净化装置尾气硫化物的吸收效果优化
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摘 要：随着尾气排放标准的进一步收紧，天然气净化装置也急需对尾气硫化物的排放进行限制。元坝气田净化装置通过调整胺液的温度、循环量、压力等工艺参数，并将尾气吸收塔底的冷却器进行改造后，提升了胺液对尾气硫化物的吸收效果，吸收塔顶尾气硫化氢和COS分别控制在31ppm和24ppm左右，将尾气二氧化硫控制在321mg/m3左右。
关键词：尾气;硫化物;胺液;吸收
中图分类号：TE96 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）09-0067-02
Abstract： With the further tightening of exhaust gas emission standards， there is an urgent need to limit the emission of exhaust gas sulfides in natural gas purification units. By adjusting the temperature， circulation， pressure and other process parameters of amine liquid， and reforming the cooler at the bottom of exhaust gas absorption tower， the purification device of Yuanba Gas Field improves the absorption effect of exhaust gas sulfide by amine liquid. Hydrogen sulfide and COS in exhaust gas at the top of the absorption tower are controlled at about 31ppm and 24ppm respectively， and sulfur dioxide in exhaust gas is controlled at about 321mg/m3.
Keywords： exhaust gas; sulfide; amine solution; absorption
隨着国家对于大气环境愈发重视，环境保护部发布了针对天然气净化行业的《陆上石油天然气开采工业污染物排放标准》[1]，对天然气净化厂硫磺回收大气污染物排放控制提出了明确的新要求：现有天然气净化厂硫磺回收装置总规模大于等于200t/d的，二氧化硫排放浓度限值为400mg/m3。元坝气田净化装置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。目前元坝净化厂二氧化硫排放浓度约无法稳定低于400mg/m3，因此，采取措施提升胺液对尾气硫化物的吸收效果，最大化的降低二氧化硫浓度排放，确保排放浓度满足新标准要求，也是元坝净化装置紧迫的生产需求。
1 尾气硫化物吸收现状
元坝天然气净化厂自投产以来，烟气外排指标按照满足《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996）二级标准设计，其中SO2≤960mg/Nm3。尾气吸收塔的各工艺参数在设计参数上略有优化，运行压力3-6KPa、胺液入塔温度38℃、胺液循环量150t/h左右，塔顶出口尾气中硫化氢最高可达80ppm，COS含量可达110ppm，尾气二氧化硫随负荷提升最高可超过500mg/m3。工艺流程方面，尾气吸收塔胺液冷却器设置在吸收塔底部。
2 胺液对硫化物吸收效果优化
鉴于尾气焚烧炉的尾气中硫化物70%以上来源于尾气吸收塔顶出口尾气，故提升尾气吸收塔对胺液硫化物的吸收效果是降低尾气硫化物排放的最直接方式之一。
2.1 胺液温度
在原料气处理量、胺液循环量等条件基本不变的情况下，调整装置胺液温度，考察尾气二氧化硫变化情况。结果如图1、2所示，随胺液温度降低，尾气二氧化硫含硫降低。但并非胺液温度越低越好，由于尾气吸收塔的胺液与脱硫塔胺液共用一个胺液冷却器，导致降低吸收塔胺液温度必须同时降低脱硫塔吸收温度，胺液温度降低时，胺液对产品气羰基硫的脱除率降低。温度降低至34℃，产品气总硫将超过40mg/m3，达到工厂预警标准，故将胺液操作温度控制在35-38℃，以保障胺液在尾气及天然气中的硫化物吸收效果达到一个相对平衡。
2.2 C-402胺液循环量
保证装置原料气进料稳定，胺液温度基本不变的情况下，使C-402循环量改变，测试循环量变化情况下C-402的吸收效果。如图3所示，随着C-402胺液循环量提高，尾气中H2S和COS含量成下降趋势，同时尾气中SO2含量也会降低。但是提高循环量会增加机泵能耗和再生塔的蒸汽耗量，综合考虑后将循环量控制在155t/h。
2.3 胺液发泡及消泡
通过对比不同发泡状态下的尾气吸收塔顶硫化氢含量变化，以及尾气中SO2含量变化，考察发泡对尾气SO2排放的影响;结果如表1所示，胺液发泡不利于对尾气硫化物的吸收，但适当的发泡利于脱硫塔的COS吸收，考虑到装置的稳定运行，出现发泡状态还是应及时消除。
表1 不同发泡情况下尾气SO2含量变化数据
2.4 吸收塔压力
在原料气处理量、胺液温度、胺液流量基本不变且克劳斯炉与加氢炉配风稳定的情况下，通过关小塔顶控制阀开度调整装置尾气吸收塔顶压力，压力由1KPa升高至15KPa，塔顶尾气硫化氢由58.8ppm降低至55.8ppm，COS含量由71.4ppm降低至69.1ppm，尾气二氧化硫含量由387mg/Nm3降低至379mg/Nm3。通过数据可以发现，塔顶压力提高对尾气吸收有一定积极影响，但效果并不明显;即使压力提高15倍，尾气的SO2含量降低幅度也较小。而提高该压力会相应提高硫磺回收系统前部的运行压力，故将吸收塔压力控制在5KPa左右。 2.5 胺液换热流程改造
为了解决温度对产品氣和尾气吸收效果影响的矛盾，实现对胺液温度的分别控制，利用现有流程对尾气吸收塔流程进行了相应改造。再生胺液经过换热后再通过一个冷却器进行冷却，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[2]。对改造后的装置操作温度再次进行摸索，随着入塔胺液温度的升高，尾气中H2S含量升高，COS含量降低，而尾气中SO2含量增加。吸收过程是放热反应，温度越低越有利于吸收[3]，对于元坝净化厂尾气吸收装置，温度过低会造成胺液提浓，浓度降低，反而不利于对硫化物的吸收[4]，因此综合考虑尾气吸收塔胺液温度为32-36℃。
2.6 效果分析
通过以上优化措施及改造措施，元坝净化装置尾气吸收塔的吸收效果得到显著提升，塔顶H2S含量由61.7mg/m3降低至31.4mg/m3，COS含量由30.4mg/m3降低至23.8mg/m3，尾气SO2含量由418mg/m3降低至321mg/m3。
3 结束语
降低净化装置尾气排放的重要途径之一为优化尾气吸收塔的吸收效果，其主要影响因素为压力，温度，吸收溶剂的循环量，发泡状态等，高压低温对吸收有利，但由于操作压力很低，调整压力对硫化物的吸收影响不大，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。面对标准升级，净化行业应优化工艺操作并寻求提标改造方案，将实际排放浓度控制在新标准限值以内，预留足够余量，确保稳定达标排放。
参考文献：
[1]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.
[2]李长春.新形势下高含硫天然气净化装置尾气减排技术探讨[J].石化技术，2019，6（26）：283-284.
[3]王遇冬，王登海.MDEA配方溶液在天然气脱硫脱碳中的选用[J].石油与天然气化工，2003，32（5）：291-294.
[4]于艳秋，毛红艳，裴爱霞，等.普光高古硫气田特大型天然气净化厂关键技术解析[J].天然气工业，2011，31（3）：22-25.
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