富钾卤水脱硫的工艺研究

安普伟

(四川恒成钾盐科技有限公司，四川 达州 635000)

1 前言

硫化氢是一种易燃易爆的剧毒性气体，极易引起人体中毒甚至死亡。天然卤水中一般都含有一定量的硫化氢，直接利用天然卤水容易挥发出硫化氢气体，不仅加快加深设备管道的腐蚀和环境污染，严重时还会对人体造成不同程度的伤害，存在极大的安全隐患。文章以川东北天然富钾卤水(硫化氢含量约1 210 mg/L)为原料，介绍了天然卤水中硫化氢的脱除工艺及控制条件。

2 H2S的存在形式及脱硫工艺

2.1 H2S的存在形式

H2S是一种酸性可溶性气体，主要存在于中性和酸性溶液中，在碱性溶液中则主要以S2-或HS-形式存在。表1是不同pH值条件下以H2S分子形式存在的比例。

表1 H2S在不同pH值条件下以H2S分子形式存在的比例Tab.1 Proportion of H2S in the form of H2S molecules at different pH values

2.2 卤水中H2S的处理方法

目前，国内卤水脱硫主要有化学沉淀法、空气吹出法和氧化法。

化学沉淀法。采用氯化亚铁等化学试剂将卤水中的硫化氢直接沉淀为无害废渣，该法生产成本较高，适宜处理硫化氢含量较低的卤水。

空气吹出法。直接将卤水中的硫化氢用大量空气吹出，部分硫化氢在吹出过程中被氧化为硫单质，硫化氢含量高低的卤水都可适用，但由于吹出时气液比大，故能耗高，且对吸收装置有很高的要求。

氧化法。在碱性条件下向卤水中加入氯气、臭氧或次氯酸钠等氧化剂，将卤水中的硫化氢转化为无毒的硫酸根，该法生产成本较高，且容易造成氧化剂残留，造成卤水的二次污染，适合于体系较为简单且含量较低的盐卤。

3 负压脱除法

传统的H2S脱除方法均存在不同程度的问题，无法很好地满足川东北天然富钾卤水的生产要求，故而四川恒成钾盐科技有限公司(以下简称“公司”)借鉴氯碱行业低盐水脱氯气的生产工艺，采用负压脱除法脱除卤水中的H2S，该法经中试装置验证，实用高效，能很好地满足脱硫要求，为富钾卤水的进一步利用奠定了坚实的基础。

3.1 工艺原理

负压脱除法的原理就是使硫化氢气体在负压条件下经雾化后溢出，溢出后的硫化氢汽体经过碱液吸收塔，硫化氢与塔内的烧碱溶液反应生产硫化钠溶液，进一步制取硫化碱产品。

硫化氢吸收反应方程式：

3.2 工艺流程(图1)

图1 天然卤水脱硫流程图Fig.1 Flow chart of natural brine desulfurization

4 脱硫的影响因素

4.1 卤水成分

文章以川东北天然富钾卤水为原料，详细研究了压力(文中所提到的压力均为表压)、pH值、雾化次数等因素对脱除效率的影响，得到了最佳的工艺条件。表2为天然富钾卤水组分。

表2 天然富钾卤水组分Tab.2 Component of natural potassium rich brine

4.2 负压对脱硫的影响

压力对脱硫的影响，其实验数据见表3。

表3 不同压力下H2S残存量Tab.3 H2S residual under different pressure

从表3看出，压力对卤水中H2S的残存量没有明显影响，维持负压仅为保证溢出的硫化氢气体能及时的转移至碱液吸收塔，避免在雾化塔内出现H2S的聚焦。考虑到运行成本与操作的便利性，一般将压力控制在 -0.01 MPa～-0.06 MPa范围内。

4.3 雾化效果对脱硫的影响

实验选配了三种喷头，通过不同的喷嘴达到不同的雾化效果，验证雾化效果对脱硫的影响，见表4。

表4 不同雾化效果的脱硫情况Tab.4 Desulfurization with different atomization effects

根据实验数据及过程综合判断，1号喷头最为实用，雾化效果好且不易堵塞，故而在后续实验中选用1号喷头(螺旋型喷头)。

4.4 雾化次数对脱硫的影响

采用1号螺旋型喷头对天然富钾卤水进行三级雾化脱硫实验，实验数据见表5。

表5 雾化次数对脱硫的影响Tab.5 Effect of atomization times on desulfurization

从表5看出，高浓度时脱硫效果最佳，一级雾化的脱硫率为80%～90%，两级雾化的脱硫率约为40%，三级雾化的脱硫率约为28%，通过对脱硫效率及能耗等的综合考虑，确定采用两级喷淋雾化。

4.5 温度和pH值对脱硫的影响

保持雾化状态不变，通过调节温度和pH值研究其对脱硫的影响，实验数据见表6。

表6 温度和pH值对脱硫的影响Tab.6 Effect of temperature and pH value on desulfurization g·L-1

从表6看出，温度和pH值对脱硫均有一定的影响。

温度越高，H2S的脱除效果越好；pH值越低，H2S的脱除效果越好；pH值越低时，温度对H2S的脱除效果影响更加明显。

由于地下卤水pH值在6.0左右、温度在40 ℃～60 ℃，脱硫效果已满足后续工艺要求，考虑到成本与操作环境等因素，故而不对卤水进行pH值和温度的调节。

4.6 尾气吸收情况

从天然卤水中溢出的H2S汽体，经过碱液吸收塔吸收后，排出气体经检测不含H2S气体，不会造成环境污染。生产时只需要在碱液吸收塔内硫化钠达到一定浓度后更换碱液。

5 负压脱硫的优点

(1)H2S是在负压条件下溢出，气相中H2S分压较低，其溢出效率更高，溢出时间更短。

(2)脱硫过程中没有额外的空气引入，真空泵只需要抽走溢出的H2S气体维持负压即可，其设备功率小、能耗低。

(3)负压分离出的H2S纯度高、总量小，对吸收塔要求低，便于下一步的吸收和利用。

(4)碱液吸收后的硫化钠可进一步加工成产品，不仅降低生产成本，还能产生一定经济效益。

6 结论

实验证明，负压脱硫工艺完全适用于川东北天然富钾卤水的脱硫要求。在实际生产操作中，压力控制在-0.01 MPa～-0.06 MPa范围，采用两级螺旋型喷头对卤水进行喷淋雾化。