胡海光

（重慶商務(wù)職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

安全環(huán)保是化工企業(yè)生產(chǎn)的底線和紅線。隨著國家“雙碳”目標(biāo)的提出，環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，各級環(huán)保部門加大了對化工企業(yè)廢氣排放的監(jiān)管力度，不斷修訂完善尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。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(huán)保工作，以建設(shè)“綠色工廠”為奮斗目標(biāo)，通過優(yōu)化工藝參數(shù)、不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，嚴(yán)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(shè)計處理規(guī)模為3×106m3/d，操作彈性為50%～110%。每2個系列組成1個聯(lián)合裝置，聯(lián)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(guī)Claus二級轉(zhuǎn)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(jīng)過脫硫單元脫除幾乎所有的H2S、部分有機硫及CO2，再經(jīng)過脫水單元脫水后，合格凈化氣出裝置外輸。脫硫單元產(chǎn)生的含有H2S的酸性氣進(jìn)入硫黃回收單元。硫黃回收單元包括制硫爐高溫轉(zhuǎn)化和兩級Claus催化轉(zhuǎn)化。制硫尾氣經(jīng)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(nèi)補充燃料氣達(dá)到適宜的反應(yīng)溫度，將殘留的硫化物及有機硫等進(jìn)一步氧化成SO2滿足環(huán)保要求后排放。尾氣處理單元產(chǎn)生的液態(tài)酸性水進(jìn)入酸水汽提單元，經(jīng)過汽提，凈化水達(dá)標(biāo)外輸循環(huán)利用，汽提出的氣態(tài)酸性氣返回尾氣處理單元進(jìn)一步循環(huán)處理。

目前該廠執(zhí)行GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，尾氣排放ρ(SO2)不超過400 mg/m3。但在生產(chǎn)過程中，由于處理量發(fā)生改變、人為操作、設(shè)備故障及管理等方面的原因，有時會出現(xiàn)尾氣二氧化硫超標(biāo)排放的現(xiàn)象，ρ(SO2)達(dá)到500 mg/m3。該廠對影響SO2排放濃度的因素進(jìn)行了分析并采取相應(yīng)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?fàn)t配風(fēng)不當(dāng)、液硫池酸霧夾帶；尾氣處理單元加氫進(jìn)料燃燒爐配風(fēng)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(jìn)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(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，日積月累，會出現(xiàn)部分管道變薄、拐角處穿孔等問題。為保證安全生產(chǎn)，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(jìn)入胺液系統(tǒng)，會引起胺液發(fā)泡，影響胺液的吸收性能。煙氣吸收塔內(nèi)胺液吸收H2S效果變差，H2S吸收不完全進(jìn)入煙氣焚燒爐焚燒會引起SO2排放超標(biāo)。

該廠采取措施對胺液吸收操作進(jìn)行改進(jìn)，使問題得到改善。

1）加注阻泡劑。在上游原料提產(chǎn)提量后煙氣SO2排放濃度顯著增加，說明胺液發(fā)泡比較嚴(yán)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(fā)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(jìn)行排液，適時更換原料氣過濾器濾芯，防止原料氣攜帶雜質(zhì)進(jìn)入胺液系統(tǒng)。

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(yè)，定期對活性炭過濾器進(jìn)行更換，強化熱降解產(chǎn)物和氧化降解產(chǎn)物的吸附。定期對胺液進(jìn)行凈化處理，除去胺液中的熱穩(wěn)定性鹽和降解產(chǎn)物。

2.2 克勞斯?fàn)t酸性氣與燃燒空氣配比不當(dāng)

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(dǎo)致硫黃回收系統(tǒng)克勞斯?fàn)t酸性氣與燃燒空氣比例不當(dāng)引起SO2排放超標(biāo)。

為了穩(wěn)定酸性氣與燃燒空氣的比例，先將酸性氣調(diào)節(jié)閥及燃燒空氣調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)換為手動操作，及時調(diào)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(dāng)裝置生產(chǎn)趨于穩(wěn)定，要使克勞斯?fàn)t運行效果良好，克勞斯?fàn)t爐膛溫度控制在1 060～1 070 ℃，當(dāng)分析儀表檢測的H2S與SO2的比值較穩(wěn)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(chǎn)中，為了保證液硫品質(zhì)，該廠用過程氣通入液硫池進(jìn)行攪拌脫氣，液硫中脫出的硫化氫經(jīng)過抽射器進(jìn)入尾氣焚燒爐，過量的H2S燃燒產(chǎn)生SO2會造成尾氣排放超標(biāo)。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(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)場煙囪有H2S氣體逸出，污染環(huán)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(jìn)入尾氣焚燒爐焚燒，使得尾氣SO2超標(biāo)。經(jīng)過多次試驗，蒸汽量在650～800 kg/h較合適。

在此基礎(chǔ)上，為了降低尾氣SO2排放超標(biāo)的風(fēng)險，該廠對液硫池廢氣回收工藝進(jìn)行了改造，將液硫池中產(chǎn)生的硫化氫重新引入克勞斯?fàn)t轉(zhuǎn)化為液硫產(chǎn)品。改造后工藝流程見圖3。

圖3 液硫池廢氣進(jìn)克勞斯?fàn)t工藝流程

2.4 加氫進(jìn)料燃燒爐配風(fēng)波動大

尾氣處理單元加氫進(jìn)料燃燒爐配風(fēng)對尾氣SO2排放濃度的影響較大。配風(fēng)過大，產(chǎn)生的還原性氣體量少，SO2、單質(zhì)硫等未完全還原，引起煙氣SO2含量增加；配風(fēng)過小，燃料氣燃燒不充分，產(chǎn)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(jìn)料燃燒爐燃燒空氣的流量及爐膛溫度，對于各種硫化物轉(zhuǎn)化為硫化氫至關(guān)重要。當(dāng)過程氣與燃燒空氣進(jìn)入加氫進(jìn)料燃燒爐混合反應(yīng)時，各項參數(shù)有嚴(yán)格要求，其中配風(fēng)量為當(dāng)量燃燒風(fēng)量的75%～78%，加氫反應(yīng)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(yīng)器床層溫升為10～15℃，保證了加氫反應(yīng)系統(tǒng)的平穩(wěn)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(tǒng)停工過程經(jīng)常出現(xiàn)參數(shù)調(diào)整不到位等情況，導(dǎo)致尾氣SO2排放超標(biāo)。為了降低停工期間尾氣SO2排放濃度，該廠結(jié)合生產(chǎn)實際，進(jìn)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(jìn)行吹掃、過程氣快速進(jìn)入加氫處理單元進(jìn)行還原處理，減少尾氣中SO2排放濃度。該技術(shù)雖然環(huán)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(jié)語

根據(jù)生產(chǎn)實際情況，該廠組織技術(shù)人員定期開展負(fù)荷運行測試，在不同工況下對工藝技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確定工藝參數(shù)范圍；同時利用裝置檢維修契機，對全廠12列運行裝置進(jìn)行技術(shù)改造，目前廢氣回收和熱氮吹硫工藝已經(jīng)全部改造完成并投入運行。經(jīng)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(nèi)，環(huán)保效果顯著。

隨著氣田運行時間長、設(shè)備老化等問題逐漸凸顯，環(huán)保形勢依然嚴(yán)峻。后續(xù)操作應(yīng)精心操控，加大技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)力度，加強崗位人員的培訓(xùn)力度，不斷提高技能水平，從主觀和客觀方面同時發(fā)力，不斷降低尾氣的二氧化硫含量。