液化氣深度脫硫及尾氣零排放技術的原理與應用

文_王濤 馬慶魯 仝保田 祁濤

1.河北精致科技有限公司 2.山東京博石油化工有限公司

我國經濟建設高速發展，工農業規模持續增長，但環境容量接近飽和。新的歷史階段下，在發展經濟的同時必須保證環境質量，煉油技術清潔化大勢所趨，產品質量升級勢在必行。十五部委聯合要求，到2020年，全國范圍基本實現車用乙醇汽油全覆蓋。汽油中含氧化合物的加入受限，汽油醚化裝置及MTBE裝置將被迫停產。汽油醚化裝置停產后，汽油中高辛烷值調和組分缺少，需要大量高辛低硫組分的相應彌補，如烷基化油等，烷基化等裝置的建設將增加，液化氣作為原料，其需求量及處理規模將增加；同樣 MTBE生產過程是硫的富集和C4的凈化過程，少了MTBE裝置，液化氣作為烷基化、疊合及芳構化等的原料硫更高，對后續加工影響更大，所以液化氣必須深度脫硫。隨著國家《環境保護法》、《大氣污染防治法》、《水污染防治行動計劃》、《生態文明體制改革總體方案》等一系列保護環境的法律法規的推出，產品降硫及“三廢”減排刻不容緩。

1 傳統脫硫醇工藝技術

1.1 工藝原理

液化氣脫硫醇工藝原理主要是依據硫醇的弱酸性和硫醇負離子易被氧化生成二硫化物這兩個特性，由抽提劑中強堿（NaOH）與硫醇反應生成硫醇鈉，硫醇鈉溶于抽提劑中，從液化氣中脫除；帶有硫醇鈉的抽提劑在催化劑作用下通入空氣使硫醇鈉氧化為二硫化物，抽提劑得以再生，再生后的抽提劑循環使用。其反應方程式如下：

1.2 存在問題

Merox抽提-氧化工藝為目前應用最廣泛的液化氣脫硫醇技術，其適用范圍廣、脫硫醇容量大，是一種優良的脫硫醇方法，但也存在不足，其主要問題有：(1)精制液化氣總硫偏高，銅片腐蝕不合格；(2)催化劑溶解性及活性差，富液需在加熱條件下再生；(3)抽提堿液效率不高，堿耗及堿渣排量大；(4)尾氣排放不能滿足環保要求。

2 液化氣深度脫硫技術

2.1 工藝原理

2.1.1 助溶法氧化脫硫醇專利技術

為了解決傳統液化氣脫硫技術存在的問題，從堿法脫硫醇兩步反應機理上分析得出影響液化氣脫硫醇效率的三個主要控制因素為：（1）因硫醇在堿相難溶，而反應又需要在堿液中進行，故提高硫醇溶于堿液的能力會加速硫醇鈉的生成，即通常所說的提高抽提能力；（2）催化劑的活性高低及壽命長短；（3）再生反應中液相溶解的活性氧濃度。

針對上述三個主要控制因素，河北精致科技有限公司率先推出了專有技術助溶法氧化脫硫醇，以除臭精制液替代磺化酞菁鈷，分別采取了相應的強化和促進措施。

第一,提高抽提劑對硫醇的抽提能力。根據相似相溶原理，利用分子結構與硫醇相近、而水溶性遠遠大于硫醇的物質，來提高硫醇在堿相的溶解與脫除效率，同時也可復配提高COS水解速率的物質來促進COS的溶解。

第二,合理匹配助劑，提高催化劑的溶解性和活性。除臭精制液的加入不但增加酞菁鈷催化劑的溶解度，也增加酚類和羧酸類雜質的溶解性，推遲它們在界面上形成飽和濃度的時間，從而有效的防止了催化劑中毒，工業數據顯示，加入該助劑的循環堿液壽命至少延長一倍以上，溶劑能夠保持較高、較恒定的活性，同時實現了常溫下的強化再生，降低能耗。

第三,除臭精制液的加入，降低溶劑的表面張力，改善了氣液間的傳質效果，提高氧氣利用率和氧化活性。加入除臭精制液的循環劑具備恒定的高活性，不但提高硫醇和羰基硫脫除率，而且可深度氧化H2S為硫代硫酸鈉，具有防止脫后銅片腐蝕的能力。除臭精制液有效成分為天然植物性物質，堿渣處理時自然降解，不產生新的污染源。

2.1.2 液化氣深度脫硫專利技術

液化氣深度脫硫專利技術涵蓋助溶法基本原理，在工藝手段上更加完善可行。主要包括3個方面。

(1)功能強化助劑。加入功能強化助劑，可提高循環溶劑的抽提和再生綜合性能，強化循環劑對硫醇的抽提能力、羰基硫的溶解和溶劑再生的活性。

(2)三相混合氧化再生。使再生反應形成的二硫化物及時轉移到反抽提油中，增強了再生反應的推動力，有效提高再生效果，延長堿液使用壽命和運行周期，減少劑耗和排渣。

(3)氧化再生塔采用固定床脫硫醇再生催化劑等工藝措施。一是反應物之間的混合與接觸更充分、更徹底；二是將循環劑的氧化再生條件固定在再生塔之內，明顯減弱抽提反應時發生再生副反應的主要因素，最大限度地避免抽提時生成二硫化物又直接返回液化氣中，實現深度脫硫。

深度脫硫技術在綜合分析含硫化合物分布規律、反應原理以及參與反應的各物質特性等基礎上，采取有效措施，不僅使活性硫和二硫化物脫除徹底，并且保持了堿液恒定的高活性，實現了長周期運行，減少了排堿，精制后液化氣總硫降得很低，非常接近理論數值，成功解決了傳統液化氣脫硫醇工藝存在的一系列問題。

2.2 工業應用

某煉化企業以加工高硫原油為主，經過胺脫后的焦化液化氣總硫有時高達8000ppm，平均總硫含量3000ppm左右，原來的液化氣脫硫醇裝置為纖維膜脫硫醇工藝，液化氣經過脫硫醇后總硫在400ppm左右，不能滿足氣分生產聚合級丙烯指標要求。采用液化氣深度脫硫專利技術，改造內容包括增加預堿洗流程、增加一級抽提、采用固定床氧化塔、改造二硫化物罐、加入脫硫醇功能強化助劑等。

經過改造后，該裝置于2012年10月6日開工，液化氣總硫從10月21日至今一直保持在100ppm以內，平均達到60ppm。經過進一步的運行調整后，自2013年5月以后，脫后液化氣總硫穩定到50ppm以下，平均維持在25ppm左右，成為氣分裝置的直供料。通過本次改造，成功解決了焦化液化氣硫形態復雜、脫除難的問題，降低了脫硫后焦化液化氣總硫含量，達到產品指標，并大幅度減低了系統的堿液消耗量及排放量，堿渣量由原來100t/月下降至45t/月，完成了產品降硫、堿渣減排的雙重目標。

3 尾氣零排放技術

3.1 技術背景

液化氣深度脫硫技術降低了液化氣中的總硫含量，并大大減少了堿渣和尾氣的排放量，但并沒有徹底解決尾氣和堿渣的后處理問題。尤其是脫硫醇尾氣，因其含有過剩氧、硫化物、微量烴及堿等對安全環保有害的組分，其后處理一直是煉油企業的一個難題。

最近幾年，隨著纖維膜脫硫技術的引進，按比例注入瓦斯，然后將尾氣引入加熱爐燃燒的辦法得到了應用，從一定程度上緩解了尾氣后處理的問題；但是一段時間后，發現引入尾氣的加熱爐，其爐管、爐壁、煙道擋板等部位的腐蝕明顯加重，煙氣的SO2濃度也有升高。另外，因混入瓦斯的尾氣組成和壓力與燃料氣系統差別較大，尾氣往往只能在某一個火嘴集中燃燒，導致加熱爐偏燒及溫度調節困難。市場上比較成熟的另一種尾氣處理技術是包括尾氣升壓、冷凍機組、冷柴油吸收及膜分離等手段的組合，投資高、操作費用大，但即使采用如此復雜的處理措施后，尾氣烴含量仍達不到直排指標，仍然需要再焚燒處理。

在環保形勢日益嚴峻的情況下，對于脫硫醇尾氣的治理成為擺在大家面前當務之急亟需解決的問題。

3.2 工藝原理

為徹底解決脫硫醇尾氣處理問題，提高設備效率，河北精致科技有限公司推出了尾氣零排放的專利技術，該技術是在液化氣深度脫硫技術的基礎上，本著從源頭開始，預防與治理相結合原則，將污染物最大可能地資源化，利用較少的投入和較小的運行代價，成功實現了液化氣深度脫硫過程“用氣不排廢”的清潔化生產。

在抽提劑的再生過程中，需要氧氣將溶解的硫醇鈉氧化為二硫化物，從而實現抽提劑的循環使用。而原來排放尾氣中的過剩氧也是氧化再生反應所需要的，因此使用壓縮機對再生尾氣升壓，將尾氣循環使用，采用富氧替代空氣，定量補充反應消耗的氧氣并維持尾氣中的氧含量，該措施在保持堿液再生條件不變的情況下，實現了極難處理尾氣的零排放。

溶劑再生的氧消耗量很少，雖然通過設置液氧罐或管道輸送氧氣都可實現，但會帶來平面布置和安全管理方面的困擾。為方便操作、減少安全風險，本工藝采用技術方專有的撬裝氧提濃設備（富氧機組），用凈化風做為原料，消除了制氧、儲氧和輸氧過程的安全風險及平面布置難題，隨用隨制，沒有氧氣儲存。

通過合理地選擇反抽提油品種、確定適宜的操作溫度和壓力、優化氧氣加入點及氧分散方式、以及氧含量、烴含量在線分析等措施，確保尾氣中的烴含量在增壓前后均處于安全的非燃爆區域，從而實現裝置的安全、平穩、經濟運行。

3.3 工業應用

某煉廠新建40萬t/a混合液化氣脫硫醇裝置采用液化氣深度脫硫及尾氣零排專利技術，其中脫硫醇部分采用的是預水洗加靜態混合器抽提反應工藝，工藝流程見圖1。

本裝置于2018年7月份投用，主要工藝參數見下表，至今脫硫醇效果良好，產品質量合格，脫后總硫＜20ppm，其中硫醇硫＜5ppm。通過尾氣零排技術，將尾氣增壓循環利用，通過定量補氧等措施，在原有再生條件基本不變的情況下，保證了氧化反應順利進行，實現了真正意義上的尾氣零排放。

表1 主要工藝參數

4 分析對比

目前，多數煉廠已經通過液化氣深度脫硫技術實現了產品的降硫需求，但仍存在尾氣難處理的問題，可通過增上尾氣零排放技術解決。尾氣的循環使用避免了尾氣中夾帶輕烴的損失，且由富氧替代了空氣，避免了帶入的CO2與堿液反應生成不可再生的碳酸鹽，減少了堿液的消耗和堿渣的排放，最終降低了操作費用。

液化氣深度脫硫技術是對傳統脫硫醇技術的升級與改進，進一步脫除液化氣中的硫含量，并減少了堿液的消耗與堿渣的排放。同樣，尾氣零排放技術是在液化氣深度脫硫基礎上的優化改造，解決了困擾企業的尾氣處理難題。液化氣深度脫硫及尾氣零排技術可應用于各類液化氣脫硫醇工藝的改造與新建項目，流程框圖參見圖2。

5 結語

河北精致科技有限公司的液化氣深度脫硫專利技術通過添加功能強化助劑、三相混合氧化再生以及固定床氧化再生技術的實施，強化了再生條件、增強了溶劑抽提能力、合理地轉移了硫化物、消除了副反應條件，最終降低了液化氣中的硫含量，并減少了堿液的消耗與堿渣的排放。在此基礎上，尾氣零排技術通過尾氣升壓循環利用、定量補氧等措施，實現了尾氣零排放，避免了油品損失和環境污染。

液化氣深度脫硫及尾氣零排技術均為工業成熟技術，可完美結合，并且操作費用低，環保效益和社會效益顯著，是值得推廣的清潔化生產新工藝。