氨法脫硫有干法、半干法和濕法脫硫工藝,本篇講述的是濕法工藝中,脫硫副產(chǎn)物硫酸銨的結(jié)晶影響因素。
采用氨水作為吸收劑,將煙氣中的二氧化硫脫除,具有工藝系統(tǒng)簡單、脫硫效率高、技術(shù)成熟、不易結(jié)垢堵塞、副產(chǎn)物硫銨可做肥料等優(yōu)勢,但硫銨結(jié)晶是非常重要的單元步驟,目前硫銨結(jié)晶過程中存在硫酸銨晶粒細小,周期性不出料的問題,影響系統(tǒng)穩(wěn)定性能,增加運行成本。氨法脫硫副產(chǎn)物處理工藝中,為獲得晶形優(yōu)良的硫銨晶粒,對結(jié)晶溫度、攪拌速率、pH以及亞硫酸銨、硝酸銨等雜質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響進行分析研究。
硫銨結(jié)晶主要由過飽和溶液的形成、晶核的產(chǎn)生和晶體的成長幾個階段組成。硫銨漿液形成過飽和溶液,達到一定過飽和度后,析出固相微觀晶粒,這是晶核的形成過程,也稱為初級成核,接著是晶核的長大也稱為晶體的生長過程。同時,由于晶液的流動,晶體之間及晶體與設(shè)備之間的摩擦、碰撞,液體對晶體表面的沖刷,又產(chǎn)生新的晶核,稱為二次成核。通常晶核的形成和晶體的成長是同時進行的。在結(jié)晶過程中,無論是晶核的形成,還是晶核的生長,都要消耗溶液中的溶質(zhì),均以一定的過飽和度為推動力。每一粒晶體都是由一粒晶核生長而成的,在一定條件下,如果晶核成核速率越大,晶核的生成量越多,溶液中有限的溶質(zhì)要同時供應(yīng)大量的晶核生長,晶核的生長速率就越慢,結(jié)果導(dǎo)致大量的細小結(jié)晶;反之,晶核的生成量越少,結(jié)晶粒度就會長得越大。
1 影響因素分析
1.1 雜質(zhì)對硫銨結(jié)晶的影響
硫銨漿液中可能會含有煙氣、水等帶入的鐵、鋁、銅、砷、鉛、氯等離子,這些例子易吸附在硫銨晶核表面,遮蓋結(jié)晶表面的活性區(qū)域,使晶體生長緩慢,金屬離子對硫銨結(jié)晶長大有較大的影響,尤其是鐵離子的影響最大,使晶粒細小易碎,而離心機無法對瀟瀟的晶體顆粒進行分離,造成溶液的過飽和度升高,在運行過程中,主要表現(xiàn)為結(jié)晶器內(nèi)細小晶粒大量堆積,液位不斷升高,晶體卻無法分離。
金屬離子對結(jié)晶的影響:Fe3+會減速結(jié)晶的速度,在溶液中的濃度到0.1%會促使硫酸銨晶體變長,而在較高的濃度時生成針狀晶體;Pb2+會促使大粒硫酸銨晶體析出;Mn2+會促進晶核生成,有它們存在的時候硫酸銨結(jié)晶為粗大的片狀晶體;Zn離子也能促使生成比較完善的硫酸銨晶體,顆粒較圓,尺寸增大。
1.2 pH對硫銨結(jié)晶的影響
pH對結(jié)晶的影響主要表現(xiàn)在兩個方面,一是對結(jié)晶形狀的影響,而是破壞結(jié)晶的正常生長條件。在一定條件下,隨著溶液的pH值的升高,溶液的介穩(wěn)區(qū)減小,硫銨晶形由多面體顆粒變成細長的六棱體柱形,甚至針形。同時母液粘度增加,硫銨分子擴散阻力增加,阻礙晶體的正常生長。當(dāng)pH為5~6時,硫銨晶體可生長為較大的圓形晶體。當(dāng)溶液的pH值突然降低時,溶液中的細小晶體消失,破壞了晶體正常的生長條件。
1.3 攪拌速率對硫銨結(jié)晶的影響
攪拌速率增加,硫銨晶粒呈減小的趨勢。這主要是以為攪拌速率增加,晶體之間以及晶體與設(shè)備之間的碰撞幾率和碰撞程度都增加,有利于二次成核,不利于晶體長大,形成的晶體粒徑較小。較低的攪拌速度下,容易生成棒狀或針狀的硫銨,較高的轉(zhuǎn)速下,晶體長徑比較小,這主要是棒狀或針狀晶體在高碰撞下破碎造成的。另外,攪拌轉(zhuǎn)速較低,晶漿中晶體分布不均勻,較大顆粒硫銨在結(jié)晶器底部,不能較好的參與循環(huán),與其他晶體和設(shè)備間的碰撞幾率也低,導(dǎo)致生成的硫銨晶體分布不均勻,研究表明,優(yōu)化的攪拌轉(zhuǎn)速為250r/min。
1.4 母液晶比對硫銨結(jié)晶的影響
晶比的大小直接影響結(jié)晶的粒度。晶比過大時由于摩擦碰撞機會增多,大顆粒結(jié)晶被破碎,使二次成核量增大,晶體成長速率減慢,晶體粒度減小,并使母液攪拌阻力增加,導(dǎo)致攪拌不良,同時減少了氨與硫酸反應(yīng)所需的容積,不利于氨的吸收,還易加重堵塞情況;晶比太小可能出現(xiàn)晶核量少,使過飽和度升高,產(chǎn)生大量的初級成核,使結(jié)晶粒度減小,晶比太小,使取出次數(shù)增加,縮短了晶體的生長時間,同樣使晶體粒度減小。
1.5 亞硫酸鹽對硫銨結(jié)晶的影響
脫硫漿液中含有未氧化完全的亞硫酸銨,亞硫酸銨的存在對晶體的生長有一定影響。不同亞硫酸銨濃度下,硫酸銨晶粒分布曲線如下:
圖 不同亞硫酸銨含量下硫酸銨粒徑分布曲線
1.6 硝酸銨和尿素對硫酸銨結(jié)晶的影響
化肥生產(chǎn)企業(yè)會產(chǎn)生含硝酸銨和尿素的廢水,廢水可以進入脫硫系統(tǒng)加以利用,但要注意硝酸銨和尿素的含量對硫銨結(jié)晶的影響。學(xué)者研究表明,硝酸銨含量為0.5%和1%時,對硫酸銨晶體影響不顯著,含量2%時生成晶體的長徑比較大;尿素添加量達到2%時,會導(dǎo)致生成的硫銨晶體呈棒狀或針狀。
2 控制措施
首先控制氨水質(zhì)量,防止引入不利于硫銨結(jié)晶的雜質(zhì);
做好設(shè)備防腐措施,防止引入鐵離子等雜質(zhì);
預(yù)處理煙氣,以除去煙氣中的灰塵及鐵、砷、鉛等雜質(zhì);
脫硫漿液定期排空,以防止氯離子的富集影響結(jié)晶;
控制好硫銨漿液的pH值5~6之間;
控制好硫銨漿液結(jié)晶溫度70℃左右,避免較大和頻繁的溫度波動;
控制好漿液的氧化度,以控制亞硫酸銨濃度;
慎重向脫硫系統(tǒng)內(nèi)引入其他工段的“廢水”。
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