戴俊峰，陸 原，劉權(quán)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(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

根據(jù)國標(biāo)GB 17820-2018《天然氣》[1]要求，一類質(zhì)量的天然氣硫化氫含量應(yīng)低于6 mg/m3(約3.95 ppm)，二類質(zhì)量的天然氣硫化氫含量應(yīng)低于20 mg/m3(約13.18 ppm)，因此大多數(shù)藥廠廢氣、天然氣、煤生氣的達不到國標(biāo)要求，必須進行脫硫處理。工業(yè)上廣泛應(yīng)用的脫硫技術(shù)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(shù)據(jù)顯示，堿法脫硫技術(shù)只可以穩(wěn)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(luò)合鐵裝置脫硫工藝技術(shù)，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(shè)備參數(shù)以及經(jīng)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(shù)的優(yōu)異性。

1 實驗方法

1.1 脫硫技術(shù)

1.1.1 堿法(氫氧化鈉)脫硫

沼氣經(jīng)過多個串聯(lián)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(yīng)如式(1)所示：

(1)

1.1.2 干法(氧化鐵)脫硫

沼氣經(jīng)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(yīng)如式(2)所示：

(2)

1.1.3 超重力(三嗪)脫硫

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

(3)

1.1.4 絡(luò)合鐵裝置脫硫工藝

絡(luò)合鐵裝置脫硫工藝過程圖如圖1所示。

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

(4)

鼓泡塔內(nèi)脫硫后的藥劑抽入到再生槽，利用鼓風(fēng)機持續(xù)鼓入空氣，使藥劑發(fā)生再生，再生反應(yīng)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(nèi)進行脫硫。

藥劑內(nèi)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(nèi)，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(jié)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(shù)、干法塔(氧化鐵)脫硫技術(shù)、絡(luò)合鐵裝置脫硫工藝技術(shù)的現(xiàn)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(shù)的脫硫效果試驗。試驗結(jié)果如圖3所示。圖3表明，超重力(三嗪)脫硫技術(shù)可以穩(wěn)定控制沼氣出口H2S濃度低于13 ppm；干法(氧化鐵)脫硫技術(shù)可以穩(wěn)定控制沼氣出口H2S濃度低于10 ppm；均明顯優(yōu)于堿法(氫氧化鈉)脫硫技術(shù)，但脫硫后的氣體僅能達到國標(biāo)的氣體二類質(zhì)量要求。而絡(luò)合鐵裝置脫硫工藝技術(shù)處理后，出口氣體H2S濃度低于設(shè)備檢出限(0.1 ppm)，達到了國標(biāo)的氣體一類質(zhì)量要求。

圖3 三種脫硫技術(shù)試驗效果

2.2 設(shè)備參數(shù)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(shù)、超重力(三嗪)脫硫技術(shù)、干法(氧化鐵)脫硫技術(shù)、絡(luò)合鐵裝置脫硫技術(shù)四種技術(shù)的裝置參數(shù)如表1所示，裝置實物對比如圖4所示。由表1可以看出，絡(luò)合鐵裝置脫硫工藝技術(shù)具有重量輕，尺寸小，占地面積小，安裝方便等優(yōu)點，非常適合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。

表1 四種脫硫技術(shù)的裝置參數(shù)

圖4 四種脫硫技術(shù)的設(shè)備實物對比

2.3 經(jīng)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(shù)10年內(nèi)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(shù)據(jù)顯示，絡(luò)合鐵裝置脫硫技術(shù)設(shè)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(fā)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(luò)合鐵裝置脫硫技術(shù)投資運行費用性價比最高，適合用于該藥業(yè)沼氣脫硫處理。

表2 四種脫硫技術(shù)的處理費用對比

圖5 四種脫硫技術(shù)的總投入費用隨運行時間的變化

圖6 四種脫硫技術(shù)的10年投資和運行費用總和對比

3 結(jié) 論

(1)絡(luò)合鐵裝置脫硫技術(shù)可以將H2S脫至0.1 ppm(低于檢出限)以下，石家莊某藥廠沼氣經(jīng)該技術(shù)處理后可以達到國標(biāo)一類氣體質(zhì)量要求；

(2)絡(luò)合鐵裝置脫硫工藝技術(shù)具有重量輕，尺寸小，占地面積小，安裝方便等優(yōu)點，非常適合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。

(3)絡(luò)合鐵裝置脫硫技術(shù)運行2年后，性價比優(yōu)勢越來越明顯。建議用于該藥廠脫硫處理。