超重力脫硫系統(tǒng)在酸性水罐頂惡臭氣體處理中的應用

孫慶宇 龔朝兵 黨建軍 花 飛

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

原油在加工過程中產(chǎn)生大量含硫、含氨酸性水，這些水中溶解了大量的硫化氫和氨，一般經(jīng)酸性水汽提裝置處理后進行回用或去污水處理場處理。酸性水罐是酸性水汽提裝置的重要設備，具有緩沖、均質和除油的作用，該罐屬于常壓容器。受酸性水罐大小呼吸的影響，大量惡臭氣體和油氣從酸性水中逸出，當罐內壓力較高時，罐頂?shù)奈矚饨?jīng)常破水封，造成環(huán)境污染和安全隱患，需要采取合理高效的技術對惡臭尾氣進行綜合治理[1-2]。

酸性水罐頂惡臭廢氣的主要組成是H2S、氨、有機硫(如硫醇)等及烴類。經(jīng)過近些年的實踐，酸性水罐頂惡臭尾氣的治理由簡單的水洗法和焚燒法發(fā)展到現(xiàn)在的綜合治理法，其中以降膜吸收技術、超重力反應器脫硫技術和水洗-胺洗技術的應用較為廣泛[3-5]。

文章以某公司煉油廠酸性水罐區(qū)逸散的惡臭污染氣體為研究對象，采用中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院(以下簡稱撫順石油化工研究院)開發(fā)的超重力脫硫工藝技術，對廢氣超重力脫硫處理過程中存在的問題進行分析，并提出相應的解決措施。

1 系統(tǒng)概況

某煉油廠酸性水汽提(Ⅱ)裝置根據(jù)全廠各裝置酸性水來源情況，分為非加氫型和加氫型酸性水兩個處理系列，均采用雙塔加壓汽提工藝。非加氫型酸性水系列設立了3個8 000 m3的儲罐，加氫型酸性水系列設立了3個10 000 m3的儲罐，6個儲罐共用一套罐頂惡臭氣體脫臭設施。酸性水儲罐尾氣脫臭系統(tǒng)采用撫順石油化工研究院的專利技術，采用“罐區(qū)微正壓密閉+超重力反應器脫臭+壓縮機增壓+低壓瓦斯管網(wǎng)回收或排氣筒就地排放”方案。

超重力環(huán)境通過旋轉填充床(Rotating Packed Bed，RPB)產(chǎn)生的離心力場來實現(xiàn)，RPB具有傳質效率高、體積小、操作簡單和開停車容易等優(yōu)點。超重力反應器依靠高速電機帶動液體旋轉產(chǎn)生低壓將酸性水罐頂惡臭尾氣吸入反應器，通過超重力環(huán)境的作用使氣液發(fā)生充分接觸并快速反應，反應后的尾氣從反應器頂部排出。反應器中裝填的專利吸收劑是氧化性吸收液，主要成分是堿(NaOH)、氧化劑(如次氯酸鈉)、催化劑和活化劑，能夠同時去除廢氣中的硫化氫、氨以及硫醇和硫醚等有機硫。當脫硫后氣體(凈化尾氣)的氧體積分數(shù)大于2%時進煙囪，當其氧體積分數(shù)不超過2%時經(jīng)壓縮機升壓后進瓦斯管網(wǎng)回收。

酸性水罐頂廢氣超重力脫硫系統(tǒng)的工藝流程見圖1。

圖1 酸性水罐頂廢氣超重力脫硫系統(tǒng)流程

2 酸性水罐頂廢氣超重力脫硫系統(tǒng)存在的問題及分析

(1)吸收液使用周期短，飽和吸收液回收困難

專利吸收液設計使用周期為半年,但在酸性水汽提(Ⅱ)裝置負荷不到60%時使用僅15天即發(fā)現(xiàn)脫硫后氣體的氨和硫化氫質量濃度嚴重超標，說明吸收液已飽和，遠低于設計使用壽命。

吸收液飽和后需要進行更換，但飽和液含氯離子質量濃度較高。按照原設計流程，吸收液要退至酸性水儲罐，此吸收液會腐蝕儲罐防腐涂層，造成嚴重的安全隱患，只能委托環(huán)保公司處理。

(2)凈化尾氣帶液嚴重，積液對壓縮機等部件有較強的腐蝕性

罐頂惡臭氣體超重力脫硫工藝未考慮分液問題，該系統(tǒng)運行3個月以來，發(fā)現(xiàn)凈化氣體帶液嚴重，現(xiàn)場也無專用排放管道，回收困難。同時由于凈化氣體持續(xù)帶液，造成無法啟動壓縮機，導致凈化氣體無法回收至低壓瓦斯管網(wǎng)，只能現(xiàn)場煙囪排放，排放烴無法回收。

凈化尾氣中的積液腐蝕性較強，對壓縮機、煙囪、管道等過流部件都有較強的腐蝕性，且壓縮機、煙囪等不少過流部件都是碳鋼材質。煙囪底部未設置凝液排放閥門和回收設施，凝液通過臨時接管收集時容易泄露至地面造成環(huán)境污染。

(3)活塞式壓縮機運行時存在銨鹽結晶、潤滑油乳化

脫臭系統(tǒng)所選壓縮機屬于往復活塞式壓縮機。由于凈化尾氣中殘存部分氨和硫化氫，在一定條件下易形成銨鹽結晶，易導致壓縮機氣閥失效，活塞磨損，不利于安全生產(chǎn)。同時此壓縮機由于結構問題，油箱易進水，造成潤滑油乳化。

如圖3所示，信號傳感器傳輸試驗數(shù)據(jù)經(jīng)過通道數(shù)據(jù)采集器進入無線發(fā)射模塊，通過信號采集器的無線接收模塊接收實驗數(shù)據(jù)進入嵌入式計算機。 現(xiàn)場通過顯示器進行初步數(shù)據(jù)分析、處理，也可進行數(shù)據(jù)儲存導入excel制成圖表進行深入分析處理。

3 優(yōu)化措施

3.1 專利吸收劑更換為低濃度堿液

堿液對硫化氫吸收效果良好，對低分子硫醇有一定吸收效果，其對罐頂惡臭氣體的去除率很高，在國內有較多成功案例[6-7]。針對專利吸收劑失活較快且含氯離子多的問題，將其更換為低濃度堿液；增設收退堿管線，堿液質量分數(shù)按照2%～5%控制，廢堿液分批退入酸性水原料罐。應用實踐表明，采用質量分數(shù)為2%的堿液作吸收劑，可取得良好的脫除效果，典型分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 堿液吸收效果比較 mg/m3

由表1可見：與某煉油廠酸性水汽提(Ⅰ)采用的降膜吸收工藝相比，吸收效果基本相當。

3.2 增設洗氨罐

超重力脫硫工藝的凈化尾氣的氨質量濃度較高，原因是降膜吸收法采用了專用的洗氨罐，超重力脫硫工藝無脫氨罐，在惡臭氣體濃度偏高時，脫氨的效果較低。氨氣在常溫下極易溶于水，通過增設凈化水吸收罐，能高效吸收廢氣中的氣氨。因此，為保證凈化尾氣進瓦斯系統(tǒng)回收，應降低凈化尾氣的氨質量濃度，需增設洗氨罐，通過凈化水吸收后的含氨廢水進汽提裝置原料水罐[5-7]。

酸性水罐頂廢氣脫硫脫氨系統(tǒng)優(yōu)化后的流程見圖2。

圖2 酸性水罐頂廢氣脫硫脫氨系統(tǒng)優(yōu)化后的流程

煉油廠在治理酸性水罐頂惡臭氣體時一般采用低溫柴油吸收-超重力脫硫技術，單獨采用超重力脫硫技術的較少。低溫柴油吸收-超重力脫硫技術，用低溫柴油吸收廢氣中烴類組分和有機硫化物、氨；用吸收液凈化廢氣中的硫化氫組分和部分有機硫組分。

洗氨罐可設置在反應器前或反應器后，洗氨罐設置在反應器前，需要增加噴射泵，壓縮機的參數(shù)可能需要調整，但可以降低反應器負荷、提高硫化物的脫除效果，通過含氨污水的置換量可有效降低凈化尾氣氨質量濃度；洗氨罐設置在反應器后，前端流程不需改動，由于堿液置換量不能偏大，可能存在凈化尾氣硫化物偏高的問題。綜合來說，建議洗氨罐設置在超重力反應器前。

3.3 增設凈化尾氣分液罐

由于凈化尾氣未設計分液罐，帶液嚴重，可增設凈化尾氣分液罐。在增設分液罐前，在煙囪底部加裝正式的凝液收集排放閥門和回收設施，加強排液，降低煙囪的腐蝕。

3.4 尾氣壓縮機改型

凈化尾氣提壓一般采用水環(huán)泵或離心壓縮機。針對活塞式壓縮機的問題，可將原設計選用的活塞式壓縮機改為離心壓縮機。

3.5 其他優(yōu)化措施

加強酸性水罐的保溫可減少惡臭尾氣的排放。光面鋁色或白色漆的太陽能吸收率較低，使用光面鋁色或白色漆比銀灰色或綠色漆，酸性水儲罐的逸散量可減少40%。優(yōu)先選用光面鋁色或白色的罐漆涂料[8]。

酸性水罐頂采用氮封技術，控制合適的氮封壓力，減少酸性水中惡臭氣體的逸出，同時氮氣的補入可以使罐頂尾氣保持低含氧狀態(tài)，方便氣柜回收。

4 結語

煉油廠酸性水罐區(qū)作為煉化企業(yè)一類復合型污染惡臭氣體排放源，其環(huán)保和安全風險較大，需要采取合理高效的技術對惡臭尾氣進行綜合治理。針對某煉油廠酸性水汽提(Ⅱ)惡臭氣體超重力脫硫系統(tǒng)存在的吸收劑效果差、凈化尾氣帶液嚴重、尾氣壓縮機運行工況不佳等問題，進行了原因分析并提出操作調整或技術改造措施。惡臭氣體通過凈化水洗氨，吸氨后的污水送至酸性水儲罐中，脫除了氨氣的惡臭氣體再送至超重力反應器進行脫硫，吸收液采用低濃度堿液，凈化氣體中沒被吸收的烴類等組分送至氣柜，可有效解決酸性水罐頂惡臭氣體排放存在的問題。