高效液固过滤在气体脱硫工艺中的应用探讨。

摘要：本文叙述了湿法气体脱硫工艺中两步重要液固分离操作：吸收了气体中硫化物后，脱硫液与烟尘的过滤与脱硫液经氧化还原反应，液体中产生相当数量的单体硫后，脱硫液与单体硫的过滤。介绍了可对这两类物料进行高效过滤的高分子精密微孔过滤技术。

关键词：烟尘、单体硫、脱硫液、高分子精密微孔过滤。

各种工业气体中（如煤化工产生的各种煤气，燃煤锅炉的烟道气，火法冶金炉的烟道气及天然气等）都有相当数量的硫化物。为了防止这些硫化物对环境的进一步污染，为了将这些气体中的硫化物转化为单体硫进行回收，使污染物成为资源，对这些工业气体进行湿法脱硫已成为国内外愈来愈广泛的处理技术。

为了能高效地将气体中的硫化物转化为纯度高的单体硫，除了吸收气体中硫化物的吸收效率，吸收速度，硫化物转化为单体硫的转化效率与转化速度等脱硫药液的化学性能必须优秀外，另二个工程装置不可忽视，不然将影响脱硫液的化学性能的发挥，最终导致脱硫工程的效果下降。此二工程装置是（1）将脱硫液中的机械杂质，主要是被脱硫液洗下来的细小烟尘微粒，在脱硫液进行氧化还原的催化反应前进行高效分离，使之成为无悬浮物的较清净的液体；（2）脱硫液经氧化还原的催化反应后，液体中产生大量单体硫的悬浮微粒，应尽可能分离出来，使脱硫液再成为清净的液体返回到脱硫系统中。

1、脱硫液除烟尘微粒的高效过滤：

含硫气体被脱硫液洗涤吸收之前，有的已作了物理除尘处理（如多级旋风除尘，或静电除尘，或布袋除尘，有的是这三种除尘方法中二种或三种前后串联组合使用），使相当量较粗的尘粒已被分离，但仍有大量相当细的尘粒未被分离掉，仍留在气体中，经脱硫液洗涤吸收，全部进入脱硫液中。

这些烟尘颗粒大多经过高温烘烤，基本都是刚性无定形颗粒，由这些颗粒形成的滤饼层，在过滤压差作用下，滤饼层的纵向几何尺寸不易被压缩，属于不可压缩滤饼，但由于脱硫液中清洗下来的烟尘微粒大多为10微米以下的微米级颗粒，还有相当比例的烟尘微粒是小于1微米的亚微米级微粒，这些非常细的微粒，在过滤滤液的动力推动下，会在滤饼层的孔隙内移动，使滤饼层的孔隙不断变小，滤饼层的阻力不断增加。我们测了几种从天然气与焦炉气中烟尘发现，预先未作物理分离的烟尘，其体积d50为6~10微米，如已经旋风分离与布袋除尘，其体积d50不超过2微米。不管是否已作物理预分离，如按烟尘个数测试粒径，其个数d50都是不超过1微米的亚微米级微粒，相当多的烟尘个数d50小于0.1微米，说明这些烟尘中有50%颗的颗粒不超过100纳米，这些细颗粒不仅会在滤饼层的孔隙内移动，造成滤饼层阻力不断增加，甚至会穿过滤饼层进入过滤滤材的毛细孔中，造成滤材的阻力快速增加。除了烟尘中有相当数量的亚微米级微粒，某些脱硫液的粘度比较高，有的超过10厘泊；一些煤化工产生的煤气中还有一定数量的煤焦油，这些煤焦油最后都进入脱硫液中，煤焦油对液固非常不利。

由“细”，“粘”，“油”三种不利条件组合在一起给脱硫液的除尘过滤造成相当大的困难。毛细孔径较大的滤材无法将很细的烟尘微粒全部滤住；液体粘度高，不仅使过滤滤速降低，更容易将细颗粒带入滤材，堵塞滤材的毛细孔；焦油的存在，使滤饼层与滤材之间的粘合力增加，使滤饼不易从滤材上脱落，使烟尘颗粒之间粘性增加，导致滤饼层的阻力明显增加，也使滤材的毛细孔被焦油堵塞，滤材的阻力也明显增加，更使滤材已被堵塞的毛细孔难以再生。因此，“细”“粘”“油”的不利条件会使柔性的滤布，滤网与滤膜等无法使用，因为这些滤材上形成的粘性滤饼，自动脱落相当困难，滤材也无法用较简易的方法进行再生，导致频繁更换滤材。只有利用助滤剂进行表面预涂技术才可使用柔性滤材。因为滤材表面预涂了助滤剂后，滤材表面与粘性滤饼不直接接触，能容易自动卸下较干的滤饼。但这种方法操作麻烦，增加生产成本，对大规模生产，这方法一般不宜选用。

对于这类又细又粘的物料，没有助滤剂预涂，柔性滤材根本无法使用。我们经过多年开发发现，刚性滤材可用于无助滤剂预涂的粘细物料过滤。但刚性滤材必须有一定的强度与刚度，能耐相当高的内压与外压，以确保该滤材能自动卸下较粘的干滤饼，又能简易再生；滤材的毛细孔应相当小，以确保其有较高的过滤效率。金属类烧结滤材，陶瓷类烧结滤材及高分子类烧结滤材均具有这些特性，几乎都可用于这些粘细物料的高效过滤。但金属类价格太贵，又不耐无机酸；陶瓷类太重，又太脆，不耐强碱；更主要是金属类与陶瓷类的刚性太大，压力流体快速反吹时，滤材本体的毛细孔径毫无变化，滤材表层已被粘细颗粒完全堵死的微孔无法利用反吹法进行冲刷与疏通，以致这两类刚性滤材的阻力增加相当快。高分子烧结滤材虽也属刚性，但具有微弹性，当压力流体快速反冲洗时，滤材表层已被完全堵死的部分毛细孔会稍许放大，反吹瞬间，部分高压流体会从张开的间隙向外喷流，喷流的流体就可将堵塞物夹带出，因而阻力增加相当慢，加上高分子烧结滤材的化学性能相当优越，可用化学再生方法偶尔辅助之，使用寿命更长。由于过滤性能与再生性能理想，这种滤材已大量用于许多粘细物料的过滤，因而高分子烧结滤材及其精密微孔过滤机完全可以用于脱硫液与烟尘的高效过滤。

2、脱硫液与单体硫的高效过滤：

吸收了气体中所有硫化物的脱硫液经过氧化还原的催化反应，硫化物变为不溶性单体硫分散在脱硫液中，只有及时这些单体硫分离出来，才最终达到变废为宝的目的。

单体硫的颗粒一般相当细，基本属亚微米级。根据脱硫液的物理化学性能不同，有些液体中的单体硫会长得较粗，或细颗粒自动聚集较粗的颗粒，在有些脱硫液中，无法长粗，也无法自动聚集，只能是很细的微粒。通过测这些单体硫的平均比阻就可了解这些细颗粒对过滤滤速的影响。有些粗的单体硫，其平均比阻只有1012（1/m2）数量级，很容易过滤，有的细颗粒单体硫，其平均比阻高达1015（1/m2）数量级，相当难滤。根据我们对多种单体硫的比阻测定后发现，非常容易过滤与非常难过滤都比较少，大部分平均比阻为1014（1/m2）数量级，属比较难滤物料。过滤比阻比较大，主要是由于颗粒比较细，另外，脱硫液粘度偏高，也造成比阻增加。如果混有焦油，则比阻会明显增加。

相比脱硫液与烟尘的过滤状态，“细”“粘”“油”三因素的同时存在，使单体硫的高效过滤更加困难，因为单体硫的微粒并不是刚性微粒，其表面有一层水化层，使其既有一定的压缩性，又有粘附性，其滤饼的自动脱落性能很差，如果混有焦油，脱落更加困难。除非平均比阻为1012数量级的单体硫可用滤布等柔性滤材，对大部分较细比阻又较大的单体硫，滤布与滤网等柔性滤材不宜采用，刚性金属烧结滤材与刚性陶瓷烧结滤材也不理想，其原因前面已作过叙述。经过我们长期实践，具有微弹性的刚性高分子烧结滤材及其精密微孔过滤机可用于各种脱硫液与单体硫的高效过滤。二十六年前，我们已成功用于粘胶纤维生产上硫酸酸液与单体硫的高效过滤，很快就在国内几十家大型纤胶纤维生产厂获得全面推广。每一个厂，其循环过滤量每小时达100至300米3，原液中含单体硫为60~70ppm，经一次过滤，滤液中含固体浓度均小于3ppm。绝大部分企业都连续应用二十多年，至今都在使用，后来许多新建的粘胶纤维厂全部采用这技术。最近十多年，该技术已在不少化肥厂与焦化厂用于单体硫的高效过滤。

采用高分子烧结滤材的精密微孔过滤机过滤单体硫，只要能形的滤饼厚度不小于5mm，就可以采用压缩气体反吹法快速方便卸除干滤饼。

3、可进行粘细微粒高效过滤的高分子精密微孔过滤技术：

高分子精密微孔过滤技术是由刚性高分子微孔滤材，多种不同结构与不同性能的精密微孔过滤机及能用于各种粘细微粒过滤性能参数测试，计算及工程放大设计等应用技术的三大部分组成的综合性过滤技术。这是我们完全自主创新的国外至今还没有的新型过滤技术，该技术已有四十一年的研发历史，正规生产与工业应用历史也有二十多年。该技术主要适用于传统的滤布，滤网与当代各种滤膜无法有效解决的颗粒为微米级或偏粗的亚微米级的物料的高效过滤。

该技术的主要特点是：

（1）对大部分水溶液等液体中的0.3微米的微粒几乎全部滤住，对于体积为d50为1微米的微粒中，即使混有一定量的0.05~0.1微米的纳米级微粒，也能将其中大部分颗粒滤住；

（2）只要高分子烧结滤材表面的滤饼厚度大于5mm，可用压缩气体快速反吹法将滤材表面的干滤饼脱落，该方法又快又方便，不需人工繁重劳动；

（3）高分子烧结滤材的再生相当简便，采用带有少量液体的压缩气体进行快速反吹，就可将堵在滤材表层的毛细孔里的微粒大部分反吹出来，这种简便的再生可使滤材连续使用寿命超过一年。如能每使用几个月，用化学方法处理一次（化学液要能完全溶解于或部分溶解堵塞颗粒，或能改变堵塞颗粒的表面电荷等物性的），则使用寿命往往要超过三年至五年以上；

（4）除了强氧化剂，高分子烧结滤材几乎能耐各种无机与有机酸，各种有机溶剂，能耐各种强碱；

（5）由高分子烧结滤材组装成的精密微孔过滤机既适用于含固量很少的各种化工溶液的精密澄清过滤，也适用于含固量多，要对滤饼进行洗涤与压干的精密滤饼过滤，又适用于不要求得到干滤饼，只要将液体中固体微粒进行浓缩的精密薄层增稠过滤。薄层增稠过滤可使平均滤速明显增加。

所有卸干滤饼的精密微孔过滤机的底部都有气缸操作的大直径快开底盖，卸干滤饼时不需人工装拆底盖，操作简单；

（6）精密微孔过滤机可用炭钢，各种不锈钢，或者在炭钢或不锈钢内部衬一层3~5mm厚的橡胶层或烯烃塑料层，使之可用于各种无机酸溶液的长期过滤。

高分子精密微孔过滤技术的主要缺点是耐温一般不超过100℃。

高分子精密微孔过滤技术已大量用于各种化工生产的难滤物料的过滤。用于含固量少的液体澄清过滤，如各种原料液的澄清过滤，各种中间体的液体澄清过滤及各种成品液的液体澄清过滤；用于含固量多的液体滤饼过滤，有超细催化剂过滤，超细吸附剂过滤，粉末活性炭过滤，超细结晶体过滤，多种金属或金属化合物粉体与多种无机超细粉体的过滤，各种含固体悬浮物微粒的废水过滤，还大量用于电渗析，离子交换，超滤，纳滤，反渗透，精馏，蒸发，干燥，热交换等化工单元操作前作精密预过滤。