几种脱除药厂沼气中的硫化氢的工艺技术对比分析

2022-06-14戴俊峰刘权升张国欣

广州化工 2022年10期

戴俊峰，陆原，刘权升，张国欣

(1 中海油(天津)油田化工有限公司，天津 300450；2 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

根据国标GB 17820-2018《天然气》[1]要求，一类质量的天然气硫化氢含量应低于6 mg/m3(约3.95 ppm)，二类质量的天然气硫化氢含量应低于20 mg/m3(约13.18 ppm)，因此大多数药厂废气、天然气、煤生气的达不到国标要求，必须进行脱硫处理。工业上广泛应用的脱硫技术主要有，碱法[2-4]、干法[5-6]、三嗪脱硫[7-14]等。某药厂沼气一直采用碱法脱硫，历史数据显示，碱法脱硫技术只可以稳定控制沼气出口H2S浓度低于80 ppm，无法满足实际需求。故本文研究了一种络合铁装置脱硫工艺技术，并成功将石家庄某药厂沼气的硫化氢含量降至0 ppm(试管检出限以下)。同时从性能、设备参数以及经济性三个方面，对比了干法和超重力三嗪脱硫法，说明了本研究的技术的优异性。

1 实验方法

1.1 脱硫技术

1.1.1 碱法(氢氧化钠)脱硫

沼气经过多个串联的碱洗罐，硫化氢与氢氧化钠作用，生成可溶性硫化钠Na2S和硫氢化钠NaHS反应如式(1)所示：

(1)

1.1.2 干法(氧化铁)脱硫

沼气经过充满氧化铁填料的干法塔，硫化氢与氧化铁作用，生成铁的硫化物Fe2S3，反应如式(2)所示：

(2)

1.1.3 超重力(三嗪)脱硫

沼气经过含有三嗪的超重力机，在超重力的状态下，三嗪与硫化氢可充分反应，生成噻嗪化合物，反应如式(3)所示：

(3)

1.1.4 络合铁装置脱硫工艺

络合铁装置脱硫工艺过程图如图1所示。

沼气经过捕雾器，形成稳定气流，然后从鼓泡塔顶部进入，自下而上流经络合铁脱硫剂，处理后的气体回到捕雾器，脱水并形成稳定气流，再输回到沼气处理系统。脱硫反应过程如式(4)所示：

(4)

鼓泡塔内脱硫后的药剂抽入到再生槽，利用鼓风机持续鼓入空气，使药剂发生再生，再生反应过程如式(5)所示：

(5)

再生后的药剂再通过贫液泵抽回鼓泡塔内进行脱硫。

药剂内的硫磺自然沉降分离，从鼓泡塔底部和再生槽底部通过流浆泵抽到缓冲罐进行进一步沉降，通过滤液泵将上部的清液输送到再生沉降罐内，下部硫磺进行再处理后销售。

1.2 硫化氢检测

采用SearchRAE硫化氢检测仪，测试仪器如图2所示。

图2 硫化氢测试仪

2 结果与讨论

2.1 脱硫性能对比分析

石家庄某药厂沼气中H2S浓度为4000～5000 ppm，压力12 kPa，温度20 ℃，平均处理气量7000 Nm3/d。为了更好地对比超重力(三嗪)脱硫技术、干法塔(氧化铁)脱硫技术、络合铁装置脱硫工艺技术的现场实际脱硫效果，通过连接旁路测试的方法，同时进行三种技术的脱硫效果试验。试验结果如图3所示。图3表明，超重力(三嗪)脱硫技术可以稳定控制沼气出口H2S浓度低于13 ppm；干法(氧化铁)脱硫技术可以稳定控制沼气出口H2S浓度低于10 ppm；均明显优于碱法(氢氧化钠)脱硫技术，但脱硫后的气体仅能达到国标的气体二类质量要求。而络合铁装置脱硫工艺技术处理后，出口气体H2S浓度低于设备检出限(0.1 ppm)，达到了国标的气体一类质量要求。

图3 三种脱硫技术试验效果

2.2 设备参数对比分析

按照处理量7000 Nm3/d，气体H2S浓度4000 ppm估算，碱法(氢氧化钠)脱硫技术、超重力(三嗪)脱硫技术、干法(氧化铁)脱硫技术、络合铁装置脱硫技术四种技术的装置参数如表1所示，装置实物对比如图4所示。由表1可以看出，络合铁装置脱硫工艺技术具有重量轻，尺寸小，占地面积小，安装方便等优点，非常适合工业现场应用。

表1 四种脱硫技术的装置参数

图4 四种脱硫技术的设备实物对比

2.3 经济效益分析

按照处理量7000 Nm3/d，气体H2S浓度4000 ppm估算，处理费用如表2所示，四种脱硫技术10年内投入变化如图5所示，10年投资和运行费用总和比较如图6所示。以上数据显示，络合铁装置脱硫技术设备投资最高，但运行费用最小，随着运行时间不断增加，其性价比越发明显，运行2年后总投入反而是最低，运行10年后的总费用只有干法的33.4%，碱法的24.8%，超重力脱硫的16.1%。综上说明，络合铁装置脱硫技术投资运行费用性价比最高，适合用于该药业沼气脱硫处理。