國內(nèi)外處理硫化氫的研究現(xiàn)狀探討

張 峰，張宇健

（上海松江大學(xué)城建設(shè)發(fā)展有限公司廣富林文旅分公司，上海 201620）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在工業(yè)發(fā)展過程中，硫化氫腐蝕、污染環(huán)境的問題仍然廣泛存在。在油氣開發(fā)領(lǐng)域，硫化氫容易使油氣井輸氣管線以及油套等處出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的污染以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能會因?yàn)榱蚧瘹涞男孤┰斐扇藛T傷亡。在污水處理系統(tǒng)，飄逸的硫化氫污染環(huán)境，影響市民的健康。因此，分析研究國內(nèi)外硫化氫處理方式，對于提高經(jīng)濟(jì)效益、預(yù)防安全事故、保護(hù)環(huán)境等都有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究處理硫化氫的必要性

通過對硫化氫進(jìn)行分解和處理，可以使天然氣在運(yùn)輸過程中，管道不容易出現(xiàn)腐蝕等問題。輸氣管線及油套等位置不容易進(jìn)行處理，會給施工和維修人員帶來一定的麻煩。不僅如此，如果管道已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕情況，卻未進(jìn)行及時處理，會造成環(huán)境污染以及經(jīng)濟(jì)損失。在實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中，甚至可能會因?yàn)楦g使得硫化氫泄漏，造成人員傷亡。通過對國內(nèi)外處理硫化氫的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可以使相關(guān)人員在意識層次上重視硫化氫的處理，使國內(nèi)外處理硫化氫的方式更清晰地呈現(xiàn)在相關(guān)人員的意識中，對于提高經(jīng)濟(jì)效益以及防止事故發(fā)生、保障人民生命財產(chǎn)安全等方面都具有重要意義。

2 國內(nèi)外處理硫化氫的主要方法

目前處理硫化氫的方法主要分為三大類，分別是物理法、生物法和化學(xué)法。不同方法側(cè)重點(diǎn)不同，以下將具體闡述各個方法之間的區(qū)別和優(yōu)點(diǎn)。

2.1 物理法

2.1.1 物理吸收法

物理吸收法主要是通過能夠進(jìn)行物理吸收的溶劑對硫化氫的選擇性吸收。物理吸收有機(jī)溶劑主要有2 種。首先是冷甲醇法，以低溫甲醇為溶劑，但該方法在實(shí)際使用過程中容易吸收其他物質(zhì)，比如重?zé)N類的物質(zhì)，容易使硫化氫的選擇性吸收受到一定的阻礙。也可以選擇磷酸三丁脂法對硫化氫進(jìn)行選擇性吸收，該方法非常適合將含有硫化氫的氣體處理至達(dá)到管道運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)，而且還可以徹底去除多余的含硫有機(jī)化合物。

2.1.2 活性炭吸附法

活性炭最主要的特點(diǎn)是具有極強(qiáng)的吸附作用，它作為處理固體硫化氫的使用劑時還需要使用氧氣。主要的步驟是硫化氫可以被氧氣催化和氧化成單質(zhì)的硫，活性炭表面的吸附平衡會被破壞，使脫硫能力得到大幅度的提升。使用活性炭的優(yōu)點(diǎn)是活性炭的催化活性容易被加強(qiáng)，同時此操作方法簡便，不會再次污染環(huán)境，有利于實(shí)現(xiàn)大氣零排放目標(biāo)。

2.1.3 膜分離法和微波法

膜分離法的主要實(shí)施原理是通過氣體的不同成分在特制薄膜中的運(yùn)動速率不同，實(shí)現(xiàn)脫硫操作。國外已有部分國家將膜分離法用于天然氣的脫硫處理，而這個方法也逐漸在世界各地得到普及。該方法十分的簡便，而且操作人員很容易掌握，最重要的是不需要在操作過程中增加其他額外能源，未來發(fā)展優(yōu)勢十分明顯。

微波法是利用微波特征，將硫化氫份子從內(nèi)部激發(fā)出來，在短時間內(nèi)達(dá)到去除硫化氫的目的。在微波作用下，使用一定的催化劑，可以將硫化氫分解為氫氣和硫磺。在一定的時間內(nèi)，通過微波法進(jìn)行硫化氫的分解，有效率可以達(dá)到90%左右。

2.2 化學(xué)法

2.2.1 克勞斯法

克勞斯法是最早也是最常用的化學(xué)除硫化氫方法之一。該方法是將硫化氫作為材料在克勞斯燃燒爐中燃燒，將尾氣中的二氧化硫再次通入克勞斯燃?xì)鉅t中與硫化氫燃燒，最后生成硫磺，達(dá)到處理硫化氫的最終目的。該方法處理硫化氫時，主要是在克勞斯燃爐中，先燃燒空氣，使硫化氫和氧氣反應(yīng)生成硫和水之后，再通過充分燃燒生成二氧化硫，將二氧化硫通往燃燒爐，與剩余的硫化氫進(jìn)行充分反應(yīng)，生成硫黃和水，達(dá)到充分氧化、催化和分解硫化氫的最終目標(biāo)。硫化氫使用克勞斯法進(jìn)行處理的優(yōu)點(diǎn)是整個流程中不需要脫水處理，而且通過該方法得到的硫磺回收率以及分解硫化氫的效率較高，因此在國內(nèi)外中具有廣泛使用的潛力。隨著克勞斯法在實(shí)際過程的使用，相關(guān)人員不斷總結(jié)出更合理、更科學(xué)的處理方法，根據(jù)氣體流量的大小，一般在進(jìn)行脫硫過程中，可采取不同的處理方法，分別為直流、分流以及直接氧化克勞斯法。

2.2.2 液相催化氧化法

液相催化氧化法實(shí)際操作十分簡單，使用該方法可得到氫硫化物，其處理硫化氫的原理：硫化物在催化劑作用下被催化、氧化為硫黃，催化劑會再生，不斷繼續(xù)重復(fù)利用。該方法的優(yōu)點(diǎn)，首先是脫硫效率高，其次硫化氫在催化作用下，一步步地被分解和氧化為硫元素，直接回收硫磺物質(zhì)不會出現(xiàn)二次污染。該方法一般在常壓下進(jìn)行，同時也可以在加壓下進(jìn)行。進(jìn)行液相催化氧化處理期間使用的催化劑能夠持續(xù)再生，使得該方法的運(yùn)行成本比其他方法更低。

目前，液相催化氧化處理工藝主要分為4 種類型，即釩基工藝、砷基工藝、鐵基工藝和一些新興工藝。釩基工藝處理方法的缺點(diǎn)是生成的硫顆?；厥针y度大，且容易堵塞，藥品消耗量比較大。對此，相關(guān)科研人員研發(fā)出了一種新工藝，它可以使部分問題得到有效解決。砷基工藝是液相催化氧化法中較最早使用的方法之一，這種方法在工業(yè)生產(chǎn)以及工藝處理中已基本被淘汰，因?yàn)槭褂玫奈找菏莿《疚镔|(zhì)，而且相較于其他方法，該方法的脫硫效率較低，不適合當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的需求。最后一種方法是鐵基工藝，這種工藝模型一般以氨水作為吸收劑，而且對于設(shè)備的堵塞程度不大，能更好地進(jìn)行脫硫，效果顯著。

2.2.3 化學(xué)吸收法

化學(xué)吸收法是利用硫化氫的弱酸性以及化學(xué)相關(guān)溶劑的弱堿性，使二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行吸收和處理，這種方法比其他方法更適合于在低壓下和原料硫化氫中含烴含量較高的條件下進(jìn)行?；瘜W(xué)吸收法主要有2 種：①碳酸鹽法。是通過對氣體中的二氧化碳及硫化氫等酸性氣體進(jìn)行脫除最早使用的方法。這種方法適合在含二氧化碳濃度較高的情況下使用，在二氧化碳的含量很少甚至不含的情況下，使用這種方法會有一定的阻礙。在化學(xué)性質(zhì)上，碳酸鹽溶液比較穩(wěn)定，而且不會輕易發(fā)生降解反應(yīng)。這種化學(xué)試劑在使用過程中具有重要的意義，目前相關(guān)的新型活化劑在研究和發(fā)掘中；②利用氨水作為吸收劑進(jìn)行硫化氫的處理，但氨水容易腐蝕相關(guān)設(shè)備，且容易造成環(huán)境污染。雖然在處理焦?fàn)t煤氣過程中，該方法在經(jīng)濟(jì)上具有優(yōu)勢，但是在環(huán)境保護(hù)方面仍然存在一定的劣勢，因此利用氨法進(jìn)行硫化氫的處理仍然不十分普遍和廣泛適用。

3 生物法

生物法凈化模式如圖1 所示。

圖1 生物法凈化模式

4 具體應(yīng)用

國民淀粉（上海）有限公司剛投產(chǎn)一年之際，其污水處理系統(tǒng)無法滿足每日的廢水處理需求，尤其是事故池的容量不夠。所以，廢水的囤積量便越來越多，導(dǎo)致廠區(qū)附近硫化氫含量極高，臭味嚴(yán)重，因此需要對廢氣進(jìn)行處理。

對此，廠內(nèi)增加了廢水預(yù)處理裝置，安裝斜板沉淀池，在調(diào)質(zhì)環(huán)節(jié)前，先將大部分顆粒物沉淀，使用螺桿泵將底部沉淀物送至緩存罐；再將緩存罐內(nèi)的泥漿用泵加壓送至板框機(jī)進(jìn)行脫水，降低其后廢水處理工作量；將事故池容積加大500 t，滿足殺菌水的儲存需求，方便后續(xù)慢慢處理；安裝廢氣收集處理裝置——噴淋塔，塔池的pH 值設(shè)定范圍自動添加氫氧化鈉NaOH，對硫化氫進(jìn)行在線測試，PID 自動調(diào)控風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)度。若硫化氫濃度高，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)小，反之調(diào)大，盡量降低對附近環(huán)境的影響，將硫化氫濃度保持在5×10-6之內(nèi)。

項(xiàng)目實(shí)施一個月后，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，改進(jìn)管道風(fēng)口，硫化氫的處理效果明顯提升，濃度維持在2×10-6～3×10-6，使附近環(huán)境得到改善。

5 結(jié)束語

通過以上的分析，可以了解到目前國內(nèi)外處理硫化氫的方法分為物理法、生物法以及化學(xué)法。物理方法是通過吸收劑對硫化氫進(jìn)行選擇性吸收處理，生物方法的使用率較低?；瘜W(xué)方法中，克勞斯法起源最早且使用范圍最廣。為了實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，對于硫化氫處理方式進(jìn)行不斷的革新以及完善應(yīng)得到相關(guān)人員的重視，相關(guān)企業(yè)和工作人員應(yīng)在實(shí)際操作中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和方法，為實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的長期發(fā)展作出貢獻(xiàn)，使硫化氫的處理效果得到提升，為設(shè)備安全提供保障，提高經(jīng)濟(jì)效益、保障人民生命財產(chǎn)安全。