李 軍， 羅孝偉， 李 靖， 劉衛(wèi)江

(延長(zhǎng)石油勘探公司采氣二廠，陜西 靖邊 718500)

使用LO-CAT法硫磺回收時(shí)，要定期向系統(tǒng)中加入氫氧化鉀、螯合劑、鐵離子、表面活性劑、消泡劑、生物抑制劑及緩蝕阻垢劑等。每種藥劑的添加量不僅關(guān)系到實(shí)際應(yīng)用中的生產(chǎn)成本，更是會(huì)直接影響溶液整體的質(zhì)量和生產(chǎn)硫磺的質(zhì)量。本文針對(duì)該凈化廠硫磺回收運(yùn)行過程中的問題，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)藥劑添加比例，最終解決了硫磺灰分比例大、硫磺濕度大、有機(jī)物質(zhì)多、pH過高等問題。

1 工藝簡(jiǎn)介

1.1 化學(xué)原理

LO-CAT法[1]改進(jìn)了克勞斯反應(yīng)，成為了一種恒溫、低成本的方法。其總的化學(xué)原理是將酸性氣體中的硫化氫與空氣的中的氧氣在催化作用下反應(yīng)生產(chǎn)硫磺和水，反應(yīng)方程式見式(1)。

(1)

其基本化學(xué)反應(yīng)可以劃分為吸收和再生兩個(gè)部分。

吸收部分見式(2)。

(2)

再生部分見式(3)。

(3)

式(2)、式(3)進(jìn)行疊加，便得到式(1)改進(jìn)的克勞斯反應(yīng)方程式。

1.2 工藝流程

從脫酸單元酸氣分離器出來(lái)的酸氣到硫磺回收單元的酸氣分離器中進(jìn)行再次分離，分離出其中的雜質(zhì)和游離水。隨后，進(jìn)入到吸收氧化塔吸收區(qū)中，與鼓風(fēng)機(jī)輸送控制溫度的空氣進(jìn)行反應(yīng)，生產(chǎn)硫單質(zhì)。生成的硫磺經(jīng)過硫磺漿泵輸送至轉(zhuǎn)鼓式過濾機(jī)進(jìn)行過濾。過濾后的溶液通過濾液回流泵打回至吸收氧化塔內(nèi)。

2 硫磺回收裝置運(yùn)行分析

2.1 裝置運(yùn)行現(xiàn)狀

該凈化廠裝置于2019年7月正式投入生產(chǎn)使用。設(shè)計(jì)酸性氣處理量為2 500 m3/h，其中，硫化氫體積分?jǐn)?shù)為2.34%，硫磺產(chǎn)量2.0 t/a，裝置的操作彈性范圍為10%～120%。從吸收氧化塔排放至大氣的氣體，硫化氫質(zhì)量濃度≤5 mg/m3。統(tǒng)計(jì)硫磺回收單元2020年酸氣處理量(見圖1)，可以看出，實(shí)際處理能力到達(dá)設(shè)計(jì)處理能力的99.3%，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。但是酸性氣體中硫化氫的百分比超過設(shè)計(jì)值的8%，硫回收率可以達(dá)到99.99%。

圖1 酸氣處理量

2.2 硫磺成品質(zhì)量分析

該凈化廠2020年全年生產(chǎn)硫磺1 131 t，含水率為42%，高于設(shè)計(jì)值35%，且藥劑中的硫磺成絮狀物沉淀不密實(shí)，在生產(chǎn)硫磺過程中帶出來(lái)的藥劑較多，需要向溶液中添加大量的脫鹽水和藥劑(見圖2)。硫磺成品中灰分占比大，有機(jī)物質(zhì)較多(見表1)。

圖2 絮狀不沉淀硫磺溶液

表1 藥劑調(diào)整前硫磺成品分析

3 藥劑添加優(yōu)化管理措施

3.1 藥劑介紹

3.1.1 VM-610鐵離子溶液

主要成分為EDTA鐵胺、磷酸三鈉和水。其主要作用是通過補(bǔ)充鐵離子濃縮溶液，防止在生產(chǎn)硫磺過程由于副產(chǎn)物的生成和硫磺成品的夾帶，導(dǎo)致系統(tǒng)中鐵離子缺乏[2]。

3.1.2 VM-620螯合劑溶液

主要成分為次氮基三乙酸、鈉鹽、氫氧化鈉和水。其主要作用是保證鐵離子在堿性環(huán)境中不會(huì)生產(chǎn)氫氧化鐵、硫化亞鐵沉淀，不僅防止了大量鐵離子的降解，也減小了裝置內(nèi)副產(chǎn)物的生成[3]。

3.1.3 VM-660表面活性劑

主要成分為壬基苯酚C1.5乙氧基化物、異丙基酒精和水。其主要作用是將硫磺顆粒進(jìn)行改性潤(rùn)濕，有利于硫磺的沉積和緩解系統(tǒng)堵塞。

3.1.4 45%氫氧化鉀

主要成分為氫氧化鉀和水。其主要作用是為系統(tǒng)提供堿性環(huán)境，一般將系統(tǒng)pH控制在8.5～9.0。

3.2 藥劑優(yōu)化

3.2.1 氫氧化鉀優(yōu)化

氫氧化鉀計(jì)量泵運(yùn)行參數(shù)在16.5 L/h，由于添加的氫氧化鉀量過多，導(dǎo)致溶液pH值穩(wěn)居在9.2以上，系統(tǒng)灰分含量在17.3%，副產(chǎn)物生成較多。將氫氧化鉀計(jì)量泵調(diào)整至11.4 L/h后，系統(tǒng)pH值基本上穩(wěn)定在8.6～8.8，副產(chǎn)物降低至2.34%(見表2)。

表2 藥劑調(diào)整后硫磺分析

3.2.2 表面活性劑、消泡劑優(yōu)化

先前表面活性劑添加量為5.6 L/h，導(dǎo)致硫磺含水量大且呈絮狀不密實(shí)沉淀，導(dǎo)致藥劑流失厲害、溶液外流影響環(huán)境衛(wèi)生、發(fā)泡嚴(yán)重。不僅導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，還加大了消泡劑的使用，使整個(gè)系統(tǒng)處于表面活性劑和消泡劑一起增長(zhǎng)的惡性循環(huán)狀態(tài)。

根據(jù)系統(tǒng)的分析，將表面活性劑量調(diào)節(jié)為2.3 L/h，增大鼓風(fēng)量、提高容器反應(yīng)溫度、轉(zhuǎn)鼓運(yùn)行時(shí)提高吹掃風(fēng)量，經(jīng)過7 d后系統(tǒng)硫磺沉降得到改善，系統(tǒng)有機(jī)物含量降低至0.03%。

3.2.3 鐵離子、螯合劑優(yōu)化

最初的鐵離子加注量為2.3 L/h，螯合劑加注量為0.9 L/h，導(dǎo)致系統(tǒng)鐵離子流失嚴(yán)重。經(jīng)過配伍試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)是由于鐵離子和螯合劑配比不正確，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鐵離子與螯合劑的比例在1∶1到1∶3之間，可以使鐵離子的降解得到有效緩解[4]。

于是將鐵離子加注量調(diào)整至0.8 L/h，螯合劑加注量調(diào)整至0.95 L/h,經(jīng)過觀察，系統(tǒng)溶液總鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制500×10-6左右，鐵離子降解得到有效控制。

4 結(jié)論

1) 在溶液pH低時(shí)應(yīng)適當(dāng)將氫氧化鈉的加注量調(diào)大，在滿負(fù)荷運(yùn)行情況下最佳的量應(yīng)在11.4 L/h；若系統(tǒng)pH過高，應(yīng)分析是氫氧化鈉和螯合劑的原因，并結(jié)合鐵離子的配伍試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整[5]。

2) 表面活性劑是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定與否很關(guān)鍵的因素，表面活性劑過大時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)有機(jī)物會(huì)過多，使硫磺攜帶溶液過多，導(dǎo)致藥劑損失[6]。表面活性劑過少不利于系統(tǒng)中硫磺的沉積和潤(rùn)濕，可能造成系統(tǒng)堵塞。所以應(yīng)該盡量將表面活性劑的量控制在2.3 L/h左右。

3) 螯合劑和鐵離子的調(diào)整應(yīng)該是一個(gè)整體的，不應(yīng)將這兩種藥劑單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后應(yīng)該做配伍試驗(yàn)保證系統(tǒng)鐵離子降解在正常范圍之內(nèi)。鐵離子和螯合劑的最佳配比為1∶1至1∶3。

4) 藥劑標(biāo)定要定期進(jìn)行，在日常操作過程中常常忽略因?yàn)樗釟饬孔兓兓铀幜浚瑢?dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不正常。應(yīng)當(dāng)安排班組人員每班對(duì)藥劑進(jìn)行標(biāo)定并記錄。