火炬回收氣保障性脫硫

周立群

(中國石化金陵石化有限責任公司，南京 210046)

放空火炬系統是石油化工企業生產中不可缺少的安全設施，其作用是燃燒正常生產時和事故狀態下排放的可燃氣體。為提高能源利用率，減少環境污染，近年來各企業普遍增設火炬氣回收系統，對火炬氣回收利用。由于火炬氣來源多樣，部分火炬氣中存在硫化氫，給回收氣利用帶來新問題。因此，需對回收氣進行脫硫化氫處理。

1　火炬氣回收現狀

某化工廠正常運行時火炬氣組成以輕烴、氫氣、氮氣為主，主要來源為裝置不凝氣、火炬系統吹掃氣。火炬氣回收壓力0.11 MPa，流量500～1 500 m3/h，常溫，作為加熱爐燃料。加氫裝置產生的含硫化氫瓦斯全部排入瓦斯脫硫裝置進行處理。正常運行時，火炬氣中硫化氫含量很低，火炬氣分析數據見表1。

表1　火炬回收氣組成

當加氫裝置及硫磺裝置異常狀態下，排入火炬系統的火炬氣中硫化氫含量可達1%以上。此時火炬氣經回收系統回收，在燃燒過程中，硫化氫轉化為二氧化硫，使煙氣露點溫度升高，對加熱爐系統造成露點腐蝕，威脅加熱爐的安全運行，嚴重時可能造成煙氣排放SO2超標。

2　保障性脫硫概念的提出

為杜絕加熱爐煙氣SO2超標及確保加熱爐的安全運行，防止露點腐蝕的發生，必須對火炬回收氣進行脫硫處理。該化工廠火炬氣日常含硫化氫很少，可直接利用；且硫化氫總量較少，選擇脫硫方案必須考慮運行的經濟性。根據工廠實際情況，火炬氣含硫化氫為異常狀況。脫硫方案既要滿足異常狀態的需要，又要盡可能的降低正常狀態下的運行費用。為此，提出火炬氣保障性脫硫工藝的概念，以滿足生產實際的需求。

3　脫硫方案的選擇

氣體脫硫廣泛應用于天然氣、煉廠氣，脫硫方法很多，應用較多的有吸收法和吸附法。

3.1　吸收法脫硫

煉油廠吸收脫硫所用的脫硫劑主要為醇胺類和堿液。

3.1.1醇胺

胺是一種比較弱的有機堿，在25～40 ℃條件下，醇胺可以吸收硫化氫，生成酸式硫化物和硫化物。在溫度升高到105 ℃時，胺硫化物分解出吸收的硫化氫，醇胺得以再生。目前常用的醇胺類脫硫劑有N-甲基二乙醇胺、二異丙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺等。醇胺吸收脫硫適用于處理量較大裝置，脫硫成本較低[1]。

揚子石化[2]采用醇胺法進行火炬氣脫硫，其火炬氣來源包括含硫瓦斯，流量5 500～6 000 m3/h。正常運行時火炬氣也必須進行脫硫處理才可以利用，否則會威脅設備的安全運行。低處理量時溶液循環及單位再生操作費用上升，工藝過程復雜，相對投資較高，失去成本優勢。

3.1.2堿液

采用氫氧化鈉溶液吸收硫化氫，屬于化學吸收。該過程簡單，效果好，但對設備防腐要求較高，廢堿再生能耗高，低處理量一般不進行再生，會產生堿渣，增加處理費用；運行過程堿液24 h不間斷循環，增加了運行費用。

3.2　吸附法脫硫

吸附脫硫采用固定床工藝，通過固體脫硫劑脫除硫化氫，具有能耗低、操作簡單、占地面積小等優點。吸附脫硫的凈化度較高，多用于精脫硫，主要適用于硫含量低或處理量較小的過程[3]。

3.3　不同脫硫方案比較

幾種脫硫工藝在保障性脫硫過程中的適用性對比分析見表2。吸附脫硫是比較理想的方案，符合保障性脫硫的要求。應急狀態能夠滿足脫硫要求，正常狀態無運行成本，全過程免操作，只需定期監測吸附劑使用情況和更換吸附劑。

表2　脫硫工藝適用性對比分析

* 脫硫效果與再生貧液硫化氫含量相關，可以達到<10-6，但溶劑再生費用大幅上升。

為便于監控硫穿透，確保脫硫效果，充分利用脫硫劑的硫容量，吸附流程采用兩臺反應器串聯流程，兩罐中間進行硫穿透監控，當第一臺完全穿透后，進行遞進更換。

4　吸附劑的選擇

用于固定床吸附脫硫工藝的脫硫劑品種很多，產品適應的環境以及性能存在較大的差異，選擇合適的脫硫劑對脫硫效果有較大影響。用于常溫吸附的吸附劑有鐵系脫硫劑、鋅系脫硫劑、活性炭、分子篩等。

4.1　鐵系脫硫劑

氧化鐵脫硫法是經典而有效的脫硫方法，其工藝簡單，硫容量大，成本低，操作容易，能耗低，可以無氧運行。單一的氧化鐵多用于粗脫硫，添加助劑和改變制備工藝后能在常溫下精脫硫[3]。以納米α-FeOOH為活性組分制備的催化劑在常溫下可有效脫除硫化氫，由于生成FeS,在吸附劑卸出時存在自燃的風險,需有完備的安全措施。

4.2　鋅系脫硫劑

氧化鋅法具有脫硫精度高、硫容量大、使用性能穩定可靠等優點。氧化鋅與硫化氫反應生成難于解離而很穩定的ZnS，處理對象一般為硫化氫濃度較低的氣體，在工業上得到了廣泛使用。氧化鋅脫硫劑的主要缺點是不能通過氧化就地再生，且氧化鋅使用成本較高[4]。

4.3　活性炭吸附法

活性炭吸附法屬于催化-氧化技術，活性炭作為催化劑將硫化氫催化氧化成為單質硫[5]。將活性炭與金屬氧化物結合可顯著增強活性炭的催化性能，既可降低脫硫溫度，又能大幅提高脫硫容量。活性炭吸附法具有操作溫度低、工藝簡單、效果好、成本低、不產生二次污染等優點[6]。但對于無氧的狀態，要有增氧措施，操作繁瑣[7]，控制難度大，存在安全風險。

4.4　分子篩脫硫

分子篩脫硫過程屬于物理吸附，無化學反應發生[3]，具有脫硫效果顯著、工藝簡單等優點。常用于脫硫的分子篩有NaX型如13X型分子篩，CaA型分子篩如5A分子篩和活性炭分子篩等。吸附飽和的分子篩，可用熱載氣再生。

鐵系、鋅系及分子篩系脫硫劑作為保障性脫硫劑的備選，需要比較硫容量、價格、環保廢渣處理成本等方面，在確保安全的前提下選擇單位除硫成本最低的吸附劑。

5　結語

1)采用吸附法脫硫可實現火炬氣保障性脫除硫化氫。

2)鐵系和鋅系脫硫劑以及分子篩等吸附劑，可用于火炬氣脫硫化氫，綜合安全性和經濟性加以選擇。

3)串聯流程有利于監控硫化氫穿透。

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