湿式脱硫法隐藏的腐蚀问题,你了解吗?溶液氧化组分硫酸钠硫酸盐

近几年随着煤炭的紧张,煤质的变差,负荷的增加,湿法脱硫过程中副反应越来越严重,导致生产过程中消耗的增加和设备的腐蚀。

1在脱硫生产过程中除了主反应外,同时还伴随有碳酸氢钠、硫代硫酸钠、硫酸钠、硫氰酸钠等盐类生成的副反应

1.1原因

(1)原料气中二氧化碳是酸性气体,能与碳酸钠作用发生如下反应:

Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3

根据传质速率方程

Na===KG*F*△Pm

其中:Na----吸收速率

F-----吸收界面积

KG---总气相传质系数

△P------塔底、顶CO2分压平均推动力

当其它因素都不变时,如提高PCO2(气相)或降低PCO2(液相)的平衡分压,则因△Pm变化值增大而使其吸收速率增加。在脱硫原始开车时,溶液中全部为Na2CO3,随着吸收CO2反应迅速进行,溶液中NaHCO3逐渐增加。当吸收CO2的量与再生过程中解析CO2的量平衡时,则液相中Na2CO3和NaHCO3的浓度维持不变。一般常压脱硫中,若原料气中CO2量为6~8%,溶液总碱度为0.4N(以Na2CO3计为21.2克/升)时,则Na2CO3量在5~6克/升。NaHCO3量在25克/升左右。在加压脱硫过程中(如变脱)因操作压力较高,CO2浓度也较高,从而使△Pm推动力加大,致使液相中Na2CO3将大幅度下降,一般只占总碱度的5~10%,而大部分为NaHCO3。

(2)在当硫氢根与氧接触时,将生成硫代硫酸盐:

2HS-+2O2===S2O32-+H2O

此反应大部分在再生槽内发生,因槽内空气充足,液相中溶解氧含量高,当生产负荷较重而再生效果又较差时,贫液电位较低,被吸收下的来的硫化氢未能在反应槽内全部氧化为单质硫,而有相当量的硫氢根过氧化进入氧化槽被空气氧化为硫代硫酸盐。当溶液温度高于60℃、pH值大于9时,此副反应速度明显增加(一般液温在40±2℃,pH值在8.5左右,故问题不大)。原料气中含有少量氧,在吸收塔内也将有硫代硫酸钠生成(一般氧含量在0.4%,故此影响较小)

S2O32-+1/2O2===SO42-+S↓

当溶液温度较高时,此副反应速度加快。

(4)原料气氰化氢具弱酸性,在与碱液接触时,几乎全部被吸收,生成氰化钠,并进一步生成硫氰化钠。其反应式为

2HCN+Na2CO3===2NaCN+H2O+CO2

2HS-+2CN-+1/2O2===2CNS-+H2O

Na2CO3+2HCN+2S===2NaCNS+H2O+CO2

此副反应严重与否主要取决于原料气中HCN含量的高低.

(5)溶液中的悬浮硫也是发生副反应的原因之一,其反应式为:

S+SO32-===S2O32-

S+(O)===SO42-

S+6OH-===2S-+S2O32-+3H2O

其程度将随硫颗粒的变小(硫粒小易带电荷且表面积大,具较高活性),悬浮硫量的增加以及液温升高而反应加快。

4H2O2+2HS-===S2O32-+5H2O

S2O32-+H2O2===SO32-+H2O

(6)在再生氧化过程中,溶液中的酚被空气氧化为醌的同时,有一定量的双氧水生成。若此时液中催化剂的量低,则因双氧水过剩而发生如下副反应:

S2O32-+H2O2===SO42-+H2O

(7)在高温熔硫时,硫与碱及其它物质反应较迅速,有大量副盐生成,其中以硫代酸钠及硫氧根副反应为主。

2Na2S2O3+S===Na2S+Na2S4O6

S0+6OH-====2S2-+S2O32-+3H2O

4Na2S2O3====3Na2SO4+Na2S+4S↓

1.2副反应的影响与危害

(1)因吸收H2S是靠Na2CO3来完成的,所以如碳化反应严重,溶液中Na2CO3含量过低,将影响脱硫效率,并因溶液PH降低而使再生溶液吸氧差,对析硫不利。

(2)若副反应严重,则碱耗剧增,有时虽大量补碱也难以维持碱度在指标之内,直接影响吸收与再生,造成生产被动和生产成本增加。

(3)当硫酸钠盐类增长至一定值时,溶液对设备腐蚀加剧,由于硫酸钠溶解度低,故天冷时易析出结晶堵塞管路。

(4)当溶液中副盐总量很高时,溶液粘度、比重增加,致使动力消耗加大且影响传质和传热,不利吸收和再生。

(5)溶液中副盐高还会加快硫代硫酸盐的生成,降低硫的回收率等。

1.3解决办法

HCO3-+H2O——→←——H2CO3+OH-——→←——H2O+CO2↑+OH-

鉴于吸收的客观条件无法改变,所以降低溶液中NaHCO3提高Na2CO3含量主要靠再生气提来完成,其次是加热分解。目前喷射再生较理想,再生氧化效率高,且气提效果显著,能降低溶液中CO2的物理溶解量,因而使NaHCO3能较快地转变为Na2CO3。

对于加压脱硫来说,如有条件应使从吸收塔底流出的富液先经过敞口反应槽,或是增加闪蒸槽,减压闪蒸释放出大量溶解的CO2后进行再生,其效果要好的多。

(3)注意溶液中各组分含量适当,操作条件适宜,使析出硫黄颗粒大,并加强过滤,降低液中悬浮硫量。

(4)保证溶液温度适宜,既保证了吸收和再生反应正常,又降低了副反应速度。

(5)原料气中氧含量应≤0.4%。

(6)未经处理的熔硫废液最好不回收,因其含有副盐量较高,回收后系统内溶液副盐量将急剧增加。再者若回收时废液处理不当,将会引起系统内溶液严重发泡,致使溶液大量溢出造成损失。

(7)当溶液中副盐量过高(如NaCNS≥80克/升Na2S2O3≥150克/升)时,应进行处理,一般是连续分批提出部分溶液。抽真空加热浓缩,再冷却,析出副盐结晶,若为了简便,也可在天冷时排出一定量液,降温使Na2SO4析出结晶(含结晶水),再将溶液加入系统内,此法主要对除Na2SO4有效。

(8)对于生成硫氰化钠的副反应目前还无法消除(氰化氢对以后工序也有一定影响,应予脱除)。而其它副反应也只能尽量减少,但不能绝对完全消除。当副反应生成率较低,又因熔硫及其它各方面溶液部分损失时,溶液中副盐含量较低,并较稳定。

2腐蚀

2.1原因

(1)化学腐蚀。在吸收塔底、气液相部位,因硫化氢含量较高,在水蒸汽存在下与铁作用生成疏松的硫化亚铁。此硫化亚铁在溶液及气流的机械冲刷下剥落。如此反复进行使腐蚀加剧。

(2)电化学腐蚀(有水及电解质存在时发生的腐蚀)

(3)氧浓差电池在设备内硫的疤下部位浓度低。此为阳极,其它部位为阴极,构成原电池。

(4)氧浓差电池,使硫疤下H+富集酸性增强。

(5)氢去极化腐蚀。硫化氢与铁作用生成硫化亚铁,同时有氢产生,而氢气渗透力强,发生硫化物破裂――氢脆。

(6)溶液中氯根高也会加重腐蚀。

(7)液相部位,若液中电解质硫酸钠高于40克/升,悬浮硫高及局部溶液较长期不流动都会发生较重腐蚀。当硫酸钠含量达80克/升或更高时则设备腐蚀严重。

2.2发生腐蚀的部位及相对程度

一般在硫泡沫槽内积硫处,吸收塔气液相界面部位,再生槽液面以上喷射器部分,反应槽内及有死液部位腐蚀较重,贫液管道,再生槽次之,循环槽较轻。所产生的腐蚀基本上是不均匀的点腐蚀。

不同的硫硫方法其腐蚀情况有所差别,一般腐蚀较重部位年腐蚀率在0.5~0.9毫米/年左右,轻者在0.05~0.1毫米/年左右。

2.3缓蚀作用

溶液中的组分适宜具有一定的缓蚀性,但当溶液中硫酸盐及悬浮硫较高时,其缓蚀作用也不明显。

2.4减轻腐蚀及防腐方法

(2)保证溶液组分含量适宜,使析硫颗粒较大,便于分离,并加强再生管理,以尽量降低溶液中悬浮硫。

(3)使用的设备管道内的溶液应保持小流动或定期排放,防止硫沉积。

(4)易发生严重腐蚀的部位,在开车前应彻底打砂环氧防腐。

THE END
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