新形势下元坝高含硫天然气净化装置尾气减排技术探讨

283

十九大以来，国家对于生态环境愈发重视，空气环境作为大众关注的生态环境中最关注的环节，大气污染物的排放作为影响空气环境的主要因素，其排放的监控也愈趋严格。目前炼油行业已在2017年7月1日执行GB31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》要求：酸性气硫磺回收装置的二氧化硫排放浓度小于400mg/Nm 3，特定地区二氧化硫浓度小于100mg/Nm 3。环境保护部于2018年11月发布了《陆上石油天然气开采工业污染物排放标准（二次征求意见稿）》，要求：硫磺回收装置总规模≥200t/d的天然气净化厂尾气排放二氧化硫浓度小于400mg/Nm 3。

元坝净化厂硫磺回收及尾气处理单元采用克劳斯+斯科特工艺，单套硫磺回收装置总规模设计为220t/d，四套净化装置于2015年5月全部投运，装置投运后对四套净化装置分别进行了标定，尾气SO 2浓度在300~500mg/Nm 3，无法完全保证＜400mg/Nm 3，并且因此，采取工艺操作优化，开发降低净化装置尾气排放的工艺技术，也是元坝高含硫天然气净化厂迫在眉睫的依法依规达标生产需求。

1 尾气影响因素分析1.1 硫平衡分析

影响尾气二氧化硫含量的因素众多，与进入尾炉各种废气本身的组分性质和工艺操作息息相关。按照元素守恒的思路，对元坝净化装置进行硫平衡计算，由图1可知尾气SO 2含量主要受尾气吸收塔过程气中硫含量及液硫池废气尾气中硫含量影响，而其他的因素对尾气SO 2含量影响较小，基本可忽略。

图1 元坝净化厂硫平衡示意图

1.2 单因素变量试验

在10万方/h的负荷下，保障操作稳定时，分别将胺液回收罐尾气、脱水尾气、酸水罐尾气、液硫池尾气切除，观察尾气二氧化硫的变化趋势。

表1 单因素变量试验各尾气影响程度

项目

尾气二氧

化硫

液硫池尾气

胺液回收系统尾气酸水系统尾气脱水系统尾气

尾气影

响值

387mg/Nm 3110-140mg/Nm 3＜3mg/Nm 3＜3mg/Nm 3＜3mg/Nm 3

1.3 影响因素分析

尾气二氧化硫调控应以尾气吸收塔顶尾气为主和液硫池尾气为辅的策略。①影响尾气吸收塔顶尾气的因素包括：克劳斯炉配风比、催化剂床层温度、加氢炉配风比、反应温度、尾气吸收压力、吸收塔温度、溶剂循环量、溶剂发泡程度等；②影响液硫池尾气的因素包括：鼓泡空气流量、抽射器蒸汽流量、内部废气气质情况等。此外其他异常工况对尾气也存在极大影响。

2 工艺操作优化

2.1 正常运行工况优化

（1）克劳斯配风优化。通过控制回路优化、PID 整定、克劳斯炉调风阀优化调试等方式，在元坝净化装置满负荷条件下，风量配比1.15~1.25，主风比例0.9~0.95，主风阀门开度30%~50%，微风阀门开度30~50%，基本能够保证有1/3体积的H 2S转化为SO 2，烃类等杂质完全燃烧，克劳斯反应处于一个较好的运行状态，保证硫磺回收的稳定性。

（2）克劳斯炉反应器温度。降低一级反应器的温度会提高克劳斯反应的转化率，但是又要保证足够高的温度使COS和CS2的水解，适当降低一级反应区床层温度至325℃后反应转化率提高了3.4%。二级再热器的出口温度，当催化剂床层温度越接近硫磺露点温度时，装置的总硫收率就会越高，但是温度低于硫露点时，气态硫会在催化剂的微孔中冷凝下来，导致催化剂的活性变差，通常使二级克劳斯反应床层的温度比硫磺露点温度高30℃，目前将反应温度适当降低至225℃，反应转化率提高了6.5%。

（3）尾气加氢处理工艺操作优化。随着生产运行，加氢催化剂的活性会逐渐降低，当加氢反应器床层温升低于10℃时表示反应器的水解反应速率、反应程度较低，此时可选择适当提高床层温度以提高反应器的反应速率，以达到降低尾气二氧化硫的目的。

（4）胺液吸收系统工艺运行优化。胺液吸收系统运行主要受压力，温度，吸收溶剂的循环量，发泡状态等影响。低温高压对吸收有利，但是由于尾气吸收塔操作压力很低，调整压力对塔的吸收效果影响不

新形势下元坝高含硫天然气净化装置尾气减排技术探讨

李长春

中石化广元天然气净化有限公司 四川 广元 628400 

摘要：针对新形势下陆地天然气行业中硫磺回收装置尾气排放标准的升级，本文从元坝高含硫天然气净化装置现有工艺操作优化、局部流程改造、尾气处理新技术应用等方面对尾气二氧化硫减排进行分析和讨论，以满足现行标准，同时为未来标准的升级做好技术储备。

关键词：排放标准 二氧化硫 天然气净化装置 技术优化

284

大，通常适当的降低溶剂的温度，提高溶剂的循环量以保障吸收效果。

（5）液硫池尾气运行优化。检测液硫的品质，在保障硫含量低于10ppm的基础上，尽量降低鼓泡空气的流量，对尾气有益，但其势必会造成液硫系统硫化氢含量增加，且要求液硫化验的方法需绝对准确，故不建议采取该优化方式；而通过流程改造，将液硫池尾气回用至克劳斯炉可在减低尾气排放的同时，提高硫磺回收率。

2.2 异常工况优化

在溶剂发泡及冲塔、加氢炉停炉、尾气吸收塔底泵停车、闪蒸汽超高等非正常工况下，尾气将偏高甚至超标。需摸索异常工况的原因、总结处置规律、制定减缓措施、优化异常事件处置程序，从而降低异常事件的发生频次、减缓异常事件对尾气的影响程度、减少尾气超标时间。元坝净化厂通过制定溶剂发泡冲塔预判及处置标准化程序、停机事件处置程序标准化、定期的火检清理、尾气吸收塔底泵试车程序优化等方式，成功将尾气异常超标事件数由每年26起降低至6起。

3 局部流程优化

3.1 胺液温度控制系统改造

国内胺法净化工艺中尾气吸收塔胺液温度与脱硫塔胺液温度大多共用同一套温度控制系统，此流程具有操作简单、费用低的优点，但在有机硫含量高，尤其是COS含量高的含硫气田存在一定弊端：MDEA脱除产品气的COS为碱催化过程，温度高利于吸收，而脱除尾气的硫化氢则低温利于吸收，在满足产品质量的同时必定对尾气控制有一定牺牲。

将尾气吸收塔底部的半富胺液换热器通过流程改造，移动至胺液进尾气吸收塔前，可解决该问题且不影响其他工艺条件；此改造只需对管线进行施工，不需新增设备，工作量小，成本低，易于实施。元坝净化厂改造后尾气二氧化硫含量平均可降低30~40mg/Nm 3。

3.2 过程气管线改造

天然气净化装置的过程气管线普遍存在积硫腐蚀、阀门卡涩的问题，当液硫补集器出口至尾气焚烧炉的过程气跨线上的阀门出现卡涩内漏时，硫化物含量0.2%~0.5%的克劳斯尾气不经过加氢处理直接进入尾炉，造成尾气超高。

通过增加过程气管线的伴热等级、提高阀门的阀体材质、在过程气跨线上设置双阀、优化过程气跨线与尾气吸收塔顶过程气管线的碰头位置等方式可有效缓解以上问题。

4 尾气深度脱硫技术探讨

克劳斯+斯科特工艺通过工艺操作优化以及局部流

程改造基本可将尾气二氧化硫控制在400mg/m 3以下，

但面对严苛化的环保趋势，寻求尾气深度减排的技术也是必然要求。目前行业内主要有以下四种尾气深度脱硫技术。①烟气碱洗技术：自尾气焚烧炉后增上烟气碱洗设施，降低烟气中二氧化硫含量，生成硫酸钠，尾气净化度高可达到≤50mg/m 3，但建设投资大，运行成本高，会产生一定量的含盐废水。②氨法脱硫技术：尾气经焚烧炉焚烧后经过增压进入氨法脱硫系统处理，烟气与氨液逆流接触，脱除烟气中的SO 2，形成亚硫酸铵或亚硫酸氢铵，塔底通入空气将亚硫酸铵氧化为硫酸盐，尾气净化度高，但建设投资大，运行成本高，存在氨逃逸、烟囱雨雾严重、气溶胶问题，环保风险高。③络合铁脱硫技术：克劳斯制硫尾气经加氢和急冷进入络合铁脱硫系统处理，尾气通过与催化剂溶液进行气液接触，在气液接触过程中尾气中的硫化氢被催化剂溶液吸收并被溶液中的三价铁离子氧化成单质硫，脱除硫化氢后的净化尾气排放至烟肉直接排放或经焚烧炉焚烧后排放；具有硫磺回收率高、操作弹性大的优点，但产生的硫磺纯度低、含水量高。④LS-DeGAS技术：将加氢单元废气作为液硫池的鼓泡气，液硫池抽出气进入加氢炉，该方法投资相对较低，可降低尾气二氧化硫排放，但若不额外增加一套后碱洗设施其尾气净化度无法到达100mg/m 3以下，增减后碱洗设施则投资及成本较高。

此外，目前开停工阶段的尾气减排也受到更多重视，开工提前预硫化技术、停工热氮吹硫、天然气浑然零酸气放空等技术已在齐鲁石化、普光分公司等多套装置成果应用。

5 结束语

面对标准的升级，天然气净化装置需通过不断总结操作和管理经验，对好的操作和管理方法进行固化和规范化，同时积极吸收采纳国内外先进的尾气脱硫技术，以提高总硫收率和确保硫磺尾气稳定达到新的排放指标。元坝净化装置采用的克劳斯+斯科特工艺通过工艺操作优化以及局部流程改造已成功将尾气二氧化硫控制在400mg/m 3以下，但面对下步标准升级，采用液硫池尾气回用技术、新建尾气深度处理设施已成为当前的必选途径。

参考文献

[1]王亮，盛文龙，付胜楠.新标准下石油炼制行业废气达标排放风险实例分析与探讨[J].石油石化绿色低碳，2018，3（1）：27-29.

[2]刘帅，杨彬，文增坤.新标准下硫磺回收装置尾气排放处理技术探讨. [J]. 石油化工应用，2018，1（1）：124-127.

[3]温崇荣，段勇.我国硫磺回收装置排放烟气中SO2达标方案探讨[J]. 石油与天然气化工，2017，46（1）：1-7.

[4]闰振乾.我国炼油厂硫磺回收装置尾气处理技术发展概况[J]. 炼化世界，2010（5）：17-19.

[5]陈廷库.天然气净化厂尾气SO2排放治理工艺研究[J].化工设计通讯，2018，1（1）：144.