童彦杰，马亚丽，周庆国，李林航，沈康文，李青泽
(1.武汉科林化工集团有限公司，湖北 武汉 430223;2.武汉中邦化工设计有限公司，湖北 武汉 430223)
近年来，随着我国社会经济增速发展，石油化工和煤化工行业也飞速发展，在石油化工行业飞速发展的背景下产生了诸多环保问题，尤其生产过程产生的含硫酸性尾气，腐蚀设备、污染环境、危害健康[1]。针对近年来日益突出的环境问题，酸性气高效深度脱硫的工作至关重要[2]。
目前，酸性气处理的工艺按最终产品划分，主要分为酸性气生产硫磺(Claus法、LO-CAT等)和酸性气生产化工产品(如硫酸、亚硫酸铵、亚硫酸钠、硫氢化钠、硫脲等) 两大类[3]。
Claus法技术成熟，适应复杂组分或浓度的原料气，处理效果较好，是目前国内大型炼化企业处理酸性气的主流工艺[4]。但该工艺投资较大，对小型炼化企业而言技术经济性不佳。
催化氧化湿式脱硫法以LO-CAT工艺为代表，工艺流程简单，初次投资费用低，但运行成本高，生成的硫磺产品质量不高[5]。
酸性气干法制酸技术特别适用于处理高浓度 H2S的酸性气，工艺成熟可靠，其制酸规模不受限制。但缺点也比较明显，如对原料酸性气组分的适应性差；
技术经济性低，工艺流程长，能耗较高；
并且装置占地大；
在环保方面，有少量酸性污水需要处理[6]。
酸性气湿法制酸技术应用范围广，可直接处理酸性气体，生产硫酸产品，对原料具有较强的适应性，对气体组成和负荷的变化也不是很敏感，即使气体中水分浓度较高(φ>30%)，成品硫酸的质量分数也能达到93%。但工艺流程较长，不适用于小型炼厂[7]。
以酸性气生产亚硫酸钠，设备腐蚀严重，产品质量受烟气成分影响大，产品市场需求较小。以酸性气生产硫脲，装置投资少，产品质量较好，市场也好，但是传统工艺二次污染严重，环保成本高，甚至难以通过环评。且生产所需氰氨化钙(或由石灰石自制，但工序多，且能耗高)需要外购，新工艺还有待开发[8]。以酸性气生产硫氢化钠，工艺相对较简单，对气体组分变化不敏感，操作弹性大，适合小型炼油厂的酸性气处理，具有投资小、见效快、无二次污染的特点[9]。与其他几种工艺相比，酸性气生产硫氢化钠，流程短、投资省、生产成本低，是技术经济性较好的工艺方法；
此外，该工艺占用工业用地少，环境友好，装置无废渣及废水产生[10]。
虽然酸性气制取硫氢化钠是目前小型炼厂的主要选择[11]。但是，由于此类环保装置多半为装置建成后新增，受用地限制较大，所以能否将装置用地面积尽可能的小是很多企业需要面临的一个主要问题。而且在目前开工的装置中仍然有一些有待改进的问题被发现：如反应器之间的液体管线容易结晶，切换反应器操作流程不够简洁方便。基于以上问题，我们设计出一种多效酸性尾气净化器，其用地面积仅为单个设备大小，工艺流程优化简洁，操作方便。
酸性气中主要成分为H2S、H2和轻烃，酸性气体自下而上通过新型多效酸性气体净化装置，在装置内酸性气中H2S被装置内的碱液吸收，生成NaHS产品。该装置分为两级，两级中分别装有质量分数32%NaOH溶液作为吸收剂，在多孔材料负载的贵金属催化剂作用下，与H2S反应生成硫氢化钠。脱除H2S后的高热值净化气可作为燃料送入燃料气系统。
该装置内进行的化学吸收反应分两步进行，反应的方程式为：
H2S+2NaOH=Na2S+2H2O
(1)
Na2S+H2S=2NaHS
(2)
酸性气从N1口进入装置，通过内伸管和分布器，将进入酸性分布在R-101B中，在催化剂的作用下，与碱液进行一级吸收反应。经过一级吸收反应的气体，通过装置内部管道，通过R-101A内部气体分布器，经过两级吸收后，净化气从N2口排出，净化气中H2S含量小于10 mg·Nm-3。液体硫氢化钠满足GB23937-2009中的标准(L-1或L-2)。
图1 多效酸性气体净化装置流程图
通过采用多效气体净化装置处理重整装置的酸性气，回收液体硫氢化钠及燃料气。该装置应用于大连福佳大化集团重整装置酸性气处理，该多效气体净化器的设备直径为2 m，高度17.15 m。分为上下两部分，上段高度5.75 m，下段高度5.15 m，每段工作液位高度为4 m。该装置重整装置酸性气及净化气组成见表1。
表1 酸性气净化前后组成
开车之前，将质量分数32%的NaOH溶液通过碱液泵加压至0.7 MPa(G)注入至R-101A，待R-101A液位计显示到达80%液位时，碱液通过多效酸性气体净化内部溢流管溢流至R-101B，直至R-101B液位到达80%液位时，关闭碱液泵，停止注碱。此时，每级多效吸收反应器中装载质量分数32%的NaOH溶液12.56 m3。
自重整装置来的酸性气流量为2500 kg/h，经调压至0．4 MPa(G)后，通过两级多效吸收反应器，与质量分数32%的NaOH溶液进行反应，随着酸性气的通入，多效酸性尾气净化器中下段液体中NaOH不断的与H2S反应生成Na2S和NaHS，其浓度变化如图2。
从图2可以看出，在反应前，溶液中仅含有质量浓度为32%NaOH，Na2S和NaHS的质量浓度均为0。随着酸性气通入多效气体净化装置后，在反应器中发生反应(1)，NaOH不断与H2S反应转换成Na2S，反应43 h后，反应器下段的碱液质量浓度为0，Na2S的质量浓度为27.44%，随后，反应器中随着酸性气的通入，发生反应(2)，Na2S断与H2S反应转换成NaHS。在反应至86 h，溶液中的NaOH和Na2S质量浓度均为0，NaHS的质量浓度为35.7%，至此，多效气体净化器中的NaOH全部转化为NaHS，且产品质量达到GB23937-2009中的L-2质量标准要求。净化气经多效气体净化气上段二次净化后，气体中的H2S含量小于10 mg·Nm-3，进入燃料气管网作为燃料气供重整炉使用，每小时节约天然气约3500 Nm3。
图2 NaOH、Na2S、NaHS浓度随反应时间变化趋势
通过两级吸收反应器串联，多效吸收酸性气，能够更加有效的脱除酸性气中的H2S，而且在第一级饱和的情况下，二级反应器仍然可以保持H2S的脱除率，从而保证装置可靠运行。
净化气作为燃料气，可以大大节省整个项目的燃料气消耗量，降低整个项目的能耗成本，提高装置的经济效益。
NaHS产品达到GB23937-2009中的L-2质量标准要求，可用于染料、选矿、皮草等多个领域。
整个装置流程简洁，设备有效结合精简，造价低，操作简单，装置运行经济效益明显，高效、经济的解决装置的环保难题。
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