导致半水煤气中Na2CO3消耗过高的多种因素

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湿式氧化法脱硫在我国已有几十年的发展历史,脱硫剂的不断更新直接推动了脱硫工艺的技术进步,脱硫工艺、设备的不断改进满足了企业飞速发展的需要。在半水煤气脱硫中,碱源的选择不外乎Na2CO3NH3。基于操作稳定性、运行成本、环保压力等多方面的因素,毫无疑问最可行的是以Na2CO3为碱源,少数以NH3为碱源的厂家也都在相继向Na2CO3过渡。

随着化肥企业的的飞速发展,市场竞争日渐激烈,又加上原料煤的供应困难问题日趋严重,导致高硫煤被广泛应用,脱硫的负荷越来越重,各厂对脱硫效率的要求也越来越高。在这种形式下,以Na2CO3为碱源的半水煤气脱硫,不少问题油然而生。我们在脱硫生产运行中提倡的是低溶液组份、大循环量的工艺操作,但所谓低溶液组份是以满足生产需要为前提的。在以Na2CO3为碱源吸收H2S的操作过程中,由传质系数KG的计算式:

KG=AW1.3Na0.1B-0.01

(式中A为常数, W为吸收塔操作气速,Na为溶液中Na2CO3含量,B为吸收过程液气比)得知:当Na2CO3含量升高时,吸收过程传质系数KG将会增大;又由传质速率方程式

G= KG×F×△Pm

G为单位时间吸收的物质的量,KG为传质系数,F为吸收面积,△Pm为吸收过程平均推动力)得知:当KG增大时,吸收速率G将会增会提高,所以,当Na2CO3含量升高时,吸收速率将会加快。因此,在脱硫效率达不到要求时,提高Na2CO3含量是最行之有效的办法。但是,经常会遇到Na2CO3消耗过高的问题,虽大量加碱却碱度变化不大,有时甚至反而下降,严重影响了脱硫效率,给脱硫及至全厂的生产带来危害,直接损害了企业的经济效益。与多数人普遍关注的堵塔现象相比,这种问题的出现更具危害性,其产生的原因更具隐蔽性。但是,如果我们全面分析,找出原因所在,表本兼治,就会消除危机,使生产趋于稳定。为此,笔者对Na2CO3消耗过高产生的原因谈谈个人见解,不当之处,请批评指正。


1 NaHCO3/ Na2CO3过高,导致Na2CO3消耗过高

脱硫液吸收H2S的反应属酸碱中和反应,PH值的高低,反应着脱硫液吸收H2S的能力,而NaHCO3/ NaCO3的高低,决定着溶液的PH值,其比值越大,溶液的PH值下降,吸收H2S的能力下降,导致Na2CO3的消耗增加。半水煤气中一般要求NaHCO3/ Na2C035,若比值>5,碱耗会大幅增加;若过高,将容易出现NaHCO3结晶析出,大量加碱,碱度变化也不大。导致NaHCO3/ NaCO3过高的原因主要有以下几个方面:

1.1 半水煤气中CO2含量偏高

众所周知,在脱硫液吸收H2S的反应中伴随着如下反应:

Na2CO3+CO2+H2O=2 NaHCO3

根据气体分压定律,得:PCO2=P×YCO2

其中PCO2为气相中CO2的分压;P为气相总压;YCO2CO2在气相中的摩尔分率。

因低压下的气体混合物的各气体摩尔分数与体积分数等值,所以当气相CO2的体积含量升高时,即摩尔分率YCO2增加,在气相总压P不变的情况下,CO2的分压PCO2也会随之升高。

PP*是吸收过程的推动力(P是吸收质的分压,P*是与液相溶质成平衡的气相分压,当的体积含量升高时,其分压也随之升高,差值PP*将增大,溶液对CO2的吸收速率加快,导致NaHCO3含量升高,Na2CO3的消耗增加。

CO2的含量高影响碱耗的情况不仅在变脱中表现突出,在半水煤气脱硫中也不乏其例,特别是以煤球、煤棒或灰熔点较低的块煤为原料煤的厂家,半水煤气中CO2含量经常超过9%,此时NaHCO3/ Na2CO3将增大,要维持Na2CO3的含量,势必增加碱耗。如河南某厂,在一段时间内,半水煤气中CO2含量达12%Na2CO3含量在3g/L下时,NaHCO3含量经常达35g/L以上,这也成为该厂碱耗过高的原因之一。

1.2 溶液的温度控制太低

根据亨利定律:P*=EX

P*—溶质在气相中的平衡分压;E—亨利系数;X—溶液中溶质的摩尔分率),得知:当CO2气相分压不变时,其在溶液中的摩尔分率随其亨利系数的减小而增大,而亨利系数则随温度的降低而减小(见下表一、表二),所以,当温度降低时,CO2在溶液中的摩尔分率将增大,化学反应

Na2CO3+CO2+H2O=2 NaHCO3

将有利于向生成物NaHCO3的方向移动,使NaHCO3的平衡浓度增。