摘要：本文對(duì)天然氣處理站生產(chǎn)工藝流程中硫化鐵的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，指出其自燃的特性是導(dǎo)致安全事故的主要原因；針對(duì)硫化鐵的理化性質(zhì)及廢脫硫劑的化學(xué)成分提出幾種有效處理廢脫硫劑的方法，并結(jié)合天然氣處理站檢修時(shí)處理廢脫硫劑的實(shí)際改良目前傳統(tǒng)的安全處理方式。
關(guān)鍵詞：廢脫硫劑，硫化鐵，產(chǎn)生機(jī)理，自燃，安全處置方法?
1 廢脫硫劑的化學(xué)成分分析
1.1 FeS產(chǎn)生機(jī)理
??? 目前，天然氣處理站工藝流程中設(shè)有天然氣酸性組分脫除單元，主要針對(duì)的是井口伴生氣中含有的少量 H₂S。該工藝中脫硫塔脫硫原理歸于非再生性脫硫中較為典型的Slurrisweet法，主要以EF-2型特種氧化鐵常溫精脫硫劑為依托，其有效成分為 Fe₂O₃。由于Fe³⁺具有的強(qiáng)氧化性能與S2—發(fā)生氧化還原反應(yīng):?

??? 由此可見，F(xiàn)eS一部分是由于我站脫硫工藝單元中脫硫劑與天然氣中含有的H₂S組分反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生；另一部分是由于生產(chǎn)設(shè)備、儲(chǔ)罐上鐵分子與含硫物質(zhì)(包括單質(zhì)硫、硫化氫和有機(jī)硫化物等)長(zhǎng)期發(fā)生腐蝕作用而生成的。其中，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的FeS是其主要來(lái)源。
1.2 廢脫硫劑的主要化學(xué)成分
??? 在實(shí)際生產(chǎn)中，EF-2型特種氧化鐵常溫精脫硫劑主要脫除的是天然氣中的H₂S，而這些氣體中都含有一些其它雜質(zhì)，如反應(yīng)中生成的硫油垢、水等，這些雜質(zhì)在氣體穿過(guò)脫硫劑時(shí)停留在脫硫劑表面，包裹住了Fe₂O₃顆粒，使Fe₂O₃失去了吸附H₂S能力，即喪失了脫硫能力。這些氣體中存在著部分的SO₂氣體，SO₂與Fe₂O₃在高溫條件下生成不能再生的FeSO₄和Fe₂(SO₄)₃。由于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，不能保證脫硫劑始終保持在堿性條件下進(jìn)行，所以也有大量的FeS生成。
??? 綜合以上因素，最終廢脫硫劑上包含有單質(zhì)硫、無(wú)機(jī)硫(FeS，F(xiàn)eSO₄，F(xiàn)e₂S₃，F(xiàn)e₂(SO₄)₃等)和有機(jī)硫等的混合物。
2 廢脫硫劑的危害性分析
2.1 對(duì)安全生產(chǎn)的危害
2.1.1 FeS的理化性質(zhì)
??? 外觀與性狀：暗灰色至灰黑色金屬片狀或粒狀固體
??? 相對(duì)分子量：87 9l
??? 相對(duì)密度(水=1)：4.75～5.40
??? 熔點(diǎn)(℃)：1179
??? 溶解性：不溶于水
??? FeS屬于極易自燃的硫化物燃點(diǎn)僅為40℃，處于溶液狀態(tài)時(shí)自燃特性難以表現(xiàn)，一旦FeS表面溶液蒸發(fā)干將會(huì)具有上述特性會(huì)瞬間燃燒，發(fā)生如下反應(yīng)：

??? 硫化鐵自燃不會(huì)發(fā)出火焰，只是達(dá)到熾熱狀態(tài)。
2.1.1 FeS的危害性
??? 硫化鐵的危害性是由其極易自燃的特性決定的。
??? FeS本來(lái)很致密，當(dāng)系統(tǒng)存在H2或反應(yīng)生成H₂(如H₂S腐蝕金屬將會(huì)H₂生成)FeS便會(huì)變得疏松不再致密，結(jié)果將導(dǎo)致腐蝕向縱深方向發(fā)展進(jìn)而形成層狀的FeS層。同時(shí)，在脫硫塔內(nèi)壁上生成的硫化鐵，一般與腐蝕物質(zhì)(如鐵銹等)結(jié)合在一起形成含有硫化鐵的腐蝕沉淀物，這種腐蝕沉淀物具有多孔結(jié)構(gòu)，因此它的導(dǎo)熱性較差，且有一定的吸附氧氣的能力。這種
沉淀物如不及時(shí)清除，暴露于空氣中，硫化鐵便會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

??? 由以上反應(yīng)可看出，鐵的硫化物氧化反應(yīng)放出大量的熱，熱量積蓄在具有多孔結(jié)構(gòu)的硫化鐵的沉淀物中。當(dāng)積蓄的熱量使溫度升高至硫化鐵的自燃點(diǎn)，便會(huì)發(fā)生自燃。若有少量水的存在，能使硫化鐵漲碎，增加氧化表面積，加速自燃過(guò)程。因此在檢修期間打開脫硫塔頂部、下部人孔時(shí)混入大量空氣將導(dǎo)致吸附于容器壁及廢脫硫劑表面的FeS自燃。我站也曾發(fā)生過(guò)更換壓縮機(jī)低壓氣入口緩沖罐濾網(wǎng)時(shí)硫化鐵與空氣接觸自燃、冒煙的現(xiàn)象。
天然氣處理站生產(chǎn)裝置內(nèi)存在大量易燃物質(zhì)，容器中可燃?xì)馓幱谳^小的空間，硫化鐵自燃勢(shì)必引起可燃?xì)怏w的燃燒。當(dāng)可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到爆炸極限時(shí)，將會(huì)引起爆炸。
2.2 對(duì)環(huán)境的危害
??? 硫化鐵屬低毒物，具有刺激性，誤服可引起胃瞞刺激癥狀，長(zhǎng)期吸入該粉塵，可能引起肺鐵末沉著癥；此外，硫化鐵自燃的產(chǎn)物是硫化氫、氧化硫等物，對(duì)人體極其有害；其化學(xué)性質(zhì)較活潑，接觸酸或酸性氣能產(chǎn)生有毒氣體.受高熱分解放出有毒氣體.對(duì)環(huán)境有害，對(duì)水體可造成污染。
由上述分析可知，廢脫硫劑因表面附著大量的硫化物使其具有極大的危險(xiǎn)性，若隨意丟棄在污染環(huán)境的同時(shí)會(huì)造成安全隱患，引發(fā)火災(zāi)、爆炸等事故。每年我站在檢修期間會(huì)產(chǎn)生60多方的廢脫硫劑，需要進(jìn)行妥善的安全處置。
3 廢脫硫劑的安全處置方法
3.1 增濕法
??? 此方法可看作是諸多安全處置方法的前序步驟，避免FeS遇空氣后自燃。
??? 每年檢修期間更換脫硫劑前對(duì)脫硫塔進(jìn)行蒸汽處理等操作步驟時(shí)，硫化鐵容易堆積于塔底部.在打開塔人孔時(shí)，此時(shí)，塔器溫度較高，由于空氣進(jìn)入，硫化鐵遇空氣極易燃。因此在打開人孔之后，需要從頂部人孔處噴水增濕，對(duì)脫硫塔進(jìn)行水洗處理，然后打開底部人孔及卸料口讓硫化鐵隨水沖出。再用車連水帶廢脫硫劑轉(zhuǎn)移至安全地帶。
??? 同樣的道理，可以修建水池對(duì)廢脫硫劑進(jìn)行水封處理，有效避免其自燃的特性。
3.2 廢棄處置
即在規(guī)定場(chǎng)所用焚燒法處置或者采取異地深埋法掩埋。由前部分的化學(xué)反應(yīng)方程式可知此兩種方法使用過(guò)程中都會(huì)伴隨S02氣體產(chǎn)生，而S02消散于大氣中會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染；而且反應(yīng)中放出大量的熱存在一定的危險(xiǎn)性，掩埋或焚燒處置場(chǎng)所的選擇顯得尤為重要。異地深埋法，按照相關(guān)規(guī)范需要在地下修筑槽蓋，距地面6 m以上密閉的鋼筋混凝土槽，處理費(fèi)用較高。
3.3 酸洗法
??? 此方法是利用硫化鐵能與酸液反應(yīng)的化學(xué)特性，將之溶解于酸液中且釋放出H₂S或S₀₂氣體。

??? 這種方法的潛在難點(diǎn)是如何處理H₂S或S0₂氣體。對(duì)于H₂S氣體而言最簡(jiǎn)單的一種處理方法就是排放至現(xiàn)有的火炬系統(tǒng)并燃燒它，這就要求裝置很好地配置管線接到火炬塔上。值得注意的是僅僅是將H₂S燃燒轉(zhuǎn)化為了S0₂氣體，仍然伴隨有此種氣體的生成及排放問(wèn)題。
3.4 化學(xué)抑制法
??? 此種方法與酸洗法配合使用，核心技術(shù)是處理酸洗過(guò)程中產(chǎn)生的H₂S氣體。可選用的第一種化學(xué)試劑為氫氧化鈉將H₂S轉(zhuǎn)化成硫化鈉，盡管硫化鈉的危險(xiǎn)性比H₂S小，但處理這種堿性廢物也有難處；另一種方法是將一種還原劑直接加入酸液中，用于此目的的還原劑可以將H₂S氣體轉(zhuǎn)化成另一種化合物，當(dāng)和H₂S發(fā)生反應(yīng)時(shí)，這種化臺(tái)物或殘留于溶液中，或形成沉淀。
??? 這種方法存在的問(wèn)題是化學(xué)添加劑的清洗能力和H2S總量的抑制程度。因此，就可能需要一種輔助系統(tǒng)一或用火炬燃燒或用堿液清洗。
這兩種方法的共同之處是都需要安全地處理清洗過(guò)程中產(chǎn)生的酸和其它化學(xué)品。