干法脫硫裝置脫硫劑更換研究

孟紅，張利媛，陽小平，王健

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干法脫硫裝置脫硫劑更換研究

孟紅1，張利媛1，陽小平2，王健2

（1. 中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司， 河北 任丘 062552； 2. 中石油北京天然氣管道有限公司， 北京 100000）

京58地下儲氣庫群中永22儲氣庫為未開發(fā)的凝析氣藏，采出氣含大量H2S，項目采用干法脫硫技術對H2S進行脫除。由于該儲氣庫為凝析氣藏，采出氣中含有凝析油，雖然脫硫塔之前對凝析油進行了分離，但仍不可避免的會有部分凝析油被帶入脫硫塔，這就導致脫硫劑出現(xiàn)板結，造成脫硫劑卸劑困難。本文以永22儲氣庫脫硫設計及運行情況為依托，研究預防脫硫劑板結的技術，以期提高脫硫劑的實際硫容、提高脫硫劑卸劑的便捷性。

H2S；凝析油；脫硫；卸劑

1 永22脫硫裝置現(xiàn)狀及面臨的主要問題

1.1 設計概況

京58地下儲氣庫群中永22儲氣庫為未開發(fā)的凝析氣藏，采出氣含大量H2S，在采氣前期需進行脫硫。永22儲氣庫采用固體脫硫法，在京58集注站共設兩套脫硫裝置，每套裝置4塔2組，組與組并聯(lián)運行，每組2塔可串可并。

1.2 工藝流程

永22生產(chǎn)、計量分離器來氣經(jīng)過空冷器空冷至25 ℃，經(jīng)預冷分離器分離后，通過保溫管線輸送至脫硫裝置，進入脫硫裝置天然氣的操作壓力為7.0 MPa（設計壓力7.7 MPa）。

圖1 單套脫硫裝置工藝流程示意圖

1.3 運行存在問題及對生產(chǎn)的影響

1）脫硫裝置運行不能滿足設計要求

永22儲氣庫建庫由于氣藏內(nèi)原始天然氣高含硫化氫，脫硫裝置的天然氣處理能力受到制約，目前永22采氣量約為100~130萬m3/天，脫硫劑更換周期為40天左右，如按照設計250萬m3/天的要求運行，預計大約7天左右需要換劑，而脫硫劑裝卸料作業(yè)時間需要15天，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)。

2）脫硫劑性能問題

脫硫劑存在實際強度與耐油水性較差的缺陷，在遇油水的情況下容易粉化、板結；水沖洗過程中，脫硫劑粉末容易造成積聚。脫硫劑粉化、板結與硫容偏低帶來的問題直接限制了永22儲氣庫的安全生產(chǎn)與脫硫劑的實際效率。

（1）硫容偏低

京58儲氣庫群采用的脫硫劑的實際硫容，明顯低于理論硫容值，脫硫劑在使用過程中15~20天穿透，更換頻繁。

（2）板結問題

脫硫裝置頂部存在較為嚴重的板結現(xiàn)象，造成卸劑困難、施工工作量增加、卸劑作業(yè)周期延長、風險增大。在每次卸劑作業(yè)時，單塔中約1/4的脫硫劑能夠自由流出，而剩余3/4的脫硫劑出現(xiàn)嚴重的板結現(xiàn)象，需要用高壓水沖洗的方式卸劑。卸劑過程中發(fā)現(xiàn)脫硫塔底部脫硫劑未參與反應，嚴重影響了脫硫劑的使用效率。

1.4 需要解決的關鍵技術

針對京58地下儲氣庫群脫硫裝置更換脫硫劑過程中遇到的脫硫劑板結問題，通過資料查詢、現(xiàn)場調(diào)研及必要的試驗等手段，解決遇到的脫硫劑板結問題，實現(xiàn)脫硫劑的順利、安全卸出。研究內(nèi)容如下：

（1）如何防止凝析油帶入系統(tǒng)，從根本上預防板結的發(fā)生；

（2）如何改進脫硫劑的性能、結構；

（3）如何優(yōu)化操作，裝劑方式、運行方案調(diào)整。

2 防止凝液進入脫硫塔

現(xiàn)場無法預測原料氣中是否有液帶入脫硫裝置，可以根據(jù)預冷分離器、脫硫裝置處的溫度，通過工藝軟件模擬，確定確實有液進入脫硫裝置。

首先，應從源頭上杜絕進入脫硫裝置的液量，因此，可以對脫硫裝置進行局部完善，在原料氣進塔之前增加高效聚結分離器，從根本上預防板結的發(fā)生。

3 脫硫劑性能、結構調(diào)整

3.1 脫硫劑性能調(diào)整

永22儲氣庫目前采出的天然氣經(jīng)分離后仍有少量凝析油進入了脫硫塔，脫硫劑與凝析油相互作用后發(fā)生粉化，在壓差、水的共同作用下粉末與脫硫劑之間發(fā)生粘連，逐漸使上層脫硫劑板結，阻礙了氣體通過，脫硫塔前后壓差增大；在卸劑過程中，由于采用水沖洗的方式，廢劑中的凝析油在水的浸泡作用下溢出并揮發(fā)，造成發(fā)生閃爆的安全隱患。從上述脫硫劑板結及卸料面臨的問題來看，永22儲氣庫需要選用具備以下特點的脫硫劑：

①具備一定的耐油性；

②強度較高；

③硫容較高。

3.2 脫硫劑結構優(yōu)化

2012-2013采氣期以后現(xiàn)場生產(chǎn)中將球形脫硫劑的直徑由?(6～8)調(diào)整為? (4～6)。新脫硫劑粒徑由原來平均7 mm減小至目前平均5 mm，堆密度增大，單位體積脫硫劑表面積增加約50%，增強了脫硫劑吸附的能力，硫容均超過15%，提高了脫硫效率并且減少了更換頻次。

4 脫硫塔裝填措施

綜合投產(chǎn)以來的運行情況，提高硫容、優(yōu)化工藝流程、合理安排采氣運行方式、緩解脫硫劑使用過程中的板結的問題，確保證脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行，針對目前存在的問題，開展了以下工作。

4.1 塔頂部裝填瓷球

在塔的最頂部鋪設高度為200 mm的氧化鋁瓷球，在裝瓷球前首先將脫硫劑扒平，瓷球與脫硫劑之間設置絲網(wǎng)，可緩解進入塔內(nèi)天然氣對脫硫劑的沖擊，改善塔內(nèi)氣體的分布，減少偏流，使脫硫劑反應更加均勻、充分。選用具有以下特點的瓷球：具有高強度、高化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，可耐高溫、高壓、酸、堿、鹽及各類有機溶劑，不與凝析油、水發(fā)生反應。

4.2 裝填吸油劑

針對脫硫塔底部脫硫劑未參與反應的實際情況，在保證出口硫化氫含量不超標的情況下，適當減少了脫硫劑的填裝量，減少底部脫硫劑浪費，在脫硫塔上部裝填吸油劑，吸油劑采用優(yōu)質(zhì)活性炭添加特種活性劑和助劑，在塔內(nèi)采用分層鋪墊的形式，以達到脫除天然氣中油水的目的，減少油水對脫硫劑的不利影響。選用的吸油劑具有以下特點：孔隙率大，吸附效率高，油容量大，機械強度好，在高溫、高壓及水泡情況下不粉化，不與脫硫劑發(fā)生反應的特點。

4.2.1 除油效果分析

2016年的采氣期在脫硫塔的上部裝填了一定高度的活性炭，基本解決了脫硫劑板結問題，進而提高了脫硫劑使用效率，脫硫劑的硫容均超過21%。脫硫劑硫容刷新了建庫以來歷史紀錄

4.2.2 活性炭在塔內(nèi)分布方式

活性炭在塔內(nèi)建議采用分層鋪墊的形式：瓷球+活性炭+瓷球+脫硫劑+……，在塔內(nèi)分布結構見圖2。

圖2 塔內(nèi)分布結構

選用與脫硫劑粒徑相當?shù)幕钚蕴?，防止活性炭顆粒滲透到脫硫劑中，影響脫硫劑的使用效果，在活性炭的上下方各設置一定厚度的瓷球，使氣體能夠均勻分布，以防止氣體在塔內(nèi)發(fā)生偏流。

4.3 優(yōu)化裝劑方式

為避免破碎脫硫劑裝入脫硫塔，一方面嚴格控制出廠脫硫劑顆粒的完整度，另一方面若出現(xiàn)脫硫劑破碎，入塔前對脫硫劑進行篩分。結合現(xiàn)場實際經(jīng)驗，及脫硫劑廠家提供的脫硫劑裝填注意事項，確定本項目的脫硫劑裝填方案。

4.3.1 裝填時注意事項

1） 脫硫劑的裝填必須滿足化工等單元作業(yè)的有關安全規(guī)定。

2） 脫硫劑的裝填工作應選在干燥的晴天進行。禁止雨天裝劑。

3） 脫硫劑在搬運過程中，要輕放、輕卸、避免破碎。

4） 散落在地或玷污的脫硫劑，不得裝入反應器內(nèi)。

5） 裝填過程中，為了防止將脫硫劑摔碎，脫硫劑的自由落體高度要小于1 m（采用S形裝劑導流袋裝填）

6）裝填速度要均勻，要控制脫硫劑的下放速度，防止裝料過程中物料破損，或“架橋，每1~2 m分層鋪平，確保物料填充緊密均勻。

7）裝填完成后，開車緩慢升壓，防止脫硫劑被吹散。

8）吊裝工具要有專人控制，參加裝劑人員不要站在吊籃或裝填桶的下方，以防發(fā)生意外。

9）在裝劑時，不要把防護用具和裝填工具遺忘在床層中。

4.3.2 裝填步驟

1）首先計算脫硫劑、吸油劑和瓷球的裝填高度。在裝劑前，再次檢查并核實脫硫劑的裝填尺寸。

2）脫硫塔床層下部鋪設的不銹鋼絲網(wǎng)為4層，絲網(wǎng)孔徑要小于脫硫劑粒徑。 不銹鋼絲網(wǎng)捆綁在格柵上，絲網(wǎng)邊緣要向上翻起，高度不少于100 mm。

3）填裝物料按照次序依次進行填裝。

4）瓷球的裝填：把瓷球吊到脫硫罐平臺上，將瓷球裝到反應器底部，根據(jù)裝填圖的尺寸，裝填到規(guī)定高度(150~200 mm)，人工耙平并記錄好裝填高度，接著裝脫硫劑，每裝0.5~1 m床層高度需要將脫硫劑裝填平整。

5）及時整理、核實脫硫劑、吸油劑、瓷球的裝入數(shù)量。

在脫硫劑裝填的過程中，應嚴格執(zhí)行裝填步驟，避免破碎的脫硫劑對脫硫效果產(chǎn)生影響。

5 結 論

通過對工藝流程優(yōu)化，對脫硫劑性能、結構調(diào)整，優(yōu)化裝填措施等方法，目前永22儲氣庫冬季采氣生產(chǎn)中，脫硫裝置生產(chǎn)運存在的問題和風險均得到有效控制。在采氣量120×104m3/d的工況下，運行較為穩(wěn)定，單套裝置平均采氣量可達4 000×104m3，實際硫容超過15%，平均更換周期為43天；在應急采氣時，由于凝液量的增加與地面設施的限制，脫硫系統(tǒng)壓差增加較快，采氣量在（140~150）×104m3/d的條件下，能夠連續(xù)安全采氣7~10天，亦可確保天然氣應急供應。

［1］朱世勇．工業(yè)氣體凈化技術[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2005：268-270．

［2］管漢平，李原欣，閆家?guī)洠龋鲇蜌獠孛摿騽┌褰Y因素分析[J]. 技術研究，2016 (5)：108．

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Research on Desulfurizer Replacement in Dry Desulphurization Device

1,1,2,2

（1. China Petroleum Engineering Co.,Ltd. Huabei Branch, Hebei Renqiu 062552, China；2. PetroChina Beijing Gas Pipeline Co., Ltd., Beijing 100000, China）

Yong 22 gas storage is one undeveloped condensate gas reservoir, produced gas contains a lot of H2S, so the dry desulphurization technology is used to remove H2S. Because Yong 22 gas storage is a condensate gas reservoir, produced gas also contains condensate oil. Although condensate oil is separated from the produced gas, partial condensate oil unavoidably enters into the desulfurizing tower, which can cause the desulfurizing agent agglutinate and hardly discharge. In this paper, based on design and operation conditions of Yong 22 gas storage, the techniques to prevent the desulfurizing agent from agglutinating were studied, in order to enhance the actual sulfur capacity of the desulfurizing agent and improve the convenience of desulfurizer replacement.

H2S; condensate oil; desulfurization; discharging

孟紅（1982-），女，工程師，山東省單縣人，2005年畢業(yè)于大慶石油學院油氣儲運專業(yè)，研究方向：從事油氣田地面建設、油氣加工技術工作。

2017-04-11

TE 624

A

1004-0935（2017）07-0709-03