熔硫釜在络合铁脱硫工艺中的应用

赵凯 荆华 熊重寒

摘 要：川西气田YS1井采用络合铁脱硫工艺进行脱硫净化，络合铁脱硫工艺生成的硫膏通过熔硫釜提纯硫黄，硫黄各项参数达到工业硫黄优等品指标，但硫黄散发异味，导致硫黄难以正常销售。通过取样分析确定了散发异味的组分，结合络合铁脱硫工艺原理及原料气组分，确定了产生异味的原因。

关键词：熔硫釜；硫黄；硫化氢；络合铁；脱硫

中图分类号：TE4 文献标志码：A

近年来，络合铁脱硫工艺在国内发展较快，已建成多套工業化应用装置，特别是中石化西南油气分公司川西气田先后建成了两套络合铁脱硫装置用于含H2S天然气井的净化处理，工艺运行硫容从0.4g/L提高至1.5g/L，潜硫量规模从2t/d提高至14.9t/d。络合铁脱硫工艺硫磺多以硫泡沫、硫浆或硫膏的形式产出，产量相对较小，含水率高，难以进行销售及处置。目前主要探索采用熔硫釜进行硫磺回收处理，以获得硫纯度较高的固体硫磺，再进行销售及处置。

1 熔硫工艺原理

熔硫工艺主要原理为加热硫颗粒使其变为易于流动的熔融状态的硫，在重力作用下与溶液分层，得到纯度较高的单质硫。加热硫颗粒的常用设备为熔硫釜，熔硫釜一般分为间歇熔硫釜和连续熔硫釜两种。

1.1 间歇熔硫工艺原理

间歇熔硫釜主要用于处理含水较少的硫膏，工艺流程图如图1所示，经过真空转鼓过滤机过滤得到的硫膏（含水30%～40%）进入熔硫釜顶部的料斗，当硫膏量达到熔硫釜处理量时，关闭料斗加料阀，打开热源对釜内硫膏加热，釜内硫膏全部熔融为浓硫液体后放硫即可，熔完一釜再进行下一釜的熔硫操作。间歇熔硫能耗较低、产生废水较少、设备投资较低，但操作复杂，人工成本较高。

1.2 连续熔硫工艺原理

连续熔硫釜主要用于处理含水较多的硫泡沫或硫浆，工艺流程图如图2所示，硫泡沫或硫浆通过硫浆泵增压后直接进入熔硫釜，经过加料阀进入熔硫釜上部分离段，硫泡沫在分离段加热至65℃～90℃后，硫颗粒逐渐聚集长大，经过滤后硫颗粒进入熔硫釜熔硫段，硫颗粒进入熔硫段后继续加热，至140℃后，釜底浓硫溶液经放硫阀放出；加热过程中上部分离出的液体进入熔硫段顶部排液管线排出，进一步进行污水处理；加料、排污水及放液硫连续同步运行。连续熔硫能耗较高、产生废水较多、设备投资较高，但自动化程度高，操作简单，人工成本较低。

2 现场应用情况分析

2.1 熔硫工艺应用情况

中石化西南油气分公司YS1井采用络合铁脱硫工艺进行脱硫净化，采用间歇熔硫工艺提纯硫黄，于2017年6月投产运行，设计处理原料气20×104m3/d，脱硫前原料气中H2S含量为5.23%，硫黄产量14.9t/d。

络合铁脱硫液直接与原料气中的H2S反应生成单质硫颗粒，通过真空过滤机过滤得到含水率30%～40%的硫膏，硫膏装入间歇熔硫釜进行熔硫。熔硫釜容积为10m3，每次装入约2/3容积的硫膏，通过蒸汽加热升温至130℃～150℃，熔硫5h～6h后放出液硫至液硫池，液硫通过液硫泵装车外运。产出的硫黄经取样检测满足工业硫黄优等品指标（见表1），但是硫黄散发异味，难以作为正常硫黄产品进行销售。

2.2 硫黄异味分析

初期生产时，熔硫釜排放液硫过程中散发H2S，排液硫口附近实测空气中H2S浓度达到200ppm。通过在熔硫釜中加入强氧化剂，生成的液硫在排放时空气中H2S浓度降至20ppm。通过对液硫池内空气取样分析，确定硫黄散发的异味为H2S和有机硫气体，其中H2S浓度17.8ppm，有机硫气体总浓度96.08ppm，见表2。

异味原因分析：（1）络合铁脱硫工艺产出的硫膏中含有少量硫代硫酸盐、碳酸盐等盐分，进入熔硫釜、液硫池中，在高温作用下，会分解生成少量的H2S，尤其在过滤机冲洗效果不好的时候，硫膏中盐分会更多，分解生成的H2S也越多；（2）YS1井原料气中含有较高浓度的有机硫气体，总有机硫浓度约为120ppm，部分有机硫被络合铁脱硫液物理吸收或化学反应生成副产物，随着硫膏一起进入熔硫釜，在熔硫釜高温条件下，生成有机硫气体及H2S。

结论

（1）熔硫釜工艺原理简单，可将络合铁脱硫工艺产出的硫膏进一步提纯，达到工业硫黄优等品指标。

（2）络合铁脱硫溶液中的盐分以及吸收原料气中有机硫气体形成的副产物随着硫膏进入熔硫釜，在熔硫釜内高温条件下生成有机硫气体及H2S，从而导致散发异味。

参考文献

[1]姚广聚，陈海龙.国产MCS络合铁脱硫工艺在川西海相含硫气田的应用研究[J].石油与天然气化工，2015，44（5）：7-11.