天然氣凈化裝置尾氣排放影響因素及控制措施分析

胡海光

（重慶商務職業學院，重慶 401331）

安全環保是化工企業生產的底線和紅線。隨著國家“雙碳”目標的提出，環保形勢日益嚴峻，各級環保部門加大了對化工企業廢氣排放的監管力度，不斷修訂完善尾氣排放標準。川東北某天然氣凈化廠主要加工高含量H2S、CO2的天然氣，天然氣凈化過程中要同步兼顧硫的回收和二氧化硫減排工作。近年來，該天然氣凈化廠高度重視環保工作，以建設“綠色工廠”為奮斗目標，通過優化工藝參數、不斷進行技術創新，嚴格控制尾氣中SO2含量，有效保障了裝置的安全高效運行。

1 天然氣凈化概況

該天然氣凈化廠共建有12列凈化裝置，單個系列的設計處理規模為3×106m3/d，操作彈性為50%～110%。每2個系列組成1個聯合裝置，聯合裝置包括脫硫單元、脫水單元、硫黃回收單元、尾氣處理單元及酸水汽提單元，采用MDEA法脫硫脫碳、TEG法脫水、常規Claus二級轉化法硫黃回收、加氫還原吸收尾氣處理以及酸性水汽提的工藝路線，工藝流程見圖1。

圖1 天然氣凈化工藝流程

脫硫單元采用兩級吸收的MDEA脫硫工藝。高含硫原料氣經過脫硫單元脫除幾乎所有的H2S、部分有機硫及CO2，再經過脫水單元脫水后，合格凈化氣出裝置外輸。脫硫單元產生的含有H2S的酸性氣進入硫黃回收單元。硫黃回收單元包括制硫爐高溫轉化和兩級Claus催化轉化。制硫尾氣經加氫還原后去胺法脫硫化氫裝置，脫硫化氫后的尾氣采用熱焚燒工藝，在尾氣焚燒爐內補充燃料氣達到適宜的反應溫度，將殘留的硫化物及有機硫等進一步氧化成SO2滿足環保要求后排放。尾氣處理單元產生的液態酸性水進入酸水汽提單元，經過汽提，凈化水達標外輸循環利用，汽提出的氣態酸性氣返回尾氣處理單元進一步循環處理。

目前該廠執行GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業大氣污染物排放標準》，尾氣排放ρ(SO2)不超過400 mg/m3。但在生產過程中，由于處理量發生改變、人為操作、設備故障及管理等方面的原因，有時會出現尾氣二氧化硫超標排放的現象，ρ(SO2)達到500 mg/m3。該廠對影響SO2排放濃度的因素進行了分析并采取相應的措施，取得了顯著的效果。

2 SO2排放濃度的影響因素及控制措施

尾氣SO2排放濃度的影響因素較多，主要有：脫硫單元胺液吸收效果差；硫黃回收單元克勞斯爐配風不當、液硫池酸霧夾帶；尾氣處理單元加氫進料燃燒爐配風波動大；裝置停工吹掃等。

2.1 胺液吸收效果差

原料氣從地下采出進入采氣廠配送管道，由于含有硫化物及部分降解物，對管道產生嚴重的腐蝕，日積月累，會出現部分管道變薄、拐角處穿孔等問題。為保證安全生產，降低腐蝕沖刷，該廠在上游加入緩蝕劑延長管道使用壽命。處理后的原料氣攜帶緩蝕劑一起進入胺液系統，會引起胺液發泡，影響胺液的吸收性能。煙氣吸收塔內胺液吸收H2S效果變差，H2S吸收不完全進入煙氣焚燒爐焚燒會引起SO2排放超標。

該廠采取措施對胺液吸收操作進行改進，使問題得到改善。

1）加注阻泡劑。在上游原料提產提量后煙氣SO2排放濃度顯著增加，說明胺液發泡比較嚴重。加注阻泡劑后脫硫塔頂H2S含量緩慢減少，排放尾氣SO2濃度隨之下降。阻泡劑加注后胺液發泡消除，胺液吸收性能提高，有利于H2S的吸收，有效地減少尾氣SO2的排放。

2）提高原料氣過濾效果。原料過濾器及時進行排液，適時更換原料氣過濾器濾芯，防止原料氣攜帶雜質進入胺液系統。

3）加強胺液的過濾和凈化。加強胺液過濾器的切換和沖洗作業，定期對活性炭過濾器進行更換，強化熱降解產物和氧化降解產物的吸附。定期對胺液進行凈化處理，除去胺液中的熱穩定性鹽和降解產物。

2.2 克勞斯爐酸性氣與燃燒空氣配比不當

在上游原料氣波動、開工初期等非正常工況下，酸性氣量大幅波動，導致硫黃回收系統克勞斯爐酸性氣與燃燒空氣比例不當引起SO2排放超標。

為了穩定酸性氣與燃燒空氣的比例，先將酸性氣調節閥及燃燒空氣調節閥轉換為手動操作，及時調整燃燒空氣量，確保酸性氣與燃燒空氣的配比控制在(1.30～1.35)∶1。當裝置生產趨于穩定，要使克勞斯爐運行效果良好，克勞斯爐爐膛溫度控制在1 060～1 070 ℃，當分析儀表檢測的H2S與SO2的比值較穩定，同時φ(H2S)與φ(SO2)之和小于0.7%時，尾氣SO2排放濃度保持在較低的水平。

2.3 液硫池硫霧夾帶

正常生產中，為了保證液硫品質，該廠用過程氣通入液硫池進行攪拌脫氣，液硫中脫出的硫化氫經過抽射器進入尾氣焚燒爐，過量的H2S燃燒產生SO2會造成尾氣排放超標。液硫池廢氣回收工藝流程見圖2。

圖2 液硫池廢氣回收工藝流程

生產過程中發現，抽射蒸汽量對尾氣排放影響較大。蒸汽量較小時，抽力不足，現場煙囪有H2S氣體逸出，污染環境，危害人員安全；蒸汽量較大時，抽力增大，脫除的氣體攜帶硫霧進入尾氣焚燒爐焚燒，使得尾氣SO2超標。經過多次試驗，蒸汽量在650～800 kg/h較合適。

在此基礎上，為了降低尾氣SO2排放超標的風險，該廠對液硫池廢氣回收工藝進行了改造，將液硫池中產生的硫化氫重新引入克勞斯爐轉化為液硫產品。改造后工藝流程見圖3。

圖3 液硫池廢氣進克勞斯爐工藝流程

2.4 加氫進料燃燒爐配風波動大

尾氣處理單元加氫進料燃燒爐配風對尾氣SO2排放濃度的影響較大。配風過大，產生的還原性氣體量少，SO2、單質硫等未完全還原，引起煙氣SO2含量增加；配風過小，燃料氣燃燒不充分，產生大量還原性氣體，甚至造成催化劑床層積碳，影響催化劑活性。

在尾氣處理單元，合理控制加氫進料燃燒爐燃燒空氣的流量及爐膛溫度，對于各種硫化物轉化為硫化氫至關重要。當過程氣與燃燒空氣進入加氫進料燃燒爐混合反應時，各項參數有嚴格要求，其中配風量為當量燃燒風量的75%～78%，加氫反應器入口溫度在260～270 ℃，能夠滿足加氫后還原性氣體(φ)在2.3%～2.5%，反應器床層溫升為10～15℃，保證了加氫反應系統的平穩高效運行，使得尾氣SO2排放濃度處于較低的水平。

2.5 裝置停工吹掃

停工吹掃耗時長，傳統停工過程經常出現參數調整不到位等情況，導致尾氣SO2排放超標。為了降低停工期間尾氣SO2排放濃度，該廠結合生產實際，進行了熱氮吹硫工藝改造[1]，主要利用氮氣對硫黃回收裝置進行吹掃、過程氣快速進入加氫處理單元進行還原處理，減少尾氣中SO2排放濃度。該技術雖然環保效果顯著，但停工期間要使用大量的氮氣和蒸汽，能耗較高。

3 結語

根據生產實際情況，該廠組織技術人員定期開展負荷運行測試，在不同工況下對工藝技術參數進行優化調整，確定工藝參數范圍；同時利用裝置檢維修契機，對全廠12列運行裝置進行技術改造，目前廢氣回收和熱氮吹硫工藝已經全部改造完成并投入運行。經過比對分析，各系列排放尾氣二氧化硫含量得到有效控制，部分系列控制在200 mg/m3以內，環保效果顯著。

隨著氣田運行時間長、設備老化等問題逐漸凸顯，環保形勢依然嚴峻。后續操作應精心操控，加大技術創新和研發力度，加強崗位人員的培訓力度，不斷提高技能水平，從主觀和客觀方面同時發力，不斷降低尾氣的二氧化硫含量。