基于GB 39728-2020的中小規(guī)模天然氣凈化廠達(dá)標(biāo)排放工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

馬梟 李小云 李金金 劉安琪 唐曉東 袁小金

1.國(guó)家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心 2.中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院 3.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 4.中國(guó)石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司 5.中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的日益嚴(yán)格，地區(qū)和行業(yè)相繼出臺(tái)了更為嚴(yán)格的大氣污染物控制指標(biāo)。GB 31570-2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布[1]，對(duì)煉油行業(yè)排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度提出了嚴(yán)格要求(小于400 mg/m3)[2-4]，促進(jìn)了煉油行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和改造升級(jí)。2020年12月8日，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部正式發(fā)布了石油天然氣行業(yè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 39728-2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]，該標(biāo)準(zhǔn)于2021年1月1日正式實(shí)施。

1 背景情況

在GB 39728-2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中,對(duì)天然氣凈化廠的SO2排放控制以200 t/d的硫磺處理規(guī)模為界進(jìn)行區(qū)分，規(guī)定了不同的SO2排放質(zhì)量濃度限值,見表1。

表1 天然氣凈化廠硫磺回收污染物排放限值天然氣凈化廠硫磺回收裝置總規(guī)模/(t·d-1)排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度限值(1 h平均值)/(mg·m-3)污染物排放監(jiān)控位置≥200400<200800硫磺回收裝置尾氣排氣筒

目前，天然氣凈化廠的SO2排放控制主要是通過調(diào)整生產(chǎn)工藝措施提高硫回收率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這也是國(guó)內(nèi)外天然氣凈化行業(yè)的普遍做法。SO2排放質(zhì)量濃度取決于硫回收率及酸氣中H2S含量，由于各廠采用的硫磺回收工藝不同，SO2排放質(zhì)量濃度呈現(xiàn)很大的差異性，從幾百mg/m3到幾萬(wàn)mg/m3都有[6]，不同硫回收率下的SO2理論排放質(zhì)量濃度見表2。

從表2可以看出，若要滿足800 mg/m3的SO2質(zhì)量濃度排放標(biāo)準(zhǔn)，按99.8%的硫回收率來(lái)計(jì)算，最高處理酸氣中H2S體積分?jǐn)?shù)不能超過34.6%，若保證在運(yùn)裝置處理酸氣含量范圍內(nèi)均能滿足此標(biāo)準(zhǔn)，需將硫回收率提升至99.88%。若要滿足400 mg/m3的SO2質(zhì)量濃度排放標(biāo)準(zhǔn)，按99.88%的硫回收率計(jì)算，處理酸氣中H2S體積分?jǐn)?shù)最高不能超過26%，若保證在運(yùn)裝置處理酸氣含量范圍內(nèi)均能滿足此標(biāo)準(zhǔn)，需將硫回收率提升至99.94%。因此，對(duì)于GB 39728-2020中的排放濃度限值標(biāo)準(zhǔn)并未進(jìn)行強(qiáng)制性統(tǒng)一，通過對(duì)規(guī)模進(jìn)行區(qū)分，充分考慮了天然氣作為清潔能源的特殊屬性。與煉油廠不同的是，天然氣開發(fā)具有“地上服從于地下”的特點(diǎn)，天然氣凈化廠是根據(jù)含硫氣藏的開發(fā)方案確立和建設(shè)的，開采規(guī)模和壽命與氣藏相匹配，具有一定的生命周期，將隨著氣藏衰減而最終關(guān)停[7]。國(guó)內(nèi)天然氣凈化廠主要分布的西南地區(qū)，近年來(lái)已陸續(xù)關(guān)閉關(guān)停了4座天然氣凈化廠和5套硫磺回收裝置。隨后一段時(shí)期，因氣田氣質(zhì)條件及處理量的變化，還將陸續(xù)關(guān)停適應(yīng)性較差的裝置，若要在這些裝置上進(jìn)一步投入大量資金進(jìn)行改造，經(jīng)濟(jì)性較差。

表2 硫回收率及酸氣中H2S含量與排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度的理論關(guān)系總硫回收率/%酸氣中H2S體積分?jǐn)?shù)/%排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度①/(mg·m-3)99.20302 920 905 086 99.8030730 34.67985098199.8826399 50589 90764 99.9034.539850491 70575 90636 99.9235322 50393 99.936037699.9490382 注:①SO2排放質(zhì)量濃度為基準(zhǔn)含氧量排放質(zhì)量濃度(O2體積分?jǐn)?shù)為3%)。

2 天然氣凈化廠硫磺回收裝置運(yùn)行現(xiàn)狀

我國(guó)現(xiàn)有在運(yùn)天然氣凈化廠21座，硫磺回收裝置45套，設(shè)計(jì)總規(guī)模10 547 t/d。單套裝置設(shè)計(jì)規(guī)模和酸氣含量差異較大，設(shè)計(jì)規(guī)模從2 t/d到606 t/d，酸氣中H2S體積分?jǐn)?shù)從0.9%到91%[8]，決定了所選用的硫磺回收工藝方法差別較大。我國(guó)的硫磺回收裝置按工藝方法基本可以分為4類：常規(guī)克勞斯(Claus)或延伸Claus工藝、還原吸收工藝、液相氧化還原工藝、氧化吸收工藝，基本上都屬于國(guó)內(nèi)外通常采用的主流工藝。其中，采用常規(guī)Claus和延伸Claus工藝的裝置數(shù)量為16套，占比35.6%，均需要增加尾氣處理裝置達(dá)標(biāo)；還原吸收工藝裝置24套部分達(dá)標(biāo)，主要是在大型天然氣凈化廠應(yīng)用，占比53.3%；使用氧化吸收工藝的裝置3套均達(dá)標(biāo)，使用液相氧化還原工藝的裝置均達(dá)標(biāo)，其規(guī)模較小，最大僅12 t/d?；厩闆r見表3和表4。

表3 我國(guó)現(xiàn)有天然氣凈化廠硫磺回收裝置規(guī)模及采用工藝天然氣凈化廠序號(hào)裝置套數(shù)單套裝置設(shè)計(jì)規(guī)模/(t·d-1)工藝方法設(shè)計(jì)硫回收率/%1235/35CBA99.22131.5SuperClaus99.23145.4CBA99.242112/35CPS99.255225.6/25.6SuperClaus99.26442/42/42/42CPS+還原吸收99.92126/1263-Claus+還原吸收99.971113-Claus+Cansolv99.88118.73-Claus+還原吸收99.892171/1713-Claus+Cansolv99.8102214/2142-Claus+還原吸收99.811142CPS99.25136MCRC9912146MCRC9913182-Claus90143526/526/5262-Claus+還原吸收99.81518Lo-cat99.91614Clinsulf-do99.91714Clinsulf-do99.91812.5Lo-cat99.919122-Claus902016.222-Claus9021126062-Claus+還原吸收99.8

基于GB 39728-2020的排放控制指標(biāo)，對(duì)于大型規(guī)模的硫磺回收裝置，均采用了“Claus+尾氣加氫還原”高硫回收率工藝，需進(jìn)行適應(yīng)性改造，包括對(duì)液硫脫氣由進(jìn)焚燒爐改為去Claus反應(yīng)爐進(jìn)一步回收硫[9]、采用高效尾氣脫硫溶劑、采用級(jí)配優(yōu)化組合的高效硫磺催化劑等措施[10]，使硫回收率由99.8%提高至99.9%以上，從而實(shí)現(xiàn)SO2排放質(zhì)量濃度小于400 mg/m3的要求。對(duì)于中小規(guī)模硫磺回收裝置而言，多數(shù)采用Claus工藝及Claus延伸技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放需新增尾氣處理裝置。同時(shí)，根據(jù)各廠的實(shí)際處理情況進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)SO2排放質(zhì)量濃度小于800 mg/m3的達(dá)標(biāo)排放要求。

表4 我國(guó)現(xiàn)有天然氣凈化廠硫磺回收裝置規(guī)模及采用工藝硫磺回收裝置規(guī)模/(t·d-1)裝置數(shù)量/套占總裝置數(shù)量的比例/%需進(jìn)行達(dá)標(biāo)技術(shù)改造的裝置數(shù)量/套需進(jìn)行達(dá)標(biāo)技術(shù)改造的裝置占比/%大型規(guī)模(≥200)2555.61768中小規(guī)模(<200)2044.41470合計(jì)45100.031

從表4可以看出，中小規(guī)模裝置實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的技術(shù)改造占比較高。同時(shí)，中小規(guī)模裝置需新建尾氣處理裝置，涉及技術(shù)改造的難度和經(jīng)濟(jì)投入相對(duì)較大。因此，有必要對(duì)其尾氣改造工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比，為獲得最佳的技術(shù)改造方案提供參考。

3 中小規(guī)模硫磺回收裝置尾氣處理工藝簡(jiǎn)介

含硫尾氣是指從硫磺回收單元排出的氣體，其含硫化合物主要包括H2S、SO2及有機(jī)硫(COS、CS2等)。要實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，需對(duì)上述組分進(jìn)行有效脫除，通常作法是首先將尾氣中各種形態(tài)的硫化物轉(zhuǎn)化為單一物質(zhì)(H2S或者SO2)后，再用相應(yīng)的工藝進(jìn)行脫除處理。據(jù)此，現(xiàn)有尾氣處理技術(shù)可分為H2S類尾氣處理技術(shù)和SO2類尾氣處理技術(shù)兩大類。

3.1 H2S類尾氣處理技術(shù)

H2S類尾氣處理技術(shù)是將尾氣中的其他硫化物通過加氫或其他工藝轉(zhuǎn)化為H2S后進(jìn)行處理的技術(shù)。主要的工藝技術(shù)有還原吸收工藝、絡(luò)合鐵液相氧化還原工藝及生物脫硫工藝。

3.1.1還原吸收工藝

還原吸收工藝(工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1)是對(duì)常規(guī)Claus裝置尾氣進(jìn)行加氫水解處理，將尾氣中各種形態(tài)的含硫化合物轉(zhuǎn)化為H2S，經(jīng)冷卻后用醇胺溶劑進(jìn)行H2S吸收脫除，再將提濃的H2S返回Claus裝置中轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵖捎玫牧蚧钱a(chǎn)品[11]。

3.1.2絡(luò)合鐵液相氧化還原工藝

絡(luò)合鐵液相氧化還原工藝(工藝流程簡(jiǎn)圖見圖2)是將含H2S的尾氣通入裝有絡(luò)合鐵溶液的反應(yīng)器中，通過絡(luò)合鐵溶液中的Fe3+將尾氣中的H2S氧化為元素硫，同時(shí)自身轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+，隨后再通入空氣將其氧化為Fe3+而使溶液得到再生。此類工藝處理之后的尾氣中H2S體積分?jǐn)?shù)小于10×10-6，無(wú)需焚燒而直接排放，能夠滿足相當(dāng)嚴(yán)格的環(huán)保要求[12-13]。

3.1.3生物脫硫工藝

生物脫硫工藝是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的常規(guī)脫硫替代新工藝(工藝流程簡(jiǎn)圖見圖3)，采用活性生物細(xì)菌進(jìn)行脫硫，具有不需要催化劑和氧化劑(空氣除外)、不需要處理化學(xué)污泥、生物污染產(chǎn)生少、能耗低、硫回收率高等優(yōu)點(diǎn)，因此倍受業(yè)內(nèi)關(guān)注[14-16]。

3.2 SO2類尾氣處理技術(shù)

SO2類尾氣處理技術(shù)是將尾氣中的其他硫化物通過某種工藝轉(zhuǎn)化為SO2后進(jìn)行處理的技術(shù)。主要工藝技術(shù)包括氧化吸收工藝、制酸工藝和堿法脫硫工藝。

3.2.1氧化吸收工藝

氧化吸收工藝(工藝流程簡(jiǎn)圖見圖4)是對(duì)常規(guī)Claus裝置尾氣通過高溫焚燒，將尾氣中各種形態(tài)的含硫化合物轉(zhuǎn)化成SO2，經(jīng)冷卻后用對(duì)SO2具有高度選擇性的溶劑進(jìn)行吸收，再將再生的高含SO2氣體返回Claus裝置回收元素硫。這種技術(shù)也稱作SO2可再生循環(huán)吸收法，使用到的吸收劑包括亞硫酸鈉、檸檬酸、磷酸、有機(jī)胺等為主要成分的各種無(wú)機(jī)或有機(jī)溶劑。與之配套的工藝于20世紀(jì)末研發(fā)成功，至今已經(jīng)使用了幾十年，技術(shù)成熟，通常硫回收率可達(dá)到99.9%，處理后尾氣中SO2排放質(zhì)量濃度小于100 mg/m3，可滿足更嚴(yán)格的環(huán)保要求[17]。

3.2.2制酸工藝

制酸工藝(工藝流程簡(jiǎn)圖見圖5)將Claus裝置尾氣中硫化物燃燒轉(zhuǎn)化成SO2，采用催化轉(zhuǎn)化及硫酸冷凝工藝轉(zhuǎn)化成SO3，并冷凝回收成商品級(jí)濃硫酸[18]。最具代表性的工藝有SOP、SCOOP。該工藝硫回收率可大于99.95%，廢氣排放滿足嚴(yán)苛的環(huán)保要求，但由于硫酸屬于有害、強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品，目前為止，主要用于化工領(lǐng)域，在天然氣處理廠應(yīng)用較少[19]。

3.2.3堿法脫硫工藝

堿法脫硫工藝主要用于煙氣脫硫，采用化學(xué)或物理的方法將煙氣中的SO2予以脫除。該工藝?yán)酶鞣N堿性的吸收劑或吸附劑捕集煙氣中的SO2，將之轉(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械分離的含硫化合物，從而達(dá)到脫硫的目的[20]。堿法脫硫技術(shù)按照脫硫方式和產(chǎn)物的處理形式又可劃分為濕法、半干法和干法3類工藝，見表5。

目前，在世界各國(guó)現(xiàn)有的堿法脫硫工藝中，濕法脫硫約占85%左右，其中石灰石-石膏法占36.7%，其他濕法占48.3%。表6給出了3種應(yīng)用較廣的堿法脫硫工藝的主要技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比。

表5 堿法脫硫的方法分類和主要工藝按反應(yīng)過程是否存在水分類采用的脫硫劑主要工藝SO2脫除率/%濕法石灰漿液石灰石-石膏法90～95NaOH、NaCO3或Na2SO3水溶液、石灰漿液雙堿法75～90NaOH、NaCO3或Na2SO3水溶液鈉堿法90～95氨水氨法>95Mg(OH)2漿液氧化鎂法>95海水海水法90～95半干法生石灰旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法>85石灰粉循環(huán)流化床法>90石灰粉爐內(nèi)噴鈣尾部增濕法65～80干法活性炭活性炭吸附法>95氨電子束輻射及脈沖電暈法90～95石灰粉荷電干式吸收劑噴射法90ZnO、Fe3O4、CuO金屬氧化物法90

表6 常用堿法脫硫工藝的主要技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比工藝工藝流程環(huán)境特征技術(shù)成熟度適用規(guī)模脫硫效率/%運(yùn)行費(fèi)用設(shè)備占地面積脫硫副產(chǎn)品灰渣狀態(tài)廢水石灰石-石膏法較簡(jiǎn)單,石灰漿制備流程復(fù)雜較差成熟大>95較高大石膏,可利用,系統(tǒng)簡(jiǎn)單濕有循環(huán)流化床簡(jiǎn)單較好成熟中>90較低較小亞硫酸鈣,可利用,系統(tǒng)簡(jiǎn)單干無(wú)雙堿法簡(jiǎn)單一般成熟小75～90較高較小困難濕有

堿法SO2脫除技術(shù)是全球目前已大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方法，也是控制酸雨和SO2污染最為有效的主要技術(shù)手段。目前該方法主要用于電廠、煤化工大型燃煤鍋爐煙氣處理。雖然堿洗工藝能使SO2實(shí)現(xiàn)接近零排放，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生廢堿液或石膏等副產(chǎn)物，帶來(lái)二次產(chǎn)物的處理問題，故目前為止在天然氣處理廠中應(yīng)用較少。

4 中小規(guī)模硫磺回收裝置尾氣處理工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

針對(duì)上述6種常用的尾氣處理工藝，對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見表7。

同時(shí)，對(duì)上述6種工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，見表8，為方便敘述，以川渝地區(qū)某天然氣凈化廠為例進(jìn)行相關(guān)闡述。川渝地區(qū)某天然氣凈化廠建設(shè)有2套處理裝置，單套天然氣處理量(20 ℃，101.325 kPa)為300×104m3/d，配套建設(shè)2列硫磺回收裝置，處理規(guī)模為26 t/d，采用超級(jí)Claus硫磺回收工藝，設(shè)計(jì)硫回收率99.2%，SO2排放速率為35 kg/h。擬建設(shè)尾氣處理系統(tǒng)一套，用于處理來(lái)自兩套硫磺回收裝置的尾氣，實(shí)現(xiàn)排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度小于800 mg/m3的環(huán)保指標(biāo)。投資和運(yùn)行成本以還原吸收工藝裝置為基準(zhǔn)100進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。

表7 中小規(guī)模硫磺回收裝置尾氣處理工藝技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比工藝國(guó)內(nèi)開發(fā)及應(yīng)用情況優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)還原吸收工藝開發(fā)出了加氫催化劑與尾氣吸收脫硫溶劑,國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院可自主進(jìn)行工藝包設(shè)計(jì)(1) 技術(shù)成熟,在天然氣處理廠應(yīng)用廣泛。(2) 溶液為普通MDEA水溶液,流程操作與脫硫類似,易操作(1) 流程復(fù)雜,裝置占地面積大,涉及征地問題。(2) MDEA 選擇吸收性較差,溶液循環(huán)量大,溶液系統(tǒng)設(shè)備較大。(3) 裝置需要的壓降大,現(xiàn)有硫磺回收裝置需要增壓。(4) 需增設(shè)酸水汽提裝置處理急冷塔塔底的酸水制酸工藝采用國(guó)外引進(jìn)技術(shù)建設(shè)了工業(yè)裝置(1) 無(wú)廢水、廢渣等排放。(2) 采用專有設(shè)備,大幅提高系統(tǒng)能量回收率。(3) 鉑金催化劑轉(zhuǎn)化率高、壽命長(zhǎng),且廢催化劑可半價(jià)回收,降低了運(yùn)行費(fèi)用(1) 一次性投資高。(2) 裝置占地面積大,涉及征地問題。(3) 硫酸為強(qiáng)酸,其儲(chǔ)存、運(yùn)輸均存在一定的風(fēng)險(xiǎn),存在道路限制。(4) 需衛(wèi)生防護(hù)間距。(5) 酸霧對(duì)設(shè)備及周邊可能造成影響。(6) 制酸環(huán)評(píng)存在進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。(7) 硫酸的銷售市場(chǎng)不太明確氧化吸收工藝針對(duì)天然氣凈化廠硫磺回收裝置尾氣中SO2脫除開展了工藝技術(shù)及配套溶劑的開發(fā)研究,并已申請(qǐng)專利(1) 技術(shù)成熟。(2) 吸收劑具有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,不容易起泡。(3) 吸收劑對(duì)SO2的選擇高,裝置溶液循環(huán)量低,設(shè)備尺寸小。(4) 脫硫效率高,可實(shí)現(xiàn)SO2排放質(zhì)量濃度小于100 mg/m3(1) 采用專利溶劑,價(jià)格較貴。(2) 正常工藝過程會(huì)產(chǎn)生廢水,需要進(jìn)行處理。(3) 系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生SO3,設(shè)備多采用不銹鋼等抗腐蝕材質(zhì),造價(jià)高堿法脫硫工藝(基于雙堿法)電廠、冶煉廠等應(yīng)用較為廣泛(1) 完全的不可逆的化學(xué)吸收,處理SO2徹底,排放廢氣中SO2質(zhì)量濃度低。(2) 投資較低(1)單一堿液吸收,處理過程會(huì)產(chǎn)生含亞硫酸鹽廢水。(2) 雙堿法工藝雖然可以避免廢水產(chǎn)生,但會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品石膏,需要市場(chǎng)消化。(3) 原料石灰、產(chǎn)品石膏均為固體,環(huán)境處置要求高,不利于清潔生產(chǎn)絡(luò)合鐵液相氧化還原工藝已完成液相氧化工藝技術(shù)及其配套溶劑的開發(fā),并在延長(zhǎng)油田、長(zhǎng)慶油田等進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用,效果較好(1) 是獨(dú)立于Claus工藝之外的硫磺回收技術(shù),流程簡(jiǎn)單,硫回收率高。(2) 投資較低。(3) 可直接處理脫硫再生的酸氣(1) 硫磺質(zhì)量較Claus工藝差,硫磺濾餅含水率30%以上,市場(chǎng)銷售、處理困難。(2) 硫容量低,每升僅0.3/L,溶劑循環(huán)量大,能耗較高。(3) 從在運(yùn)的同類裝置看,存在堵塞的風(fēng)險(xiǎn)生物脫硫工藝已完成生物脫硫工藝流程設(shè)計(jì)及其菌種的相關(guān)研究工作,并在天然氣凈化廠開展了中試試驗(yàn),達(dá)到預(yù)期效果(1) 環(huán)境友好性強(qiáng)。(2) 不需要催化劑和氧化劑(空氣除外)。(3) 不需要處理化學(xué)污泥,對(duì)環(huán)境的污染少,能耗低,硫回收率高(1) 微生物養(yǎng)護(hù)要求較高,對(duì)氣體組分的要求較高,操作中易造成微生物失活。(2) 操作費(fèi)用高。(3) 反應(yīng)活性較低,空速低,不適用于大規(guī)模含硫尾氣的處理。(4) 操作彈性小,對(duì)氣量和氣體組成比較敏感。(5) 脫硫過程不易控制,條件要求苛刻

表8 中小規(guī)模硫磺回收裝置尾氣處理工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比技術(shù)名稱技術(shù)成熟度一次性投資(引進(jìn)工藝包)/萬(wàn)元一次性投資(自主設(shè)計(jì))/萬(wàn)元年運(yùn)行成本/萬(wàn)元20年總運(yùn)行成本/萬(wàn)元裝置占地/(m×m)SO2排放質(zhì)量濃度/(mg·m-3)操作彈性污染物清潔生產(chǎn)還原吸收工藝成熟100.0010010010065×35≤400較大無(wú)好制酸工藝成熟86.3585.2035.8535.8970×40≤400較大無(wú)較好氧化吸收工藝成熟80.5578.9251.1351.1125.5×21≤400大少量污水較好堿法脫硫工藝(基于雙堿法)成熟75.7073.6776.8576.8930×15≤400大有少量廢水,廢堿液,或副產(chǎn)品石膏較差絡(luò)合鐵液相氧化還原工藝成熟76.8674.9274.9274.9135×15無(wú)SO2φ(H2S)<10×10-6較小基本無(wú)氣相污染物較好生物脫硫工藝成熟87.8886.8682.4882.4735×15無(wú)SO2φ(H2S)<10×10-6小少量污水較好

針對(duì)天然氣凈化廠尾氣達(dá)標(biāo)排放，不同尾氣處理工藝均有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)，但從綠色環(huán)保的角度考慮，在選擇尾氣處理工藝時(shí)，應(yīng)保證總硫回收率高、尾氣中SO2質(zhì)量濃度低，同時(shí)環(huán)境友好，嚴(yán)控二次污染，三廢較少且易于處理，工藝副產(chǎn)物以易于存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)牧蚧菫樽罴?，以保證天然氣能源的清潔特征[21]。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：

(1) 在技術(shù)指標(biāo)上，6種尾氣處理工藝均具備滿足SO2排放質(zhì)量濃度小于400 mg/m3的技術(shù)水平，其中，還原吸收法技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，是國(guó)內(nèi)外常用的主流尾氣處理工藝。

(2) 在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，無(wú)論是新建裝置或工藝改造，對(duì)于尾氣達(dá)標(biāo)升級(jí)的投資成本均較大，其中成熟穩(wěn)定的還原吸收法投資最大。

(3) 不同工藝根據(jù)各自特點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的二次污染物，其中利用還原吸收工藝進(jìn)行尾氣中SO2處理產(chǎn)生的二次污染物最少。

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)高效、綠色清潔的低碳能源，其推廣應(yīng)用有利于國(guó)家能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整及構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。我國(guó)天然氣開采工業(yè)正處于快速發(fā)展階段，含硫天然氣氣田的開發(fā)占全國(guó)天然氣氣田的比例達(dá)65%以上，天然氣凈化廠排放尾氣中的SO2具有排放量小、排放濃度高、治理難度大、改造費(fèi)用高的特點(diǎn)。因此，在進(jìn)行尾氣處理技術(shù)改造時(shí)需結(jié)合工廠實(shí)際情況，盡可能提高投資經(jīng)濟(jì)性。從符合達(dá)標(biāo)排放、清潔生產(chǎn)、投資節(jié)約的原則出發(fā)，結(jié)合技術(shù)先進(jìn)性與生產(chǎn)運(yùn)行成本，通過上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比后，針對(duì)中等規(guī)模(硫磺產(chǎn)量10～200 t/d)的硫磺回收裝置，建議采用氧化吸收工藝；針對(duì)小規(guī)模(硫磺產(chǎn)量<10 t/d)的硫磺回收裝置，建議采用液相氧化還原工藝。

針對(duì)中小規(guī)模硫磺回收裝置滿足排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度小于800 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)以操作彈性大、生產(chǎn)清潔性較好、投資較低的氧化吸收類Cansolv工藝和適用于小規(guī)模、投資經(jīng)濟(jì)性較好的液相氧化還原工藝作為其尾氣處理改造的工藝技術(shù)，進(jìn)行相關(guān)投資與運(yùn)行費(fèi)用估算。

國(guó)內(nèi)中小規(guī)模(硫磺產(chǎn)量<200 t/d)硫磺回收裝置進(jìn)行尾氣改造后，總投資費(fèi)用為9.82億元，年運(yùn)行成本增加3 061萬(wàn)元，尾氣SO2減排3 186.5 t/a，見表9。若裝置折舊按15年計(jì)，則削減單位SO2的成本為3.02萬(wàn)元/t。

表9 中小規(guī)模硫磺回收裝置進(jìn)行尾氣改造投資運(yùn)行費(fèi)用與減排效益測(cè)算天然氣凈化廠序號(hào)裝置設(shè)計(jì)規(guī)模/(t·d-1)技術(shù)改造投資費(fèi)用/萬(wàn)元技術(shù)改造運(yùn)行費(fèi)用/(萬(wàn)元·年-1)SO2排放量與削減量/(t·a-1)改造前改造后削減量135/3514 000435376.393.5282.8231.57 000196169.442.1127.3345.48 000282244.160.6183.54112/3524 000913790.3196.4593.9525.6/25.68 400318275.368.4206.91142/3614 000484468.2104.2364.012469 500286309.861.5248.31383 80073592.610.7581.91924 50018148.22.7145.5206.225 00057460.78.3452.4合計(jì)48598 2003 0613 834.9648.43 186.5

5 結(jié)語(yǔ)

天然氣作為一種清潔能源，其推廣應(yīng)用對(duì)于保護(hù)環(huán)境具有積極的意義，而天然氣凈化廠排放尾氣中的SO2具有排放量小、排放濃度高、治理難度大、改造費(fèi)用高的特點(diǎn)。因此，GB 39728-2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》在考慮天然氣清潔能源屬性的同時(shí)，兼顧了天然氣生產(chǎn)行業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，以生產(chǎn)規(guī)模200 t/d為界進(jìn)行區(qū)別控制，更具有針對(duì)性和合理性，既能保證對(duì)天然氣生產(chǎn)行業(yè)中SO2排放的整體高要求控制，又能兼顧天然氣生產(chǎn)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)合理性，對(duì)于尾氣SO2減排和鼓勵(lì)天然氣行業(yè)大發(fā)展具有積極的雙重意義。