超重力脫硫系統在酸性水罐頂惡臭氣體處理中的應用

孫慶宇 龔朝兵 黨建軍 花 飛

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

原油在加工過程中產生大量含硫、含氨酸性水，這些水中溶解了大量的硫化氫和氨，一般經酸性水汽提裝置處理后進行回用或去污水處理場處理。酸性水罐是酸性水汽提裝置的重要設備，具有緩沖、均質和除油的作用，該罐屬于常壓容器。受酸性水罐大小呼吸的影響，大量惡臭氣體和油氣從酸性水中逸出，當罐內壓力較高時，罐頂的尾氣經常破水封，造成環境污染和安全隱患，需要采取合理高效的技術對惡臭尾氣進行綜合治理[1-2]。

酸性水罐頂惡臭廢氣的主要組成是H2S、氨、有機硫(如硫醇)等及烴類。經過近些年的實踐，酸性水罐頂惡臭尾氣的治理由簡單的水洗法和焚燒法發展到現在的綜合治理法，其中以降膜吸收技術、超重力反應器脫硫技術和水洗-胺洗技術的應用較為廣泛[3-5]。

文章以某公司煉油廠酸性水罐區逸散的惡臭污染氣體為研究對象，采用中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院(以下簡稱撫順石油化工研究院)開發的超重力脫硫工藝技術，對廢氣超重力脫硫處理過程中存在的問題進行分析，并提出相應的解決措施。

1 系統概況

某煉油廠酸性水汽提(Ⅱ)裝置根據全廠各裝置酸性水來源情況，分為非加氫型和加氫型酸性水兩個處理系列，均采用雙塔加壓汽提工藝。非加氫型酸性水系列設立了3個8 000 m3的儲罐，加氫型酸性水系列設立了3個10 000 m3的儲罐，6個儲罐共用一套罐頂惡臭氣體脫臭設施。酸性水儲罐尾氣脫臭系統采用撫順石油化工研究院的專利技術，采用“罐區微正壓密閉+超重力反應器脫臭+壓縮機增壓+低壓瓦斯管網回收或排氣筒就地排放”方案。

超重力環境通過旋轉填充床(Rotating Packed Bed，RPB)產生的離心力場來實現，RPB具有傳質效率高、體積小、操作簡單和開停車容易等優點。超重力反應器依靠高速電機帶動液體旋轉產生低壓將酸性水罐頂惡臭尾氣吸入反應器，通過超重力環境的作用使氣液發生充分接觸并快速反應，反應后的尾氣從反應器頂部排出。反應器中裝填的專利吸收劑是氧化性吸收液，主要成分是堿(NaOH)、氧化劑(如次氯酸鈉)、催化劑和活化劑，能夠同時去除廢氣中的硫化氫、氨以及硫醇和硫醚等有機硫。當脫硫后氣體(凈化尾氣)的氧體積分數大于2%時進煙囪，當其氧體積分數不超過2%時經壓縮機升壓后進瓦斯管網回收。

酸性水罐頂廢氣超重力脫硫系統的工藝流程見圖1。

圖1 酸性水罐頂廢氣超重力脫硫系統流程

2 酸性水罐頂廢氣超重力脫硫系統存在的問題及分析

(1)吸收液使用周期短，飽和吸收液回收困難

專利吸收液設計使用周期為半年,但在酸性水汽提(Ⅱ)裝置負荷不到60%時使用僅15天即發現脫硫后氣體的氨和硫化氫質量濃度嚴重超標，說明吸收液已飽和，遠低于設計使用壽命。

吸收液飽和后需要進行更換，但飽和液含氯離子質量濃度較高。按照原設計流程，吸收液要退至酸性水儲罐，此吸收液會腐蝕儲罐防腐涂層，造成嚴重的安全隱患，只能委托環保公司處理。

(2)凈化尾氣帶液嚴重，積液對壓縮機等部件有較強的腐蝕性

罐頂惡臭氣體超重力脫硫工藝未考慮分液問題，該系統運行3個月以來，發現凈化氣體帶液嚴重，現場也無專用排放管道，回收困難。同時由于凈化氣體持續帶液，造成無法啟動壓縮機，導致凈化氣體無法回收至低壓瓦斯管網，只能現場煙囪排放，排放烴無法回收。

凈化尾氣中的積液腐蝕性較強，對壓縮機、煙囪、管道等過流部件都有較強的腐蝕性，且壓縮機、煙囪等不少過流部件都是碳鋼材質。煙囪底部未設置凝液排放閥門和回收設施，凝液通過臨時接管收集時容易泄露至地面造成環境污染。

(3)活塞式壓縮機運行時存在銨鹽結晶、潤滑油乳化

脫臭系統所選壓縮機屬于往復活塞式壓縮機。由于凈化尾氣中殘存部分氨和硫化氫，在一定條件下易形成銨鹽結晶，易導致壓縮機氣閥失效，活塞磨損，不利于安全生產。同時此壓縮機由于結構問題，油箱易進水，造成潤滑油乳化。

如圖3所示，信號傳感器傳輸試驗數據經過通道數據采集器進入無線發射模塊，通過信號采集器的無線接收模塊接收實驗數據進入嵌入式計算機。 現場通過顯示器進行初步數據分析、處理，也可進行數據儲存導入excel制成圖表進行深入分析處理。

3 優化措施

3.1 專利吸收劑更換為低濃度堿液

堿液對硫化氫吸收效果良好，對低分子硫醇有一定吸收效果，其對罐頂惡臭氣體的去除率很高，在國內有較多成功案例[6-7]。針對專利吸收劑失活較快且含氯離子多的問題，將其更換為低濃度堿液；增設收退堿管線，堿液質量分數按照2%～5%控制，廢堿液分批退入酸性水原料罐。應用實踐表明，采用質量分數為2%的堿液作吸收劑，可取得良好的脫除效果，典型分析數據見表1。

表1 堿液吸收效果比較 mg/m3

由表1可見：與某煉油廠酸性水汽提(Ⅰ)采用的降膜吸收工藝相比，吸收效果基本相當。

3.2 增設洗氨罐

超重力脫硫工藝的凈化尾氣的氨質量濃度較高，原因是降膜吸收法采用了專用的洗氨罐，超重力脫硫工藝無脫氨罐，在惡臭氣體濃度偏高時，脫氨的效果較低。氨氣在常溫下極易溶于水，通過增設凈化水吸收罐，能高效吸收廢氣中的氣氨。因此，為保證凈化尾氣進瓦斯系統回收，應降低凈化尾氣的氨質量濃度，需增設洗氨罐，通過凈化水吸收后的含氨廢水進汽提裝置原料水罐[5-7]。

酸性水罐頂廢氣脫硫脫氨系統優化后的流程見圖2。

圖2 酸性水罐頂廢氣脫硫脫氨系統優化后的流程

煉油廠在治理酸性水罐頂惡臭氣體時一般采用低溫柴油吸收-超重力脫硫技術，單獨采用超重力脫硫技術的較少。低溫柴油吸收-超重力脫硫技術，用低溫柴油吸收廢氣中烴類組分和有機硫化物、氨；用吸收液凈化廢氣中的硫化氫組分和部分有機硫組分。

洗氨罐可設置在反應器前或反應器后，洗氨罐設置在反應器前，需要增加噴射泵，壓縮機的參數可能需要調整，但可以降低反應器負荷、提高硫化物的脫除效果，通過含氨污水的置換量可有效降低凈化尾氣氨質量濃度；洗氨罐設置在反應器后，前端流程不需改動，由于堿液置換量不能偏大，可能存在凈化尾氣硫化物偏高的問題。綜合來說，建議洗氨罐設置在超重力反應器前。

3.3 增設凈化尾氣分液罐

由于凈化尾氣未設計分液罐，帶液嚴重，可增設凈化尾氣分液罐。在增設分液罐前，在煙囪底部加裝正式的凝液收集排放閥門和回收設施，加強排液，降低煙囪的腐蝕。

3.4 尾氣壓縮機改型

凈化尾氣提壓一般采用水環泵或離心壓縮機。針對活塞式壓縮機的問題，可將原設計選用的活塞式壓縮機改為離心壓縮機。

3.5 其他優化措施

加強酸性水罐的保溫可減少惡臭尾氣的排放。光面鋁色或白色漆的太陽能吸收率較低，使用光面鋁色或白色漆比銀灰色或綠色漆，酸性水儲罐的逸散量可減少40%。優先選用光面鋁色或白色的罐漆涂料[8]。

酸性水罐頂采用氮封技術，控制合適的氮封壓力，減少酸性水中惡臭氣體的逸出，同時氮氣的補入可以使罐頂尾氣保持低含氧狀態，方便氣柜回收。

4 結語

煉油廠酸性水罐區作為煉化企業一類復合型污染惡臭氣體排放源，其環保和安全風險較大，需要采取合理高效的技術對惡臭尾氣進行綜合治理。針對某煉油廠酸性水汽提(Ⅱ)惡臭氣體超重力脫硫系統存在的吸收劑效果差、凈化尾氣帶液嚴重、尾氣壓縮機運行工況不佳等問題，進行了原因分析并提出操作調整或技術改造措施。惡臭氣體通過凈化水洗氨，吸氨后的污水送至酸性水儲罐中，脫除了氨氣的惡臭氣體再送至超重力反應器進行脫硫，吸收液采用低濃度堿液，凈化氣體中沒被吸收的烴類等組分送至氣柜，可有效解決酸性水罐頂惡臭氣體排放存在的問題。