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硫磺回收装置尾气达标排放的优化措施

发表时间：2021/7/2 来源：《中国科技信息》2021年8月作者：王海东

[导读] 2020年国家生态环境部、市场监督管理总局联合发布了《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》（GB39728-2020），严格了硫磺回收装置尾气排放控制指标，天然气净化厂硫磺回收装置尾气排放达标面临着巨大的压力和严峻的挑战。

陕西延长石油（集团）有限责任公司延长气田采气三厂陕西延安王海东 717500

摘要：2020年国家生态环境部、市场监督管理总局联合发布了《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》（GB39728-2020），严格了硫磺回收装置尾气排放控制指标，天然气净化厂硫磺回收装置尾气排放达标面临着巨大的压力和严峻的挑战。为此，本文以延长石油延长气田采气三厂安塞沿河湾净化厂为例，对硫磺回收装置尾气达标排放采用科学合理的方法，优化工艺措施，实现节能环保发展，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：硫磺回收装置二氧化硫尾气达标排放优化措施
        1 天然气净化厂标准排放现状分析
        1.1 SO排放标准
        《大气污染物综合排放》（GB 16297-1996）对天然气净化生产装置SO2的排放浓度、排放速率以及无组织排放进行了规定和要求，规定SO2排放浓度限值为1200mg/m3。
2020版国家标准取消排放速率指标，只保留浓度指标。对于硫磺产量小于200t/d的天然气净化厂，尾气浓度要求低于800mg/m3。
        1.2　H2S排放标准
        《恶臭污染排放标准》（GB14554-1993）规定的H2S不同排气筒高度允许的排放量。排气筒高度15m允许的H2S排放速率0.33kg/h，排气筒高度20m允许的H2S排放速率0.58kg/h。《工作场所有害因素职业接触限值第1部分化学有害因素》（GBZ2.1-2007）规定了H2S最高容许浓度为10 mg/m3。天然气净化装置尾气H2S排放必须同时满足以上两个标准。
        1.3安塞沿河湾净化厂运行现状
        安塞沿河湾净化厂采用克劳斯工艺（Claus），硫磺产量6t/d，受原料气量、原料气H2S含量、地理位置等影响，硫磺回收装置规模较小、硫磺产量低，H2S排放量3mg/m3，低于10mg/m3满足新标准要求。尾气SO2排放900mg/m3，高于800mg/m3，但不能满足新标准要求。
        1.4 尾气达标技术分析
        根据现有天然气净化厂尾气处理技术的特点，将相关技术分为两类：①H2S类尾气处理技术，即将尾气中的其他硫化物通过加氢或其他工艺转化为H2S，对H2S进行处理，包括氧化还原吸收类技术和络合铁液相氧化还原技术；②SO2类尾气处理技术，将尾气中的硫化物通过灼烧或催化反应转化为SO2，对SO2进行处理，包括有机胺法SO2吸收技术、循环流化床干法脱硫技术和固体SO2吸附技术。
        2 尾气处理技术
        2.1 还原吸收类技术
        还原吸收法主要工艺流程是对常规克劳斯装置尾气进行加氢处理]，将尾气中各种形态的含硫化合物转化为H2S；经冷却后用醇胺溶剂进行H2S选择性脱除，再将提浓的H2S返回克劳斯装置中转变为清洁可用的硫磺产品。主要反应如下：
        加氢催化：SO2+3H2   H2S+2H2O
         SX+H2   XH2S
        水解：COS+2H2O   H2S+CO2
        CS2+2H2O   2H2S+CO2
        H2S脱除：R3N+H2S   R3NH-+HS-
        该类工艺流程虽繁琐，但技术成熟，运行稳定性好，能从根本上实现尾气达标排放，已在国内外大型天然气净化厂和炼化行业中广泛应用，在大规模装置中表现出较好的经济性，对于小规模装置其投资经济性较差，此外，其日常运行费用和操作成本较高。

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        2.2　络合铁液相氧化还原技术
        络合铁液相氧化还原工艺的主要流程是通过络合铁溶液中的三价铁离子，将尾气中的H2S氧化为元素硫，同时自身还原为二价铁离子，随后通入空气又将其氧化为三价铁而使溶液得到再生。此类工艺处理之后的尾气中H2S浓度可以满足小于10 mg/m3，无需焚烧直接排放，能够满足相当严格的环保要求[13]。主要反应如下：
        吸收氧化：H2S+2FE3+   2H++S+2FE2-
        再生还原：4FE2++O2+2H2O   4FE3++4OH-
        该工艺技术是独立于克劳斯工艺之外的硫磺回收技术，流程简单、回收率高、投资较低，可直接处理天然气或脱硫再生的酸气。但硫磺质量较克劳斯法差，硫磺滤饼含水率超过30%，处理较困难，溶剂循环量大，能耗较高，存在堵塞的风险。
        2.3固体SO2吸附技术
        固体SO2吸附技术是在吸附剂作用下，使SO2转化为硫酸盐，固定在吸附剂上，而后在还原剂的作用下再生，恢复活性，再生出来的SO2返回至硫磺回收装置酸气燃烧炉]。主要反应如下：
        吸附过程:MXO+SO2+1/2O2   MXSO4
        再生过程：MXSO4+2H2   MXO+SO2+H2S+H2O
        该技术无液相参与，流程比还原吸收类工艺简单，占地面积小，吸附剂重复利用，但天然气净化厂需建设配套的制氢装置以用于吸附剂的还原再生，装置投资和操作成本低。
        2.4技术经济性分析
        安塞沿河湾净化厂天然气处理量150×104m3/d，配套建设硫磺回收装置，处理规模为6 t/d，采用超级克劳斯硫磺回收工艺，设计硫磺回收率为99.2%，目前尾气SO2浓度为900 mg/m3。拟增加建设SO2尾气处理系统1套，实现尾气SO2浓度小于800mg/m3?的目标。
        在技术指标方面，上述尾气处理工艺均具备满足SO2排放浓度小于800 mg/m3的技术水平，其中还原吸收法技术投资成本高，没有氢气来源，不具备工艺条件。小规模尾气处理设施，固体SO2吸附技术成熟，运行稳定，投资和操作成本低，不产生副产物和危险废物，是小规模尾气处理常用的主流尾气处理工艺。
        3 尾气治理技术优选
        根据天然气净化厂的运行现状分析，参考国家标准，要求对于硫磺产量小于200t/d的天然气净化厂，尾气SO2?排放浓度低于800 mg/m3。安塞沿河湾净化厂需要进行改造，从符合清洁生产、安全环保和投资节约原则出发，同时考虑到技术先进性及生产运行成本，通过方案比选后认为，SO2尾气脱除建议采用固体SO2吸附技术。改造后，尾气SO2排放均能满足国家标准要求，且达到国际先进水平。
        4 结束语
        随着国家对节能减排的重视，对环境保护的重视，通过技术工艺的优化，以提高硫磺回收装置工作效率，降低排放尾气中SO2的含量就显得至关重要。本文分析了安塞沿河湾净化厂运行现状，针对尾气SO2达标排放提出了固体SO2吸附技术改造，改造完成后，尾气SO2排放要求，满足国家标准规定，且达到国际先进水平。
参考文献：
[1]周迪.硫磺回收装置的分析、设计与优化[D].上海应用技术大学，2019.
[2]刘闪闪.新标准下硫磺回收装置尾气排放处理技术探讨[J].石化技术，2018，25(11):273.
[3]刘亚利.浅谈降低硫磺尾气SO2排放措施[J].山东化工，2018，47(17):196-198.
作者简介：王海东(出生于1970年7月19日 )，男，汉族，中共党员，甘肃省天水市麦积区人，国家注册安全工程师、工商管理硕士研究生。主要研究方向：石化天然气净化化工工艺、安全环保技术管理