了較為滿意的效果。
　　昆明化肥廠繼通海氮肥廠之后,也選用了同樣尺寸的戈爾薄膜過濾器,用于分離硫泡沫。該廠以焦炭為原料生產(chǎn)半水煤氣,在此之前,由MSQ 脫硫改為栲膠脫硫,再生后的硫磺顆粒細小,浮選和分離困難,大量的硫磺顆粒返回脫硫系統(tǒng),導(dǎo)致堵塔,嚴重影響了整個脫硫系統(tǒng)的正常運行。
　　該廠所用硫回收流程與通海氮肥廠基本相同,不同之處在于,過濾器排出的硫膏未經(jīng)熔硫,直接賣生硫。
　　采用戈爾薄膜過濾器后,硫泡沫中99 %硫磺顆粒被分離出來,脫硫液中的懸浮硫含量大為降低,脫硫系統(tǒng)恢復(fù)正常運行,生硫產(chǎn)量比以前提高一倍多,效果非常明顯。
　　3.2問題與討論
　　最近,作者到通海氮肥廠對戈爾薄膜過濾的使用情況進行回訪,了解到該過濾器在過濾一段時間后,過濾阻力增大,速率明顯減小。拆開過濾器檢查,發(fā)現(xiàn)濾袋表面附有一層硫磺顆粒,呈蛋糕狀,且反吹下來的濾餅不容易下沉。經(jīng)過認真分析研究,可能存在下列問題:
　　a) 由于該廠采用白煤造氣,氣體中含焦油較多,因焦油粘度大,顆粒小,硫磺中含有一定焦油,吸附在濾布表面,由于反吹的力較小,難于反吹干凈,導(dǎo)致阻力增加。
　　b) 硫泡沫在再生槽內(nèi)停留時間過長,硫泡沫與溶液中的有機物發(fā)生吸附反應(yīng),硫泡沫比表面積增大,比重減小,難于下沉。
　　針對上述問題,采取如下措施:定期清洗濾袋,以提高過濾速率,但勞動強度較大。調(diào)整工藝操作參數(shù),減小硫泡沫在再生槽內(nèi)停留時間,基本解決了濾餅的沉降問題。
　　而昆明化肥廠是以焦炭制氣,使用效果很好,不存在上述問題。
　　綜上所述,戈爾薄膜過濾技術(shù)用于半水煤氣中含焦油較少的廠是適用的,對于半水煤氣中含焦油較高的廠,建議在脫硫之前增加除焦油裝置,再用戈爾過濾技術(shù)分離硫泡沫。戈爾過濾技術(shù)應(yīng)用于硫泡沫分離有許多突出的優(yōu)點,但也有其局限性,選用時要全面考慮。

　　4、結(jié)　語
　　采用戈爾薄膜過濾器分離硫泡沫,是目前較先進的硫磺回收工藝。該工藝流程短,設(shè)備少,自動化程度高,消耗低,操作維修方便,在硫回收方面具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。