液體硫磺脫除H2S工藝進(jìn)展

張義玲　殷樹(shù)青　達(dá)建文

齊魯石化公司研究院 （山東淄博　255400）

技術(shù)進(jìn)展

液體硫磺脫除H2S工藝進(jìn)展

張義玲殷樹(shù)青達(dá)建文

齊魯石化公司研究院 （山東淄博255400）

摘要介紹了7種能夠滿足脫氣后液體硫磺中總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.001%要求的液硫脫氣工藝，并從工藝特點(diǎn)，脫氣后的硫磺質(zhì)量，煙氣SO2排放，裝置操作性、可靠性和投資特點(diǎn)等方面進(jìn)行了比較，建議新建或改建硫磺回收裝置時(shí)選擇LS-DeGas工藝。

關(guān)鍵詞液硫脫氣液硫池工藝硫磺回收SO2排放

液體硫磺（簡(jiǎn)稱(chēng)液硫）多來(lái)自于克勞斯硫磺回收系統(tǒng)，利用傳統(tǒng)克勞斯硫磺回收工藝生產(chǎn)的每克硫磺中含有250～300 μg硫化物（H2S、H2Sx和SO2）[1]，隨著溫度的升高，H2S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)還會(huì)增加。上述硫化物均為有毒物質(zhì)，其中H2S毒性尤為劇烈并具有腐蝕性，其在空氣中的爆炸極限為3.5%，對(duì)易爆環(huán)境、人類(lèi)健康具有重大的危害，因此，必須將其脫除。目前，工業(yè)上應(yīng)用比較成熟且能滿足脫氣效果的脫氣工藝主要是國(guó)外的6種工藝。人們對(duì)自身安全、居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，加之國(guó)內(nèi)新的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》即將實(shí)施（硫磺裝置SO2排放由960 mg/m3降到400 mg/m3），一方面迫使對(duì)現(xiàn)有各種工藝不斷進(jìn)行改進(jìn)，另一方面需開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝以降低新建或改建裝置的投資成本。因此，在消化吸收國(guó)外液硫脫除H2S工藝的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了更環(huán)保、更可靠且具有更好操作性能的國(guó)產(chǎn)化LS-DeGas工藝。

1　液硫脫氣工藝原理

所有液硫脫氣工藝的原理都是促進(jìn)H2Sx分解為H2S，并以可控的方式釋放溶解的H2S。液硫池或脫氣設(shè)施中的硫磺溫度、停留時(shí)間以及攪拌的程度等對(duì)脫氣均有影響。脫氣過(guò)程中，也可以使用加快H2Sx分解速度的催化劑。綜合考慮，一般以空氣作為脫氣介質(zhì)，因?yàn)榭諝庵写嬖谘鯕猓梢栽谝欢ǔ潭壬洗龠M(jìn)H2S氧化為硫，而氮?dú)狻⒄羝蚱渌栊詺怏w介質(zhì)均不能加快H2S的分解。脫氣過(guò)程所發(fā)生的反應(yīng)如下：

此外，還可能發(fā)生有限的克勞斯反應(yīng)：

上述反應(yīng)均可降低脫氣系統(tǒng)排放尾氣中H2S的分壓，提高脫氣效率。只有H2Sx和H2S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到0.001%以下，才能將尾氣送入后續(xù)的處理系統(tǒng)，或?qū)⑵渲械牧蚧镅趸癁镾O2，或送入硫磺回收單元以提高硫磺總的回收率。

2　液硫脫氣工藝介紹

工業(yè)上常見(jiàn)的能夠滿足H2S質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001%要求的脫氣工藝有7種[2]，分別是Aquisulf工藝、ExxonMobil工藝、Shell工藝、Amoco工藝、D'GAASS工藝、Hy-Spec工藝和LS-DeGas工藝。

2.1Aquisulf工藝

Aquisulf工藝最初由法國(guó)埃爾夫阿奎坦國(guó)家石油公司（SNEA）開(kāi)發(fā)，近年來(lái)由Lurgi公司頒發(fā)許可證。脫氣過(guò)程在液硫池或容器中進(jìn)行，液硫池設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的噴淋區(qū)，液硫由泵輸送，使用Aquisulf專(zhuān)用催化劑，停留時(shí)間9 h，硫磺溫度維持在135～145℃之間。工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2ExxonMobil工藝

20世紀(jì)90年代期WorleyParsons公司獲得了ExxonMobil公司脫氣技術(shù)的獨(dú)家專(zhuān)利許可權(quán)。該工藝在液硫池的關(guān)鍵位置設(shè)置了多個(gè)專(zhuān)用文丘里噴嘴，液硫由位于液硫池底部的專(zhuān)用噴嘴吸入或噴出，用空氣鼓泡，無(wú)需催化劑，停留時(shí)間大于20 h。工藝流程見(jiàn)圖2。

圖1　Aquisulf工藝流程

圖2　ExxonMobil工藝流程

2.3Shell工藝

由Jacobs Engineering Group公司提供的Shell工藝中，脫氣過(guò)程是在位于液硫池內(nèi)兩個(gè)串連的汽提塔中進(jìn)行的，鼓風(fēng)機(jī)將液硫向上吹起，通過(guò)塔垂直循環(huán)形成劇烈的攪動(dòng)。塔內(nèi)設(shè)有擋板，將空氣分散形成小氣泡，以便氣液密切接觸。現(xiàn)有兩種方式對(duì)汽提塔進(jìn)行分段，分別見(jiàn)圖3、圖4。Shell工藝沒(méi)有使用催化劑，利用空氣噴射器回收汽提空氣。

圖3　Shell雙區(qū)工藝流程

2.4Amoco（BP）工藝

Ortloff公司和 Black&Veatch公司提供的Amoco（現(xiàn)為BP）工藝中，液硫被冷卻至130～140℃后，與低壓壓縮空氣并流，一起通過(guò)裝有?2.5 mm× 3 mm活性氧化鋁（克勞斯催化劑）的固定床進(jìn)行脫氣，流程見(jiàn)圖5。固定床可置于液硫池中，但一般采用外部壓力容器。

圖4　Shell單區(qū)帶隔板工藝流程

圖5Amoco（BP）工藝流程

2.5D'GAASS工藝

D'GAASS工藝采用一個(gè)立式容器進(jìn)行脫氣。來(lái)自液硫池的液硫與預(yù)熱后的干燥空氣在填料床中于50～100 Pa壓力下逆流接觸（見(jiàn)圖6），液位維持在床層以上，接觸塔與液硫池之間設(shè)有一根回流管。空氣由特殊設(shè)計(jì)的分布器引入后向上流動(dòng)，為多硫化物的分解提升氧氣，并通過(guò)攪拌脫除游離的H2S。

圖6D'GAASS工藝流程

主要控制參數(shù)包括：（1）D'GAASS接觸塔中硫磺的進(jìn)料速率；（2）硫磺進(jìn)料溫度，控制在130～140℃之間；（3）過(guò)程空氣，控制在設(shè)計(jì)流量以下（與硫磺速率無(wú)關(guān)）；（4）接觸塔液位，通過(guò)調(diào)節(jié)塔底流量控制；（5）接觸塔壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)尾氣流量控制[4]。

2.6Hy-Spec工藝

Enersul公司（原Procor公司）提供的Hy-Spec工藝通常采用2～4個(gè)攪拌槽式反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)密封罐，密封罐內(nèi)有一根導(dǎo)流管從頂部插入底層，導(dǎo)流管內(nèi)設(shè)有專(zhuān)門(mén)的多葉片葉輪，流程見(jiàn)圖7。液硫由泵送入第一反應(yīng)器底部，后通過(guò)立管溢流依次進(jìn)入下一級(jí)反應(yīng)器，停留時(shí)間僅需幾分鐘，催化劑是一種普通的胺。

圖7　Hy-Spec液硫脫氣工藝流程

2.7LS-DeGas工藝

LS-DeGas工藝是中國(guó)石油化工集團(tuán)公司齊魯分公司的專(zhuān)利技術(shù)。將硫磺回收裝置吸收塔頂?shù)膬艋瘹猓囟?0～40℃）引入液硫池底部替代空氣作為液硫脫氣的汽提氣對(duì)液硫進(jìn)行鼓泡脫氣，液硫溫度為140～160℃。脫后廢氣經(jīng)蒸汽噴射器抽出與克勞斯尾氣混合，加熱到200～300℃后進(jìn)入加氫反應(yīng)器，在專(zhuān)用加氫催化劑的作用下生成H2S，后進(jìn)入硫磺回收裝置后續(xù)單元進(jìn)一步處理。流程見(jiàn)圖8。

圖8　LS-DeGas工藝流程

3　脫氣工藝技術(shù)的比較分析

以上7種成熟的工業(yè)脫氣技術(shù)在國(guó)內(nèi)外硫磺回收裝置上已應(yīng)用多年，其比較分析情況見(jiàn)表1，可以看出，LS-DeGas工藝流程簡(jiǎn)單，相比于其他6種工藝，改建或新建硫磺回收裝置的投資成本最低，煙氣SO2排放量最低。

表1　7種液硫脫氣工藝比較

續(xù)表

4　結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，硫磺回收技術(shù)協(xié)作組對(duì)中國(guó)石油化工集團(tuán)公司的51套大型硫磺回收裝置進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行裝置對(duì)降低SO2排放影響較大的因素之一是液硫脫氣后的尾氣，因此液硫脫氣工藝的優(yōu)劣不僅影響硫磺的質(zhì)量和運(yùn)輸安全性，更直接影響到硫磺裝置SO2排放是否符合即將實(shí)施的新的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)上常用的7種液硫脫氣工藝中，國(guó)外6種工藝開(kāi)發(fā)較早，工業(yè)應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)；國(guó)產(chǎn)化的LS-DeGas屬新開(kāi)發(fā)工藝，應(yīng)用時(shí)間最短。但在2013～2014年短短的兩年中，由于LS-DeGas工藝投資成本低，SO2排放量低，在中國(guó)石油化工集團(tuán)公司內(nèi)部已被13套硫磺回收裝置所采用，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳庚良,肖學(xué)蘭,楊仲熙,等.克勞斯法硫磺回收工藝技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007:97-105.

[2]胡文賓,張義玲,解秀清,等.國(guó)外液體硫黃脫除H2S工藝介紹[J].化肥設(shè)計(jì),2001,39(1):56-58.

[3]Johnson J E,Clark P D.Hazards of sulphur storage,forming and handling[J].Sulphur,2006(303):41-53.

[4]Penderson S.D'GAASTMsulphur degasification process update[R].Brimstone Sulphur Recevery Symposium,Colorade, 2005.

[5]Mahin Rameshni P E.集液硫脫氣于一體的硫磺收集系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)（RSC-D）TM[J].殷樹(shù)青譯.硫酸工業(yè)，2010 (5):41-49.

中圖分類(lèi)號(hào)TQ125.1

收稿日期：2015年4月

第一作者簡(jiǎn)介：張義玲女1966年生大專(zhuān)高級(jí)工程師長(zhǎng)期從事情報(bào)調(diào)研及硫磺回收技術(shù)咨詢工作并負(fù)責(zé)全國(guó)硫磺回收技術(shù)協(xié)作組工作

Advances in Processes of Removing Hydrogen Sulfide from Liquid Sulfur

Zhang Yiling Yin Shuqing Da Jianwen

Abstract:Seven kinds of liquid sulfur degassing processes,which could meet the demand of total sulfur content less than 0.001%after treatment,were illustrated.The seven processes were compared from the aspects of process characteristics,sulfur quality after degassing,discharge of the gas containing SO2,unit operation,reliability and investment characteristic.And it was recommended that the LS-DeGas process be adopted for new or reconstructed sulfur recovery unit.

Key words:Liquid sulfur degassing;Liquid sulfur pool;Process;Sulfur recovery;SO2discharge