熔硫釜在絡(luò)合鐵脫硫工藝中的應(yīng)用

趙凱 荊華 熊重寒

摘 要：川西氣田YS1井采用絡(luò)合鐵脫硫工藝進(jìn)行脫硫凈化，絡(luò)合鐵脫硫工藝生成的硫膏通過熔硫釜提純硫黃，硫黃各項參數(shù)達(dá)到工業(yè)硫黃優(yōu)等品指標(biāo)，但硫黃散發(fā)異味，導(dǎo)致硫黃難以正常銷售。通過取樣分析確定了散發(fā)異味的組分，結(jié)合絡(luò)合鐵脫硫工藝原理及原料氣組分，確定了產(chǎn)生異味的原因。

關(guān)鍵詞：熔硫釜；硫黃；硫化氫；絡(luò)合鐵；脫硫

中圖分類號：TE4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來，絡(luò)合鐵脫硫工藝在國內(nèi)發(fā)展較快，已建成多套工業(yè)化應(yīng)用裝置，特別是中石化西南油氣分公司川西氣田先后建成了兩套絡(luò)合鐵脫硫裝置用于含H2S天然氣井的凈化處理，工藝運行硫容從0.4g/L提高至1.5g/L，潛硫量規(guī)模從2t/d提高至14.9t/d。絡(luò)合鐵脫硫工藝硫磺多以硫泡沫、硫漿或硫膏的形式產(chǎn)出，產(chǎn)量相對較小，含水率高，難以進(jìn)行銷售及處置。目前主要探索采用熔硫釜進(jìn)行硫磺回收處理，以獲得硫純度較高的固體硫磺，再進(jìn)行銷售及處置。

1 熔硫工藝原理

熔硫工藝主要原理為加熱硫顆粒使其變?yōu)橐子诹鲃拥娜廴跔顟B(tài)的硫，在重力作用下與溶液分層，得到純度較高的單質(zhì)硫。加熱硫顆粒的常用設(shè)備為熔硫釜，熔硫釜一般分為間歇熔硫釜和連續(xù)熔硫釜兩種。

1.1 間歇熔硫工藝原理

間歇熔硫釜主要用于處理含水較少的硫膏，工藝流程圖如圖1所示，經(jīng)過真空轉(zhuǎn)鼓過濾機過濾得到的硫膏（含水30%～40%）進(jìn)入熔硫釜頂部的料斗，當(dāng)硫膏量達(dá)到熔硫釜處理量時，關(guān)閉料斗加料閥，打開熱源對釜內(nèi)硫膏加熱，釜內(nèi)硫膏全部熔融為濃硫液體后放硫即可，熔完一釜再進(jìn)行下一釜的熔硫操作。間歇熔硫能耗較低、產(chǎn)生廢水較少、設(shè)備投資較低，但操作復(fù)雜，人工成本較高。

1.2 連續(xù)熔硫工藝原理

連續(xù)熔硫釜主要用于處理含水較多的硫泡沫或硫漿，工藝流程圖如圖2所示，硫泡沫或硫漿通過硫漿泵增壓后直接進(jìn)入熔硫釜，經(jīng)過加料閥進(jìn)入熔硫釜上部分離段，硫泡沫在分離段加熱至65℃～90℃后，硫顆粒逐漸聚集長大，經(jīng)過濾后硫顆粒進(jìn)入熔硫釜熔硫段，硫顆粒進(jìn)入熔硫段后繼續(xù)加熱，至140℃后，釜底濃硫溶液經(jīng)放硫閥放出；加熱過程中上部分離出的液體進(jìn)入熔硫段頂部排液管線排出，進(jìn)一步進(jìn)行污水處理；加料、排污水及放液硫連續(xù)同步運行。連續(xù)熔硫能耗較高、產(chǎn)生廢水較多、設(shè)備投資較高，但自動化程度高，操作簡單，人工成本較低。

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況分析

2.1 熔硫工藝應(yīng)用情況

中石化西南油氣分公司YS1井采用絡(luò)合鐵脫硫工藝進(jìn)行脫硫凈化，采用間歇熔硫工藝提純硫黃，于2017年6月投產(chǎn)運行，設(shè)計處理原料氣20×104m3/d，脫硫前原料氣中H2S含量為5.23%，硫黃產(chǎn)量14.9t/d。

絡(luò)合鐵脫硫液直接與原料氣中的H2S反應(yīng)生成單質(zhì)硫顆粒，通過真空過濾機過濾得到含水率30%～40%的硫膏，硫膏裝入間歇熔硫釜進(jìn)行熔硫。熔硫釜容積為10m3，每次裝入約2/3容積的硫膏，通過蒸汽加熱升溫至130℃～150℃，熔硫5h～6h后放出液硫至液硫池，液硫通過液硫泵裝車外運。產(chǎn)出的硫黃經(jīng)取樣檢測滿足工業(yè)硫黃優(yōu)等品指標(biāo)（見表1），但是硫黃散發(fā)異味，難以作為正常硫黃產(chǎn)品進(jìn)行銷售。

2.2 硫黃異味分析

初期生產(chǎn)時，熔硫釜排放液硫過程中散發(fā)H2S，排液硫口附近實測空氣中H2S濃度達(dá)到200ppm。通過在熔硫釜中加入強氧化劑，生成的液硫在排放時空氣中H2S濃度降至20ppm。通過對液硫池內(nèi)空氣取樣分析，確定硫黃散發(fā)的異味為H2S和有機硫氣體，其中H2S濃度17.8ppm，有機硫氣體總濃度96.08ppm，見表2。

異味原因分析：（1）絡(luò)合鐵脫硫工藝產(chǎn)出的硫膏中含有少量硫代硫酸鹽、碳酸鹽等鹽分，進(jìn)入熔硫釜、液硫池中，在高溫作用下，會分解生成少量的H2S，尤其在過濾機沖洗效果不好的時候，硫膏中鹽分會更多，分解生成的H2S也越多；（2）YS1井原料氣中含有較高濃度的有機硫氣體，總有機硫濃度約為120ppm，部分有機硫被絡(luò)合鐵脫硫液物理吸收或化學(xué)反應(yīng)生成副產(chǎn)物，隨著硫膏一起進(jìn)入熔硫釜，在熔硫釜高溫條件下，生成有機硫氣體及H2S。

結(jié)論

（1）熔硫釜工藝原理簡單，可將絡(luò)合鐵脫硫工藝產(chǎn)出的硫膏進(jìn)一步提純，達(dá)到工業(yè)硫黃優(yōu)等品指標(biāo)。

（2）絡(luò)合鐵脫硫溶液中的鹽分以及吸收原料氣中有機硫氣體形成的副產(chǎn)物隨著硫膏進(jìn)入熔硫釜，在熔硫釜內(nèi)高溫條件下生成有機硫氣體及H2S，從而導(dǎo)致散發(fā)異味。

參考文獻(xiàn)

[1]姚廣聚，陳海龍.國產(chǎn)MCS絡(luò)合鐵脫硫工藝在川西海相含硫氣田的應(yīng)用研究[J].石油與天然氣化工，2015，44（5）：7-11.