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三級反應(yīng)耦合系統(tǒng)生產(chǎn)硫氫化鈉的酸性氣處理工藝及應(yīng)用

文檔作者：劉成軍1　溫世昌1　王民2　藺冰軍2　周璇1　蔣正初2 文檔來源： 1. 中石油華東設(shè)計院有限公司 2. 山東瑞陽新能源科技有限公司		更新日期： 2026年05月11日	點擊數(shù)：
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三級反應(yīng)耦合系統(tǒng)生產(chǎn)硫氫化鈉的
酸性氣處理工藝及應(yīng)用
劉成軍1　溫世昌1　王民2　藺冰軍2　周璇1　蔣正初2
1. 中石油華東設(shè)計院有限公司　2. 山東瑞陽新能源科技有限公司
摘要：目的 開發(fā)一種用于處理含硫化氫酸性氣的低成本硫氫化鈉（NaHS）生產(chǎn)工藝并進行工業(yè)化應(yīng)用，實現(xiàn)尾氣達標(biāo)
排放。方法 將酸性氣原料與混合堿液在塔式一級反應(yīng)器內(nèi)逆流接觸并發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后的粗NaHS 溶液、循環(huán)堿液、一級
凈化氣分別進入汽提塔、循環(huán)冷卻器和攪拌槽式二級反應(yīng)器；二級反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后的二級堿液和二級凈化氣分別進入半
成品罐和靜態(tài)混合器式三級反應(yīng)器；三級反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后的氣液兩相反應(yīng)產(chǎn)物進入半成品罐；半成品罐分出的半成品堿
液與循環(huán)堿液混合后作為混合堿液返回一級反應(yīng)器，分出的三級凈化氣在水洗分離罐內(nèi)與除鹽水接觸后產(chǎn)生氨水。結(jié)果 經(jīng)
工業(yè)化裝置驗證，該工藝在不對酸性氣原料進行預(yù)處理的情況下，可有效脫除NaHS 產(chǎn)品中的氨類等雜質(zhì)，可根據(jù)市場需
要靈活生產(chǎn)出不同規(guī)格的NaHS 產(chǎn)品， 并保證凈化氣達標(biāo)排放， 還可生產(chǎn)氨水。結(jié)論 該工藝具有資源化利用程度高、
NaHS 選擇性高、操作靈活、設(shè)備和操作費用低的特點，可為其他酸性氣處理裝置提供參考。
關(guān)鍵詞：硫氫化鈉；含硫化氫酸性氣；pH；結(jié)晶；汽提；氨水；尾氣；達標(biāo)排放
DOI：10.3969/j.issn.1007-3426.2025.02.001
引用格式：劉成軍，溫世昌，王民，等. 三級反應(yīng)耦合系統(tǒng)生產(chǎn)硫氫化鈉的酸性氣處理工藝及應(yīng)用[J]. 石油與天然氣化工，2025，54（2）：1-8.
LIU Chengjun, WEN Shichang, WANG Min, et al. Acid gas treatment process and application for producing sodium hydrosulfide with three-stage reaction
coupling system[J]. Chemical Engineering of Oil &amp;amp; Gas, 2025, 54(2): 1-8.
Acid gas treatment process and application for producing sodium hydrosulfide
with three-stage reaction coupling system
LIU Chengjun1, WEN Shichang1, WANG Min2, LIN Bingjun2, ZHOU Xuan1, JIANG Zhengchu2
1. CNPC East-China Design Institute Co., Ltd., Qingdao, Shandong, China；2. Shandong Ruiyang New Energy Technology Co., Ltd., Binzhou, Shandong, China
Abstract: Objective The aim is to develop a low-cost sodium hydrosulfide (NaHS) production process for treating acid gas
containing hydrogen sulfide and carry out industrial applications, to achieve the up-to-standard emission of tail gas. Method The acid gas
feed and the mixed caustic solution were counter currently contacted and reacted in the column type first-stage reactor, and the crude
NaHS solution, circulating caustic solution, and first-stage purified gas after the reaction were respectively entered into the stripping
column, circulating cooler, and stirred tank type second-stage reactor. The second-stage caustic solution and second-stage purified gas
from the second-stage reactor entered the semi-finished product tank and the static mixer type third-stage reactor, respectively. The
gas-liquid two-phase reaction product from the third-stage reactor entered the semi-finished product tank. The semi-finished caustic
solution separated from the semi-finished product tank was mixed with the circulating caustic solution and returned to the first-stage
reactor as a mixed caustic solution. The third-stage purified gas was contacted with the desalted water in the water washing separator and
produced ammonia water. Result It had been verified by the industrial unit that the process could effectively remove ammonia and other
impurities from NaHS products without pre-treatment of acid gas feed. It could flexibly produce different specifications of NaHS
products according to market needs, and ensure that purified gas met the emission standards. It could also produce ammonia water.
Conclusion This process has the characteristics of high resource utilization, high selectivity of NaHS, flexible operation, and low
equipment and operating costs, which can provide a reference for other acid gas treatment units.
Keywords: sodium hydrosulfide; acid gas containing hydrogen sulfide; pH; crystallization; stripping; ammonia water; tail gas;
up-to-standard emission
煉油化工廠主要采用Claus 硫磺回收、濕法制
硫酸等工藝對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含硫酸性氣進行
處理， 其中， 硫磺回收工藝一般包括Claus 制硫、
SCOT 尾氣處理、尾氣焚燒及煙氣處理等部分[1-4]，
　　 作者簡介：劉成軍，1967 年生，教授級高級工程師，本刊編委，1989 年畢業(yè)于成都科技大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，一直從事石
油與天然氣化工專業(yè)的設(shè)計工作，已發(fā)表論文70 余篇。E-mail：liuchengjun-hqc@cnpc.com.cn
2025 年 4 月
第54 卷 第 2 期
石 油 與 天 然 氣 化 工
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL &amp;amp; GAS 1
工藝流程長，操作較復(fù)雜，投資較高；濕法制硫酸工
藝包括酸性氣焚燒、SCR 脫硝、SO2 催化轉(zhuǎn)化、水合
冷凝、尾氣處理等部分[5-7]，其操作條件苛刻，且難
以生產(chǎn)出高價值的發(fā)煙硫酸，經(jīng)濟效益較差。相對
而言，硫氫化鈉（NaHS）生產(chǎn)工藝流程簡單，操作費
用低，可對上述酸性氣特別是小流量、小流股酸性
氣進行有效處理。所生產(chǎn)的NaHS 用途廣泛，如采
礦工業(yè)產(chǎn)生的廢酸中含有對環(huán)境影響較大的砷離
子、銅離子等金屬離子，NaHS 水溶液可與上述金屬
離子發(fā)生反應(yīng)生成沉淀物，從而實現(xiàn)對廢酸進行治
理的目的[8-10]。另外，NaHS 在染料工業(yè)中可用于合
成有機中間體，在制革工業(yè)可用于生皮的脫毛及鞣
革，在化肥工業(yè)中可用于脫除活性炭脫硫劑中的單
體硫，在人造纖維生產(chǎn)中可用于亞硫酸染色等，同
時，還是制造硫化銨、多硫化鈉、硫代硫酸鈉等的
原料[11]。
目前，一些NaHS 生產(chǎn)工藝需對酸性氣原料進
行復(fù)雜的預(yù)處理，如某工藝采用兩級吸收?兩級再
生流程對酸性氣中的硫化氫（H2S）提純，酸性氣首
先在一級吸收塔內(nèi)與一級貧胺液逆流接觸，一級貧
胺液對酸性氣中的H2S 進行選擇性吸收后成為一
級富液，一級富液進入一級再生塔進行再生，塔頂
的一級再生氣進入二級吸收塔與二級貧胺液逆流
接觸，二級貧胺液吸收了一級再生氣中的H2S 后成
為二級富液，二級富液進入二級再生塔進行再生，
塔頂氣即為提純后的H2S 氣體[12]；該工藝流程較復(fù)
雜，設(shè)備和操作費用較高。另一些工藝為了降低產(chǎn)
品中副反應(yīng)產(chǎn)物的生成量，采用降低H2S 轉(zhuǎn)化率的
方式生產(chǎn)NaHS， H2S 轉(zhuǎn)化率僅為68.58%~97.20%，
尾氣中H2S 體積分數(shù)（不計空氣）高達22.30%~
66.81%，造成尾氣不能達標(biāo)排放[13]。還有一些工藝以
工業(yè)硫化鈉（Na2S）為原料生產(chǎn)NaHS，工藝流程簡
單[14]，但工業(yè)Na2S 單耗高，且無工業(yè)化裝置進行驗證。
鑒于此，提供了一種有工業(yè)業(yè)績的低成本生產(chǎn)
NaHS 工藝，該工藝不需要對酸性氣進行復(fù)雜的預(yù)
處理，可根據(jù)市場需要生產(chǎn)出不同規(guī)格的NaHS 液
體產(chǎn)品，可保證凈化尾氣達標(biāo)排放，具有產(chǎn)品收率
高、操作靈活的特點。
1　工藝流程簡述
來自界區(qū)的含有H2S、二氧化碳（CO2）、水蒸氣、
氨和烴類等的酸性氣進入一級反應(yīng)器底部，來自混
合器的混合堿液進入一級反應(yīng)器某床層的頂部，兩
者逆流接觸并發(fā)生反應(yīng)，見圖1。
反應(yīng)（Ⅰ）、（Ⅱ）分別生成Na2S 和NaHS。在一
級反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的主反應(yīng)為反應(yīng)（Ⅱ）。
A
M
M
pH F
高選
新鮮堿液
水洗分離罐
凈化尾氣
三級反應(yīng)器
真空泵
半成品罐
除鹽水
氨水
氨水冷卻器
氨水循環(huán)泵
H2S
A
循環(huán)冷卻器
混合器
酸性氣
一級反應(yīng)器二級反應(yīng)器
一級循環(huán)泵
汽提塔
半成品泵
NaHS
圖 1　NaHS 生產(chǎn)工藝流程示意圖
2 劉成軍 等　 三級反應(yīng)耦合系統(tǒng)生產(chǎn)硫氫化鈉的酸性氣處理工藝及應(yīng)用2025
H2S+2NaOH!Na2S+2H2O （Ⅰ）
H2S+Na2S!2NaHS （Ⅱ）
當(dāng)酸性氣中含有CO2 時，還會發(fā)生式（Ⅲ）和式
（Ⅳ）中的副反應(yīng)。
CO2+NaOH!NaHCO3 （Ⅲ）
NaHCO3+NaOH!Na2CO3+H2O （Ⅳ）
上述副反應(yīng)不但會導(dǎo)致堿液耗量增大并產(chǎn)生
大量廢堿液，所生成的碳酸鹽還會污染NaHS 產(chǎn)品。
另外，碳酸鹽易結(jié)晶為固體，從而造成工藝管道和
設(shè)備的堵塞。因此，提高NaHS 的選擇性、降低碳酸
鹽的生成非常重要。
一級反應(yīng)器為塔式反應(yīng)器，可根據(jù)酸性氣原料
組成情況設(shè)置1~4 段反應(yīng)床層， 每段床層高度為
2~4 m，床層內(nèi)件優(yōu)選散堆填料。
一級反應(yīng)器反應(yīng)床層越高，則氣液接觸越充分，
H2S 吸收效果越好，所需循環(huán)堿液流量也越低，但
酸性氣中CO2 被堿液吸收的量也越大。由于堿液吸
收H2S 的速度比CO2 快得多[15-16]，在每段床層的頂
部均設(shè)置備用的混合堿液進料口，混合堿液進料位
置根據(jù)酸性氣中CO2 含量變化情況進行調(diào)整，如：
當(dāng)CO2 體積分數(shù)≤0.5% 時，從最頂部床層進料；當(dāng)
0.5%＜CO2 體積分數(shù)≤1.5% 時，從自上而下的第二
床層進料；當(dāng)1.5%＜CO2 體積分數(shù)≤2.5% 時，從自
上而下計數(shù)的第三床層進料；當(dāng)2.5%＜CO2 體積分
數(shù)≤4.0% 時，在最底部床層進料。總之，酸性氣中CO2
含量越高，則混合堿液進料位置越低，以縮短CO2
與堿液接觸的時間，減少CO2 穿透氣液界面與堿液
進行反應(yīng)的概率，降低NaHCO3 和NaCO3 的生成量。
當(dāng)酸性氣中CO2 體積分數(shù)＞4.0% 時，需改變一
級反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式，如將塔式改為氣液噴射式混
合器的型式，進一步縮短氣液兩相的接觸時間。
一級反應(yīng)器下部設(shè)有緩沖罐，混合堿液自上而
下進入緩沖罐，在罐內(nèi)進行緩沖并分離出所攜帶的
氣體，再由一級循環(huán)泵升壓后分為循環(huán)堿液和粗
NaHS 溶液兩部分。前者經(jīng)循環(huán)冷卻器冷卻并與半
成品堿液混合后返回一級反應(yīng)器；后者進入汽提塔
頂部，在汽提塔內(nèi)與自下而上的蒸汽逆流接觸，將
粗NaHS 溶液中所攜帶的氨類、油類等雜質(zhì)汽提出
來，并作為汽提尾氣自汽提塔塔頂進入水洗分離罐
進一步處理。粗NaHS 溶液在脫除雜質(zhì)后作為NaHS
產(chǎn)品自塔底出料。
酸性氣原料中的部分H2S 在一級反應(yīng)器內(nèi)被混
合堿液吸收，剩余的酸性氣自一級反應(yīng)器頂部出料，
作為一級凈化氣進入二級反應(yīng)器攪拌器下方，經(jīng)分
布管分配流量后均勻通入二級反應(yīng)器內(nèi)，與二級新
鮮堿液進行接觸，以進一步脫除其中的H2S。
二級反應(yīng)器為攪拌槽反應(yīng)器，其主要參數(shù)如下：
高徑比為1.0~1.5；攪拌器直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑的比值
為0.30~0.40；攪拌器轉(zhuǎn)速為1.0~2.0 r/s；槳葉寬度與
攪拌器直徑之比為0.15~0.25。
當(dāng)液面高度與反應(yīng)器內(nèi)徑之比＞1.0 但≤1.6 時，
設(shè)置兩個攪拌器；當(dāng)液面高度與反應(yīng)器內(nèi)徑之比＞1.6
時，應(yīng)考慮采用3 個攪拌器。
為縮短一級凈化氣中CO2 與堿液的接觸時間，
二級反應(yīng)器尺寸按一級凈化氣體積空速為150~200 h?1
進行設(shè)計。
在二級反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)（Ⅰ）為主反應(yīng)，其液體反
應(yīng)產(chǎn)物作為二級堿液自二級反應(yīng)器底部進入半成
品罐，其氣體反應(yīng)產(chǎn)物作為二級凈化氣自二級反應(yīng)
器頂部出料，然后進入三級反應(yīng)器與三級新鮮堿液
接觸，三級新鮮堿液將二級凈化氣中殘余的H2S 進
行深度脫除。三級反應(yīng)器優(yōu)選SX 型或SV 型靜態(tài)
混合器，其長徑比（L/D）控制在6~15 的范圍內(nèi)，氣
液體積比控制在3~10 的范圍內(nèi)。三級反應(yīng)器出口
的氣液兩相反應(yīng)產(chǎn)物一起進入半成品罐。
經(jīng)一、二級反應(yīng)后，酸性氣原料中H2S 的總脫
除率為90%~95%，三級反應(yīng)器僅用于脫除二級凈化
氣中殘余的H2S，確保凈化尾氣達標(biāo)排放。因此，二
級新鮮堿液和三級新鮮堿液流量分別按占新鮮堿
液總量的90%~95% 和5%~10% 進行設(shè)置即可滿足
裝置操作要求。
上述反應(yīng)產(chǎn)物在半成品罐內(nèi)進行氣液分離，分
出的液相作為半成品堿液由半成品泵升壓后與循
環(huán)堿液在混合器內(nèi)充分混合，然后作為混合堿液進
入一級反應(yīng)器；分出的氣相作為三級凈化氣經(jīng)真空
泵升壓后進入水洗分離罐底部，在罐內(nèi)與上部的除
鹽水逆流接觸，除鹽水吸收三級凈化氣、汽提尾氣
中的氨氣后生成氨水，氨水自罐底經(jīng)氨水循環(huán)泵升
壓并經(jīng)氨水冷卻器冷卻后分為兩部分，一部分循環(huán)
第54 卷 第 2 期
石 油 與 天 然 氣 化 工
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL &amp;amp; GAS 3
至水洗分離罐，一部分作為氨水產(chǎn)品出界區(qū)。水洗
分離罐頂部分出的凈化尾氣出界區(qū)進行焚燒處理。
2　技術(shù)特點
主要技術(shù)特點包括：①采用三級反應(yīng)高度耦合
系統(tǒng)生產(chǎn)NaHS；②設(shè)置循環(huán)堿液pH 和三級凈化氣
中H2S 含量在線分析控制系統(tǒng)；③設(shè)置粗NaHS 溶
液汽提系統(tǒng)；④對汽提尾氣及三級凈化氣中的氨進
行回收。
2.1　采用三級反應(yīng)高度耦合系統(tǒng)生產(chǎn)NaHS
一級反應(yīng)器為底部帶緩沖罐的塔式反應(yīng)器，具
有靈活調(diào)節(jié)堿液循環(huán)量的功能，主要將混合堿液中
的Na2S 進一步與H2S 反應(yīng)生成NaHS；二級反應(yīng)器
為攪拌槽式反應(yīng)器，具有強大的攪拌功能，使氣液
兩相得到充分混合[17-18]，且在較高的pH 下允許部
分Na2S 晶體懸浮于溶液中并與H2S 氣體進行接觸，
可有效降低Na2S 等結(jié)晶帶來的不利影響，主要將
一級凈化氣中H2S 與新鮮堿液反應(yīng)生成Na2S；三級
反應(yīng)器為靜態(tài)混合器式反應(yīng)器，混合性能好，效率
高，操作彈性大，反應(yīng)時間短[19-21]，可將二級凈化氣
中殘留的H2S 基本脫除掉，以提高H2S 轉(zhuǎn)化率并確
保凈化尾氣達標(biāo)排放。此外，當(dāng)二級、三級反應(yīng)產(chǎn)
物中碳酸鈉等雜質(zhì)過多時，可通過半成品泵將少量
半成品堿液作為廢堿渣排至界區(qū)，如排至酸性水汽
提裝置的酸性水原料罐中，以防止過多的碳酸鈉等
雜質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)累積，確保NaHS 產(chǎn)品質(zhì)量合格。
2.2　設(shè)置循環(huán)堿液pH 和三級凈化氣H2S 在線分析
控制系統(tǒng)
在本工藝中， 設(shè)置循環(huán)堿液的主要目的是：
①保證一級反應(yīng)器內(nèi)酸性氣與堿液充分接觸，使堿
液中的Na2S 進一步與H2S 反應(yīng)生成NaHS，以降低
NaHS 產(chǎn)品中Na2S 含量； ② 由于H2S 及氫氧化鈉
（NaOH）生成NaHS 的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其標(biāo)準(zhǔn)生
成熱約為?58.576 kJ/mol，為降低反應(yīng)溫升，可在循
環(huán)堿液管線上設(shè)置循環(huán)冷卻器，用于取走反應(yīng)熱。
若酸性氣原料為單塔全吹出酸性水汽提酸性氣，
其進料溫度必須≥85 ℃，以防止硫氫化銨結(jié)晶[22]。
此外，設(shè)置循環(huán)冷卻器還具有間接降低該酸性氣
原料溫度的作用。循環(huán)堿液流量越大， H2S 吸收
效果越好，能耗越大。實踐證明，循環(huán)堿液流量為
半成品堿液流量的1~2 倍即可滿足裝置操作的
要求。
S2??
循環(huán)堿液pH 是一級反應(yīng)器操作的關(guān)鍵參數(shù)，
如果循環(huán)堿液pH 高于11，則堿液溶液中部分HS?
就會轉(zhuǎn)化為，使NaHS 產(chǎn)品中的Na2S 含量超標(biāo)；
如果循環(huán)堿液pH 小于9，則存在H2S 轉(zhuǎn)化率低和碳
酸鹽結(jié)晶沉淀問題。
為了確保所生產(chǎn)的NaHS 產(chǎn)品中雜質(zhì)含量及外
排的凈化尾氣中H2S 含量滿足要求，本工藝在循環(huán)
堿液管線上設(shè)置了循環(huán)堿液pH 在線分析儀，在三
級凈化氣管線上設(shè)置了H2S 含量在線分析儀，并設(shè)
置了高選控制系統(tǒng)。正常生產(chǎn)時，為確保循環(huán)堿液
的pH 在9~11 范圍之內(nèi)，由循環(huán)堿液pH 在線分析
儀檢測到循環(huán)堿液pH 小于9 時，增加新鮮堿液進
料量；當(dāng)循環(huán)堿液pH 大于11 時，減少新鮮堿液進
料量。當(dāng)H2S 含量在線分析儀測出三級凈化氣中
H2S 含量大于目標(biāo)值時，其輸出信號傳至高選器，
使控制系統(tǒng)自動切換至對三級凈化氣中H2S 含量
進行調(diào)節(jié)的模式；當(dāng)工況恢復(fù)正常時，又自動切換
到原來的控制系統(tǒng)中。
2.3　設(shè)置粗NaHS 溶液汽提系統(tǒng)
粗NaHS 溶液在汽提塔內(nèi)與自下而上的蒸汽逆
流接觸，在逆流接觸過程中，將粗NaHS 溶液中所
攜帶的氨類、油類等雜質(zhì)汽提出來；可供選擇的汽
提方式有兩種，一種是采用釜式重沸器汽提，另一
種是直接蒸汽汽提。當(dāng)采用釜式重沸器汽提時，粗
NaHS 溶液中所含的部分水分因受熱而汽化，NaHS 產(chǎn)
品得到濃縮，最終可根據(jù)水的汽化程度不同而得到
32%、38% 或43% 等各種規(guī)格的NaHS 液體產(chǎn)品；
當(dāng)采用直接蒸汽汽提時，粗NaHS 溶液不需要脫水
濃縮。
2.4　對汽提尾氣及三級凈化氣中的氨進行回收
汽提尾氣及三級凈化氣與除鹽水在水洗分離
罐內(nèi)逆流接觸，除鹽水吸收氣體中的氨后成為氨水，
氨水中氨的質(zhì)量分數(shù)不小于20%、蒸發(fā)殘渣質(zhì)量分
數(shù)不大于0.2%，當(dāng)需進一步脫除雜質(zhì)時，可設(shè)置氨
精餾塔對氨水進一步處理，在精餾的作用下，氨水
中所含的微量H2S、輕烴作為輕組分向塔的上部移
4 劉成軍 等　 三級反應(yīng)耦合系統(tǒng)生產(chǎn)硫氫化鈉的酸性氣處理工藝及應(yīng)用2025
動并在塔頂餾出，最終可在塔底得到H2S 質(zhì)量分數(shù)
≤5.0 mg/kg 的精制氨水。
3　工業(yè)應(yīng)用
采用該技術(shù)建成的一套3 000 t/a NaHS 工業(yè)實
驗裝置于2023 年9 月一次開車成功，圖2 所示為一
級反應(yīng)器與汽提塔聯(lián)合布置的情況。實踐表明，在
實際處理量遠小于設(shè)計值的情況下，該裝置仍可生
產(chǎn)出滿足GB/T 23937 — 2020《工業(yè)硫氫化鈉》要求
的不同規(guī)格的NaHS 液體產(chǎn)品，凈化尾氣經(jīng)焚燒處
理后滿足GB 31570 — 2015《石油煉制工業(yè)污染物
排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求（煙氣中SO2 質(zhì)量濃度在一般
地區(qū)和特別地區(qū)的排放限值分別為400 mg/m3 和
100 mg/m3）[23-26]。以下從原料性質(zhì)、主要操作條件、
裝置物料平衡、公用工程消耗及能耗、主要設(shè)備選
型等方面對該裝置進行簡要介紹。
3.1　原料性質(zhì)
酸性氣主要性質(zhì)見表1。
表 1 酸性氣主要性質(zhì)
質(zhì)量流量/（kg·h?1） 溫度/℃ 壓力/MPa 平均相對分子質(zhì)量密度/（kg·m?3）
體積分數(shù)/%
H2S NH3 H2O CH4 C2H6 C4H10 合計
200 85 0.07 20.68 1.19 32.2 42.4 24.8 0.2 0.1 0.3 100.0
由表1 可知，酸性氣原料中H2S、氨（NH3）、H2O
的體積分數(shù)分別為32.2%、42.4% 和24.8%。盡管酸
性氣原料中H2S 純度低、NH3 及H2O 等雜質(zhì)含量較
高，但本工藝無需對酸性氣原料進行任何預(yù)處理，
從而大幅度節(jié)省了設(shè)備和操作費用。
3.2　主要操作條件
主要操作條件見表2。由表2 可知，一級反應(yīng)
器、二級反應(yīng)器和半成品緩沖罐均在負壓下操作，
是為了防止在正壓操作過程中因泄漏等原因造成
H2S 氣體向外逸出，避免造成環(huán)境污染，并確保操
作人員的人身安全。
3.3　裝置物料平衡
裝置物料平衡如表3 所列。從表3 可以看出，
表 2 主要操作條件
項目溫度/℃ 壓力/MPa
汽提塔塔頂113 0.10
汽提塔塔底125 0.12
一級反應(yīng)器70 ?0.03
二級反應(yīng)器50 ?0.04
半成品緩沖罐50 ?0.05
水洗分離罐75~85 0.06
圖 2　一級反應(yīng)器與汽提塔共用操作和支撐平臺
表 3 裝置物料平衡
項目質(zhì)量流量/（kg·h?1） 質(zhì)量分數(shù)/%
進料
　酸性氣200 30.30
　堿液① 170 25.76
　除鹽水290 43.94
　合計660 100.00
出料
　NaHS產(chǎn)品270 40.91
　尾氣10 1.52
　氨水380 57.57
　合計660 100.00
　注：①NaOH質(zhì)量分數(shù)為40%的新鮮堿液。
第54 卷 第 2 期
石 油 與 天 然 氣 化 工
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL &amp;amp; GAS 5
該裝置可生產(chǎn)出270 kg/h NaHS 和380 kg/h 氨水。
所生產(chǎn)的NaHS 產(chǎn)品中NaHS 質(zhì)量分數(shù)≥36%、
Na2S 質(zhì)量分數(shù)≤1.0%；所生產(chǎn)的氨水中氨質(zhì)量分
數(shù)≥20%、蒸發(fā)殘渣質(zhì)量分數(shù)≤0.15%，主要指標(biāo)滿
足HG/T 5353 — 2018《工業(yè)氨水》的要求。因此，本
工藝不但可以生產(chǎn)NaHS，還能生產(chǎn)出有價值的氨
水，使含硫酸性氣得到充分的資源化利用，取得了
良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。
3.4　公用工程消耗及能耗
裝置公用工程消耗如表4 所示。
表 4 裝置公用工程消耗
低壓蒸汽耗量/
（kg·h?1）
凝結(jié)水耗量/
（kg·h?1）
循環(huán)水耗量/
（t·h?1）
電耗/
kW
凈化風(fēng)耗量/
（m3·h?1）
20.0 20.0 19.3 52.0 30.0
根據(jù)表4 給出的公用工程消耗量和GB/T 50441 —
2016《石油化工設(shè)計能耗計算標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的能耗指
標(biāo)，經(jīng)計算得到裝置單位能耗（以每t NaHS 產(chǎn)品計，
下同）為56.06 kgoe/t （1 kgoe = 41 868 kJ）。其中，電
耗為42.37 kgoe/t，占總能耗的75.58%。國內(nèi)某工業(yè)
裝置因采用胺液吸收?溶劑再生流程對酸性氣原料
中的H2S 進行提純預(yù)處理，溶劑再生部分蒸汽耗量
較大，造成裝置單位能耗高達87.60 kgoe/t，遠高于
本裝置能耗。
由于本裝置酸性氣處理量小、酸性氣中H2S 含
量較低，造成電動設(shè)備效率較低，當(dāng)酸性氣處理量
增大時，電動設(shè)備效率會進一步提高，裝置能耗還
會進一步降低。
3.5　主要設(shè)備選型
3.5.1　一級反應(yīng)器
該反應(yīng)器為塔式反應(yīng)器，操作介質(zhì)為酸性氣和
堿液。下部緩沖罐規(guī)格（以切線高度計，下同）為
Φ1 400 mm×4 200 mm，上部塔式反應(yīng)器采用容器
法蘭連接，規(guī)格為Φ450 mm×13 000 mm。設(shè)備殼體
選用S31603+Q245R/S31603 鋼板。
3.5.2　二級反應(yīng)器
該反應(yīng)器為帶夾套攪拌釜式反應(yīng)器，介質(zhì)為NH3、
水、輕烴、堿液及H2S。設(shè)備規(guī)格為Φ2 000 mm×
2 300 mm。設(shè)備材質(zhì)選用S31603。
3.5.3　汽提塔
該塔操作介質(zhì)為尾氣、NaHS、蒸汽和NH3。下
部為釜式重沸器，規(guī)格為Φ1 400 mm×3 500 mm，重
沸器管束規(guī)格為BKU400-1.5/0.48-12-3/25-2Ⅰ；上部
為填料塔，采用容器法蘭連接，規(guī)格為Φ450 mm×
13 000 mm。整個設(shè)備殼體選用S31603+Q245R/S31603
鋼板。
4　操作問題及處理措施
4.1　二級堿液管道內(nèi)結(jié)晶
該裝置在冬季操作時二級反應(yīng)器出口的二級
堿液管道內(nèi)易發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象見圖3。由圖3 可知，
結(jié)晶物將二級堿液管道完全堵塞，導(dǎo)致裝置操作不
正常，產(chǎn)品質(zhì)量不合格。
圖 3　二級堿液管道內(nèi)結(jié)晶情況
4.1.1　原因分析
正常生產(chǎn)時，二級反應(yīng)器操作溫度為50 ℃，二
級新鮮堿液中NaOH 質(zhì)量分數(shù)為40%，反應(yīng)器內(nèi)堿
液pH 大于13。在該反應(yīng)條件下，二級反應(yīng)器內(nèi)主
要反應(yīng)為反應(yīng)（Ⅰ），反應(yīng)生成的Na2S 在水中的溶
解度較NaHS 低，且在堿液含量和pH 較高時易與
水結(jié)合為Na2S·5H2O 晶體，反應(yīng)見式（Ⅴ）。
Na2S+5H2O!Na2S5H2O （Ⅴ）
由于攪拌器在二級反應(yīng)器內(nèi)對二級堿液進行
攪拌、一級凈化氣對二級堿液進行鼓泡，因此，所生
成的Na2S·5H2O 晶體不易沉積在二級反應(yīng)器的底部
或黏附在其側(cè)壁，而是均勻地懸浮于二級堿液中并
隨二級堿液一同進入二級堿液管道。由于二級堿液
管道伴熱效果差，當(dāng)環(huán)境溫度過低時，管內(nèi)溫度會
降至10 ℃ 以下，造成Na2S 的溶解度進一步降低，
Na2S·5H2O 晶體與水進一步結(jié)合為Na2S·9H2O 晶體，
6 劉成軍 等　 三級反應(yīng)耦合系統(tǒng)生產(chǎn)硫氫化鈉的酸性氣處理工藝及應(yīng)用2025
最終導(dǎo)致管道完全堵塞。寒冬季節(jié)，幾乎每周都會
發(fā)生結(jié)晶堵塞，導(dǎo)致管道拆卸與清洗困難，還會造
成環(huán)境污染。
4.1.2　處理措施
1） 降低二級新鮮堿液中NaOH 含量，將NaOH
質(zhì)量分數(shù)由40% 降至30%，避免堿液在寒冷季節(jié)結(jié)
晶；盡管粗NaHS 溶液質(zhì)量分數(shù)下降，但在汽提塔
中可將多余的水分蒸發(fā)掉，不會影響NaHS 產(chǎn)品的
質(zhì)量和裝置操作。
2） 降低二級新鮮堿液流量，將二級反應(yīng)器內(nèi)堿
液pH 降至≤12，以進一步降低二級反應(yīng)器內(nèi)NaOH
的質(zhì)量分數(shù)，進而降低Na2S·5H2O 晶體和Na2S·9H2O
晶體的生成量。
3） 將二級堿液管道由熱水伴熱改為電伴熱，雖
然改用電伴熱后需要消耗更多的電能，使用成本相
對較高，但可以通過溫控器進行遠程控制，實現(xiàn)溫度
自動調(diào)節(jié)，確保二級堿液管道內(nèi)介質(zhì)溫度≥50 ℃。
4） 當(dāng)二級堿液管道內(nèi)壓降上升較快時，采用
約70 ℃ 的熱水對該管道進行沖洗，將內(nèi)部的結(jié)晶
物及時溶解掉。
以上措施實施后，可有效解決二級堿液管道內(nèi)
結(jié)晶的問題。
4.2　真空泵出口帶液
開工階段，曾出現(xiàn)真空泵出口帶堿液，堿液進
入水洗分離罐底部，造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格。
4.2.1　原因分析
1） 裝置開工時，酸性氣實際處理量約為設(shè)計值
的30%，經(jīng)三級反應(yīng)后，酸性氣中的絕大部分H2S
被吸收、蒸汽被冷凝，造成真空泵入口的三級凈化
氣流量大幅度降低，低于真空泵額定負荷的10%，
導(dǎo)致整個系統(tǒng)真空度進一步升高，部分堿液被吸入
真空泵入口。
2） 三級反應(yīng)器出口的氣液兩相反應(yīng)產(chǎn)物在靠
近半成品罐氣包頂部位置進料，造成三級凈化氣所
攜帶的堿液因分離時間過短而被帶入真空泵。
4.2.2　處理措施
1） 增加真空泵出口至酸性氣原料的循環(huán)線，將
部分三級凈化氣進行循環(huán)，不但解決了真空泵入口
流量過小的問題，還可進一步降低三級凈化氣中的
H2S 含量。
2） 將上述氣液兩相反應(yīng)產(chǎn)物進料位置改為從
半成品罐本體進料，以增大氣液兩相分離的時間。
優(yōu)化后的工藝流程示意圖見圖4。上述措施實
施后，真空泵出口再無帶液現(xiàn)象。
新鮮堿液
水洗分離罐
凈化尾氣
除鹽水
氨水
氨水冷卻器
氨水循環(huán)泵
M
M
F
高選
三級反應(yīng)器
真空泵
半成品罐
新增開工循環(huán)線
H2S
A
二級反應(yīng)器
A
pH 循環(huán)冷卻器
混合器
酸性氣
一級反應(yīng)器
一級循環(huán)泵
汽提塔
半成品泵
NaHS
圖 4　優(yōu)化后工藝流程示意圖（紅色為改造內(nèi)容）
第54 卷 第 2 期
石 油 與 天 然 氣 化 工
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL &amp;amp; GAS 7
5　結(jié)語
NaHS 生產(chǎn)工藝將無機化工與環(huán)境保護有機結(jié)
合起來，為煉油化工廠含H2S 酸性氣的處理提供了
一種可供選擇的有效途徑。
開發(fā)了一種與現(xiàn)有技術(shù)不同的NaHS 生產(chǎn)工藝，
在不對酸性氣原料進行復(fù)雜預(yù)處理的前提下，可有
效脫除NaHS 液體產(chǎn)品中的油類和氨類等雜質(zhì)，保
證NaHS 產(chǎn)品滿足相關(guān)指標(biāo)的要求、凈化尾氣達標(biāo)
排放，可根據(jù)市場需要靈活生產(chǎn)出質(zhì)量分數(shù)為32%、
38% 或43% 的NaHS 液體產(chǎn)品，還可生產(chǎn)氨水。工
業(yè)化裝置應(yīng)用結(jié)果表明，該工藝具有資源化利用程
度高、NaHS 選擇性高、流程簡單、操作靈活、設(shè)備
和操作費用低的特點。
參 考 文 獻
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收稿日期：2024-08-06；編輯：溫冬云
8 劉成軍 等　 三級反應(yīng)耦合系統(tǒng)生產(chǎn)硫氫化鈉的酸性氣處理工藝及應(yīng)用2025

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