幾種脫除藥廠沼氣中的硫化氫的工藝技術對比分析

2022-06-14 02:01:12戴俊峰劉權升張國欣

廣州化工 2022年10期

戴俊峰，陸原，劉權升，張國欣

(1 中海油(天津)油田化工有限公司，天津 300450；2 中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

根據國標GB 17820-2018《天然氣》[1]要求，一類質量的天然氣硫化氫含量應低于6 mg/m3(約3.95 ppm)，二類質量的天然氣硫化氫含量應低于20 mg/m3(約13.18 ppm)，因此大多數藥廠廢氣、天然氣、煤生氣的達不到國標要求，必須進行脫硫處理。工業上廣泛應用的脫硫技術主要有，堿法[2-4]、干法[5-6]、三嗪脫硫[7-14]等。某藥廠沼氣一直采用堿法脫硫，歷史數據顯示，堿法脫硫技術只可以穩定控制沼氣出口H2S濃度低于80 ppm，無法滿足實際需求。故本文研究了一種絡合鐵裝置脫硫工藝技術，并成功將石家莊某藥廠沼氣的硫化氫含量降至0 ppm(試管檢出限以下)。同時從性能、設備參數以及經濟性三個方面，對比了干法和超重力三嗪脫硫法，說明了本研究的技術的優異性。

1 實驗方法

1.1 脫硫技術

1.1.1 堿法(氫氧化鈉)脫硫

沼氣經過多個串聯的堿洗罐，硫化氫與氫氧化鈉作用，生成可溶性硫化鈉Na2S和硫氫化鈉NaHS反應如式(1)所示：

(1)

1.1.2 干法(氧化鐵)脫硫

沼氣經過充滿氧化鐵填料的干法塔，硫化氫與氧化鐵作用，生成鐵的硫化物Fe2S3，反應如式(2)所示：

(2)

1.1.3 超重力(三嗪)脫硫

沼氣經過含有三嗪的超重力機，在超重力的狀態下，三嗪與硫化氫可充分反應，生成噻嗪化合物，反應如式(3)所示：

(3)

1.1.4 絡合鐵裝置脫硫工藝

絡合鐵裝置脫硫工藝過程圖如圖1所示。

沼氣經過捕霧器，形成穩定氣流，然后從鼓泡塔頂部進入，自下而上流經絡合鐵脫硫劑，處理后的氣體回到捕霧器，脫水并形成穩定氣流，再輸回到沼氣處理系統。脫硫反應過程如式(4)所示：

(4)

鼓泡塔內脫硫后的藥劑抽入到再生槽，利用鼓風機持續鼓入空氣，使藥劑發生再生，再生反應過程如式(5)所示：

(5)

再生后的藥劑再通過貧液泵抽回鼓泡塔內進行脫硫。

藥劑內的硫磺自然沉降分離，從鼓泡塔底部和再生槽底部通過流漿泵抽到緩沖罐進行進一步沉降，通過濾液泵將上部的清液輸送到再生沉降罐內，下部硫磺進行再處理后銷售。

1.2 硫化氫檢測

采用SearchRAE硫化氫檢測儀，測試儀器如圖2所示。

圖2 硫化氫測試儀

2 結果與討論

2.1 脫硫性能對比分析

石家莊某藥廠沼氣中H2S濃度為4000～5000 ppm，壓力12 kPa，溫度20 ℃，平均處理氣量7000 Nm3/d。為了更好地對比超重力(三嗪)脫硫技術、干法塔(氧化鐵)脫硫技術、絡合鐵裝置脫硫工藝技術的現場實際脫硫效果，通過連接旁路測試的方法，同時進行三種技術的脫硫效果試驗。試驗結果如圖3所示。圖3表明，超重力(三嗪)脫硫技術可以穩定控制沼氣出口H2S濃度低于13 ppm；干法(氧化鐵)脫硫技術可以穩定控制沼氣出口H2S濃度低于10 ppm；均明顯優于堿法(氫氧化鈉)脫硫技術，但脫硫后的氣體僅能達到國標的氣體二類質量要求。而絡合鐵裝置脫硫工藝技術處理后，出口氣體H2S濃度低于設備檢出限(0.1 ppm)，達到了國標的氣體一類質量要求。

圖3 三種脫硫技術試驗效果

2.2 設備參數對比分析

按照處理量7000 Nm3/d，氣體H2S濃度4000 ppm估算，堿法(氫氧化鈉)脫硫技術、超重力(三嗪)脫硫技術、干法(氧化鐵)脫硫技術、絡合鐵裝置脫硫技術四種技術的裝置參數如表1所示，裝置實物對比如圖4所示。由表1可以看出，絡合鐵裝置脫硫工藝技術具有重量輕，尺寸小，占地面積小，安裝方便等優點，非常適合工業現場應用。

表1 四種脫硫技術的裝置參數

圖4 四種脫硫技術的設備實物對比

2.3 經濟效益分析

按照處理量7000 Nm3/d，氣體H2S濃度4000 ppm估算，處理費用如表2所示，四種脫硫技術10年內投入變化如圖5所示，10年投資和運行費用總和比較如圖6所示。以上數據顯示，絡合鐵裝置脫硫技術設備投資最高，但運行費用最小，隨著運行時間不斷增加，其性價比越發明顯，運行2年后總投入反而是最低，運行10年后的總費用只有干法的33.4%，堿法的24.8%，超重力脫硫的16.1%。綜上說明，絡合鐵裝置脫硫技術投資運行費用性價比最高，適合用于該藥業沼氣脫硫處理。