低温干燥H2S气体危害性研究

摘要:简述了低温干燥H2S气体与干燥铁氧化物硫化反应及硫化产物的自燃性,通过考察不同温度干燥H2S的自燃性,表明低温干燥H2S气体能与干燥Fe2O3在低温下发生硫化反应,且硫化产物自燃性较高,危险性大。

关键词:低温干燥;H2S的自燃性;腐蚀

1 引言

众所周知,原油中的硫分为活性硫和非活性硫。活性硫包括元素S、H2S、硫醇和二硫化物等,能对设备进行直接腐蚀。根据腐蚀环境温度的不同,活性硫腐蚀又分高温硫腐蚀和低温硫腐蚀。H2S气体的腐蚀同样分为高温腐蚀和低温腐蚀,由于干燥的H2S气体在低温(<240℃)时不能与金属铁直接作用而引起腐蚀,所以低温H2S气体腐蚀指的是低温湿H2S气体腐蚀。虽然干燥的H2S气体不能直接腐蚀金属铁,但是在装置内还存在着铁的电化学腐蚀产物——铁氧化物,我们感兴趣的是它与干燥的H2S气体硫化反应可能性及硫化产物自燃性如何,也是探求装置内干燥H2S气体低温的危害性。本章重点研究了低温干燥H2S气体与干燥铁氧化物硫化反应及硫化产物的自燃性。

2实验部分

2.1实验试剂

三氧化二铁——天津市化学试剂研究所——分析纯;四氧化三铁——上海山海工团学实验二厂——分析纯;氢氧化铁——上海山海工团学实验二厂——分析纯;硫化亚铁——北京益利精细化学品有限公司——分析纯;盐酸——沈阳化学式剂厂——分析纯;氢氧化钠——沈阳化学式剂厂——分析纯;液体石蜡——沈阳东兴化学式剂厂;高纯氮气——抚顺新港气体工业有限公司——纯度99.99%。

2.2实验装置

干燥H2S气体与干燥铁氧化物的硫化反应是在图1所示的装置中进行的,该装置主要包括H2S气体储气袋、薄膜气泵、缓冲气袋、干燥塔、毛细管流量计和石英试样管。

2.3实验步骤方法

利用圆底烧瓶和分液漏斗组成的装置及稀盐酸和FeS粉末制备H2S气体,制备的H2S气体储存在储气袋内。为了保证制备的H2S气体中不含有O2,制备前用高纯N2吹扫圆底烧瓶和储气袋。将铁氧化物放在120℃的烘箱中干燥6～8 h,去掉附着水,冷却后将样品装入磨口瓶或塑料袋内封好,放入干燥器备用。实验时,称取4 g经干燥后的铁氧化物(分别为Fe2O3、Fe3O4和Fe(OH)3)装入石英试样管内,塞紧胶塞,按图1连接好实验装置,检查装置的气密性。开始实验时,薄膜气泵首先抽取高纯N2,排出系统中的空气,然后再抽取H2S气体。H2S气体经缓冲气袋后进入干燥塔内,去除其中的水蒸气,通过毛细管流量计进入石英试样管,没有反应的H2S气体重新回到储气袋。实验过程中控制H2S气体的流量为220mL/min。硫化反应完成后冷却到室温,将石英试样管连接到图2.4所示的装置上进行氧化反应实验,空气流量为220mL/min,每分钟记录一次试样管内的温度。

3实验结果与讨论

3.1干燥H2S气体与干燥Fe3O4硫化产物的氧化升温

图2给出了干燥H2S气体与干燥Fe3O4在25℃硫化温度下,硫化6h后硫化产物的氧化升温曲线,从图中可以看出在氧化反应初期,试样温度上升较快,5min内升到最高的64℃,然后温度迅速下降。这表明在常温下,干燥的H2S气体能够与干燥的Fe3O4发生硫化反应,其硫化产物具有较高的自燃性,分析其氧化升温曲线的形状可知,硫化产物中铁硫化物的含量少,试样持续升温时间短。这也说明其硫化反应速率慢。

3.2干燥H2S气体与干燥Fe2O3硫化产物的氧化升温

图3中曲线B、曲线C分别为硫化温度为25℃和50℃条件下,干燥Fe2O3与干燥H2S气体硫化反应产物的氧化升温曲线,在氧化反应的初期试样温度都有不同程度的升高,具有较高的自燃性,其中硫化温度为50℃的硫化产物氧化升温明显高于硫化温度为25℃的硫化产物,更容易自燃。试样能够氧化升温说明干燥H2S气体能与干燥Fe2O3在低温下发生硫化反应,且硫化产物自燃性较高,危险性大。

3.3H2S气体与干燥Fe(OH)3硫化产物的氧化升温

图4中的曲线B、曲线C分别是25℃硫化温度下,干燥H2S气体、饱和湿度H2S气体与干燥Fe(OH)3硫化反应产物的氧化升温曲线。从图中可以看出,在室温条件下两硫化产物均能氧化升温,但升温幅度存在明显差异,饱和湿度H2S气体硫化产物的氧化升温远高于干燥硫化产物的,原因之一两者的初始氧化温度不同,造成自燃性上的差异;更重要的原因是饱和湿度H2S气体中存在的水分。水蒸气的存在能增加硫化产物的含水量,使硫化产物的自燃性增加。

此外,我们还考察了干燥H2S气体与干燥还原铁粉的反应,在硫化温度为25℃和50℃,累计硫化时间24 h条件下,没有发生明显的硫化反应。

4小结

(1)常温下,在干燥的环境中干燥H2S气体对铁没有腐蚀作用。(2)常温下,在干燥的环境中干燥H2S气体能与铁氧化物发生硫化反应,其产物具有较高的自然氧化性,与空气接触,在良好的蓄热条件下能够发生自燃或引燃周围燃点低的物质,从而导致火灾和爆炸事故的发生。(3)从对设备腐蚀的角度上讲,干燥H2S气体是一种安全的物质,对设备没有腐蚀;但是从安全生产的角度上讲,由于干燥H2S气体能够与铁氧化物发生硫化反应,且硫化产物具有较高的自燃性,所以它是一种危险性高的危险源。

参考文献

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作者简介:张群(1971-),辽宁省抚顺市技师学院,讲师,长期从事化工教学工作。

韩影(1963-),辽宁省抚顺市技师学院,高级讲师,长期从事化工及化工教学工作。

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