LO-CAT 硫磺反应器内溶液发泡原因分析及处理

孙美露，韩智伊，刘 壮

（中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边 718500）

1 LO-CAT 硫磺回收装置概况

LO-CAT 硫磺回收装置是美国MERICHEM 公司的气体产品技术公司（GTP）开发的一种专利技术，LO-CAT 硫化氢氧化是一套自循环液态氧化工艺，在铁离子催化剂的协助下，将硫化氢转化为硫单质，从而达到除去气体中硫化氢的目的。最后尾气则通过尾气焚烧炉进行焚烧，焚烧后的二氧化硫排放量满足国家排放标准。

1.1 LO-CAT 装置工艺原理

LO-CAT 硫磺回收工艺能够高效脱出酸气中的硫化氢，操作弹性较大，可以处理不同浓度硫化氢的酸气。其反应在水溶液中进行，基本反应可以分为吸收和再生两部分：

吸收反应：H2S（气）+2Fe3+→2H++S+2Fe2+

再生反应：1/2O2（气）+H2O+2Fe2+→2OH-+2Fe3+

两个反应合并，溶液总反应为H2S+1/2O2→H2O+S，整个反应过程中，铁离子没有被消耗，只是在硫化氢和氧气反应生成单质硫的过程中起到了催化剂的作用。

1.2 LO-CAT 装置工艺流程简介

LO-CAT 为自循环工艺，吸收和氧化（再生）在一个容器内完成，反应器分五个大腔室，酸气和空气不相混溶，分两路进入反应器。酸气进入主反应器的三个吸收室底部，空气由鼓风机通入主反应器的两个氧化室底部。由于吸收室与氧化室溶解气体量不同造成了不同的溶液密度，溶液靠密度差在反应器内部的挡板和堰板间自行循环运动。生成的硫磺在反应器椎体底部沉降，当硫浆浓度大于10%（wt）时，通过硫浆泵将硫浆送入到真空袋式过滤机脱水形成硫饼。

主反应器内的反应需要24 h 源源不断的按照一定比例添加5 种化学药剂，分别为：螯合剂（ARI-350）、铁离子催化剂（ARI-340）、表面活性剂（ARI-600）、杀菌剂（ARI-400）及pH 调节剂（KOH）。

2 LO-CAT 硫磺回收主反应器内溶液发泡的影响

2.1 液位波动，影响装置平稳操作

当硫磺回收主反应器内溶液发泡严重，造成主反应器液位频繁波动，出现假液位，实际运行液位低于设计要求值，造成溶液循环不畅，影响硫化氢的吸收效率，严重时可能会造成硫磺品质变差颜色变黑、尾气超标的风险。

2.2 浮硫多，造成管线、设备堵塞

硫磺回收主反应器内溶液发泡时，一方面部分细小硫磺颗粒浮于泡沫表面，随着气体带入下游尾气水封罐，使捕雾网堵塞；随着溶液带入换热器造成换热器及其出入口管线堵塞，换热效果下降；同时，也会随着溶液带入到溶液循环泵内，造成管线、泵体堵塞；另一方面溶液发泡严重导致硫磺颗粒沉降效果下降，严重时会产生溶液分层的现象，经过调整后，大量硫磺颗粒沉降造成主反应器椎体、带滤机及硫浆泵运行负荷增大，硫浆泵堵塞，沉降池硫磺堆积。

2.3 产品硫磺品质差，化学药剂损失增大

硫磺回收主反应器内溶液发泡时，由于泡沫的张力导致添加的药剂被泡沫所阻隔，不能直接添加到溶液中，溶液对于硫化氢反应吸收效果变差，造成部分化学药剂添加量增大，从而造成药剂添加成本增大；同时由于溶液发泡严重，硫磺颗粒过细，导致产品硫磺含水率偏高，成型效果差，致使部分化学药剂随着产品硫磺的带出造成一定的损失。

2.4 气泡过多，设备气蚀

由于主反应器内溶液发泡严重，气泡过多，随着溶液带入下游设备，易造成循环泵、硫磺泵等设备不上量问题，形成气蚀现象，影响设备的正常运行。

3 LO-CAT 硫磺回收主反应器内溶液发泡原因分析

3.1 表面活性剂添加量过少

反应生成的硫磺表面有微小的气泡或碳氢化合物会附着在硫颗粒的表面，这样硫颗粒便浮在溶液表面不向下沉降，溶液中硫磺颗粒过细，造成溶液发泡。

3.2 表面活性剂添加量过多

溶液中添加一定量的表面活性剂有助于硫磺颗粒的沉降，表面活性剂为有机物若添加过量的表面活性剂（ARI-600），溶液便产生过量的泡沫。

3.3 生物抑菌剂添加过多

主反应器内溶液处在高生物活性的环境中，因此需在溶液中加入抗微生物剂以进行细菌控制，如果添加过多的生物除菌剂，溶液中便会有泡沫产生。

3.4 消泡剂添加过多

溶液中加入消泡剂时需要少量添加，加入过多会产生泡沫。通常的加入量为整个溶液体积的2 ppm（v）。

3.5 硫磺回收主反应器内硫磺含量过高

主反应器循环溶液内的硫磺含量尽量维持在0.4wt.%左右，若长时间不启运带滤机，主反应器内硫磺含量积聚，可导致过细硫磺颗粒，引起漂浮和泡沫。

3.6 硫磺回收主反应器溶液pH 值过高

主反应器循环溶液pH 值一般要求控制在9 以内，若pH 值过高促使溶液内硫代硫酸盐的产生，而硫代硫酸盐大量的存在会减少氧的吸收并阻碍单质S 的聚集，造成硫磺颗粒过细漂浮在溶液表面发泡。

3.7 酸气中含有烃类物质的进入

烃类物质为有机物不溶于水，与硫磺回收水溶性物质接触，随着溶液的循环便会产生大量泡沫。

4 减少或避免主反应器内溶液发泡的对策

4.1 注意表面活性剂的添加量

（1）每天早上交接班时，中控室人员根据表面活性剂罐液位核算前一天药剂添加量，若与泵设定值有出入及时进行调整；

（2）现场工艺人员每次巡检过程中检查计量泵行程调节是否有松动、计量泵有无漏油现象，计量泵出口压力表波动是否有变化，防止表面活性剂添加过多过少造成溶液发泡；

（3）技术人员在巡检时，要对循环溶液做瓶测实验，根据瓶测实验确定表面活性剂的添加量。

4.2 注意生物抑菌剂的添加量

每天严格按照要求添加量添加生物抑菌剂，中控室人员每天核算添加量、现场工艺人员每天巡检过程中检查计量泵运行状态，防止抑菌剂添加量过高。

4.3 有效添加消泡剂

当溶液发泡时，首先由技术人员到现场进行瓶测实验，明确消泡剂添加量；然后由现场工艺人员将消泡剂通过消泡剂添加流程加入。切记无依据随意添加。

4.4 减少溶液中细硫含量，提高硫磺沉降速率

（1）通过瓶测实验添加表面活性剂、消泡剂促使硫磺颗粒沉降；

（2）若硫磺回收装置运行负荷增大，及时根据硫浆浓度调整带滤机运行时间及出料量，减少硫磺在主反应器内沉积量。

4.5 降低或消除酸性气中夹杂的烃类物质或其他杂质

（1）控制上游酸气空冷器出口温度，减少酸气带液量；

（2）定期对酸气管线进行排液；同时一旦酸气量突然增大，酸气管线排液操作增加频次，以减少酸气带液量；

（3）定期对上游原料气进行烃露点检测。4.6 控制溶液中pH 值

控制好硫磺回收装置溶液pH 值，pH 小于9，每天进行一次溶液pH 检测，当酸气量及酸气硫化氢浓度发生较大变化时，及时对KOH 添加量进行调整，防止pH 值过高。

4.7 措施及培训

做好溶液发泡处理措施的制定及人员培训工作，尤其针对于烃类物质对LO-CAT 硫磺回收溶液的影响，制定有效的处理措施。

5 小结

LO-CAT 硫磺回收装置溶液发泡是不可避免的但却是可以控制的，溶液发泡是制约着装置正常稳定运行的重要因素，发泡引起的液位波动，出现假液位，势必会造成一系列的恶性循环，控制溶液发泡溶液起着至关重要作用，一旦溶液出现发泡，排查溶液发泡的原因是前提，而溶液发泡的原因大多数是药剂调整的问题，其次是气质的原因，而药剂的调整根据化验参数及表象较易判断，先进行调整，若效果不明显，再根据排除法逐一进行调整，切勿同时调整多个参数，导致发泡原因分析不清，后期再次出现问题不易调整。