熔硫釜在絡合鐵脫硫工藝中的應用

趙凱 荊華 熊重寒

摘 要：川西氣田YS1井采用絡合鐵脫硫工藝進行脫硫凈化，絡合鐵脫硫工藝生成的硫膏通過熔硫釜提純硫黃，硫黃各項參數達到工業(yè)硫黃優(yōu)等品指標，但硫黃散發(fā)異味，導致硫黃難以正常銷售。通過取樣分析確定了散發(fā)異味的組分，結合絡合鐵脫硫工藝原理及原料氣組分，確定了產生異味的原因。

關鍵詞：熔硫釜；硫黃；硫化氫；絡合鐵；脫硫

中圖分類號：TE4 文獻標志碼：A

近年來，絡合鐵脫硫工藝在國內發(fā)展較快，已建成多套工業(yè)化應用裝置，特別是中石化西南油氣分公司川西氣田先后建成了兩套絡合鐵脫硫裝置用于含H2S天然氣井的凈化處理，工藝運行硫容從0.4g/L提高至1.5g/L，潛硫量規(guī)模從2t/d提高至14.9t/d。絡合鐵脫硫工藝硫磺多以硫泡沫、硫漿或硫膏的形式產出，產量相對較小，含水率高，難以進行銷售及處置。目前主要探索采用熔硫釜進行硫磺回收處理，以獲得硫純度較高的固體硫磺，再進行銷售及處置。

1 熔硫工藝原理

熔硫工藝主要原理為加熱硫顆粒使其變?yōu)橐子诹鲃拥娜廴跔顟B(tài)的硫，在重力作用下與溶液分層，得到純度較高的單質硫。加熱硫顆粒的常用設備為熔硫釜，熔硫釜一般分為間歇熔硫釜和連續(xù)熔硫釜兩種。

1.1 間歇熔硫工藝原理

間歇熔硫釜主要用于處理含水較少的硫膏，工藝流程圖如圖1所示，經過真空轉鼓過濾機過濾得到的硫膏（含水30%～40%）進入熔硫釜頂部的料斗，當硫膏量達到熔硫釜處理量時，關閉料斗加料閥，打開熱源對釜內硫膏加熱，釜內硫膏全部熔融為濃硫液體后放硫即可，熔完一釜再進行下一釜的熔硫操作。間歇熔硫能耗較低、產生廢水較少、設備投資較低，但操作復雜，人工成本較高。

1.2 連續(xù)熔硫工藝原理

連續(xù)熔硫釜主要用于處理含水較多的硫泡沫或硫漿，工藝流程圖如圖2所示，硫泡沫或硫漿通過硫漿泵增壓后直接進入熔硫釜，經過加料閥進入熔硫釜上部分離段，硫泡沫在分離段加熱至65℃～90℃后，硫顆粒逐漸聚集長大，經過濾后硫顆粒進入熔硫釜熔硫段，硫顆粒進入熔硫段后繼續(xù)加熱，至140℃后，釜底濃硫溶液經放硫閥放出；加熱過程中上部分離出的液體進入熔硫段頂部排液管線排出，進一步進行污水處理；加料、排污水及放液硫連續(xù)同步運行。連續(xù)熔硫能耗較高、產生廢水較多、設備投資較高，但自動化程度高，操作簡單，人工成本較低。

2 現(xiàn)場應用情況分析

2.1 熔硫工藝應用情況

中石化西南油氣分公司YS1井采用絡合鐵脫硫工藝進行脫硫凈化，采用間歇熔硫工藝提純硫黃，于2017年6月投產運行，設計處理原料氣20×104m3/d，脫硫前原料氣中H2S含量為5.23%，硫黃產量14.9t/d。

絡合鐵脫硫液直接與原料氣中的H2S反應生成單質硫顆粒，通過真空過濾機過濾得到含水率30%～40%的硫膏，硫膏裝入間歇熔硫釜進行熔硫。熔硫釜容積為10m3，每次裝入約2/3容積的硫膏，通過蒸汽加熱升溫至130℃～150℃，熔硫5h～6h后放出液硫至液硫池，液硫通過液硫泵裝車外運。產出的硫黃經取樣檢測滿足工業(yè)硫黃優(yōu)等品指標（見表1），但是硫黃散發(fā)異味，難以作為正常硫黃產品進行銷售。

2.2 硫黃異味分析

初期生產時，熔硫釜排放液硫過程中散發(fā)H2S，排液硫口附近實測空氣中H2S濃度達到200ppm。通過在熔硫釜中加入強氧化劑，生成的液硫在排放時空氣中H2S濃度降至20ppm。通過對液硫池內空氣取樣分析，確定硫黃散發(fā)的異味為H2S和有機硫氣體，其中H2S濃度17.8ppm，有機硫氣體總濃度96.08ppm，見表2。

異味原因分析：（1）絡合鐵脫硫工藝產出的硫膏中含有少量硫代硫酸鹽、碳酸鹽等鹽分，進入熔硫釜、液硫池中，在高溫作用下，會分解生成少量的H2S，尤其在過濾機沖洗效果不好的時候，硫膏中鹽分會更多，分解生成的H2S也越多；（2）YS1井原料氣中含有較高濃度的有機硫氣體，總有機硫濃度約為120ppm，部分有機硫被絡合鐵脫硫液物理吸收或化學反應生成副產物，隨著硫膏一起進入熔硫釜，在熔硫釜高溫條件下，生成有機硫氣體及H2S。

結論

（1）熔硫釜工藝原理簡單，可將絡合鐵脫硫工藝產出的硫膏進一步提純，達到工業(yè)硫黃優(yōu)等品指標。

（2）絡合鐵脫硫溶液中的鹽分以及吸收原料氣中有機硫氣體形成的副產物隨著硫膏進入熔硫釜，在熔硫釜內高溫條件下生成有機硫氣體及H2S，從而導致散發(fā)異味。

參考文獻

[1]姚廣聚，陳海龍.國產MCS絡合鐵脫硫工藝在川西海相含硫氣田的應用研究[J].石油與天然氣化工，2015，44（5）：7-11.