超重力脫硫技術

■ 李雁飛 李 穎

超重力脫硫技術

■ 李雁飛 李 穎

某油田生產(chǎn)處理系統(tǒng)的伴生氣均送火炬系統(tǒng)放空燃燒，伴生氣中H2S含量高，含有硫醇硫，難于回收使用。為提高油田開發(fā)資源利用當量，公司決定對油田伴生氣實施脫硫凈化回收，對現(xiàn)有鍋爐進行改造，以燒伴生氣替代原油。

脫硫方案比選

脫硫工藝方案按照所采用脫硫劑的不同分為固體脫硫和液體脫硫兩大類。通過研究對比，固體脫硫再生困難、硫容有限，在更換填料時放出大量的熱量、溫度很高，海上不易更換填料，因此固體脫硫方案不適用于海上工作環(huán)境。液體脫硫根據(jù)溶液的吸收和再生方式，可分為氧化還原法、物理吸收法和化學吸收法，液體脫硫工藝都能滿足海上的工作環(huán)境。

根據(jù)伴生氣組分報告，H2S含量約11960ppm。同時，伴生氣中還含有少量的硫醇硫，能使某些方法中所使用的脫硫劑中毒。

對于傳統(tǒng)的塔式設備的改良PDS法和LO-DES法脫硫，存在著整體占地面積較大、脫硫設備高度較高、單個設備重量較大等劣勢，對于海上的工作環(huán)境，施工和后續(xù)的操作都存在著一定的困難。

由于海上設施空間有限，維修、維護設備難度大，因此需要選擇硫容大、占地面積小、設備穩(wěn)定運行時間長的方案——超重力脫硫。

超重力技術介紹

超重力技術利用旋轉填料床中產(chǎn)生的強大離心力---超重力，使氣、液的流速及填料的比表面積大大提高而不液泛。旋轉填料床（Rotating Packed Bed,或RPB）是利用高速旋轉的填料床產(chǎn)生的強大離心力（或超重力）使氣液的流速及填料的有效比表面積大大提高，液體在高分散、高混合、強湍動以及界面急速更新的情況下與氣體以極大的相對速度在彎曲流道中接觸，極大地強化傳遞過程的一種設備。

旋轉填料床與傳統(tǒng)的塔設備有較大的區(qū)別，一是液相流動由重力場條件變成了超重力場條件，流體力學特性和氣液之間的傳質(zhì)傳熱規(guī)律有所不同；二是設備由傳統(tǒng)的靜止裝置轉化為旋轉運動裝置。在旋轉填料床內(nèi)，不同相間物料作強制性的接觸運動，液相被分散成薄膜或細小霧滴，極大地提高了相界面積；劇烈攪動速度、濃度、溫度邊界層，強化了傳遞過程。

旋轉性填料床分為兩種，逆流型旋轉填料床和錯流型旋轉填料床，本項目中選用了逆流型旋轉填料床，其特征是強制氣流由填料床的外圓周邊進入旋轉著的填料床，自外向內(nèi)作強制性的流動，最后由中間流出。而液體由位于中央的一個靜止分布器射出，噴入旋轉體，在離心力作用下自內(nèi)向外通過填料流出，使氣液之間發(fā)生高效的逆流接觸，在環(huán)形旋轉器的高速轉動下，利用強大的離心力，使氣液膜變薄，傳質(zhì)阻力減小，增強了設備傳質(zhì)速率和處理能力。與一般情況下的蒸餾塔或吸收塔相比，在相同操作條件下，逆流型旋轉填料床的傳質(zhì)單元高度降低了12個數(shù)量級，可將塔的高度縮為原來的1/10，塔的直徑減為原來的1/5，并且顯示出許多傳統(tǒng)設備所完全不具備的優(yōu)點。

GLT超重力脫硫裝置的工藝參數(shù)及特點

該脫硫工藝系統(tǒng)的最大伴生氣處理量為3.5×104Nm3/d（標況下），最小設計處理量為1.0×104Nm3/d，最大硫磺產(chǎn)量558.24kg/天。由于伴生氣中H2S含量較高，因此伴生氣脫硫及硫磺回收采用GLT超重力脫硫工藝系統(tǒng)，包括：超重力吸收氧化單元、硫磺沉降與脫硫劑再生單元、硫磺真空過濾及回收單元，溶劑的循環(huán)量為80m3/h，硫磺的回收率為99.9%，凈化氣中H2S含量低于14ppm（即20mg/ m3），滿足后續(xù)使用要求。

GLT超重力脫硫系統(tǒng)在超重力的作用下，采用堿性吸收劑的氧化還原性質(zhì)吸收伴生氣中的H2S，硫化氫被絡合鐵直接氧化生成單質(zhì)硫，絡合鐵轉化為絡合亞鐵。本系統(tǒng)還將LODES法脫硫藥劑再生和超重力脫硫藥劑再生結合使用，提高藥劑的再生效率，減少消耗量。含硫的溶液被送入沉降-氧化再生槽（簡稱“沉降槽”）。在沉降槽中晶體單質(zhì)硫靠重力沉降到漏斗型的錐底，分出的硫漿（含硫約5%～15% wt）送往皮帶真空過濾機，經(jīng)過濾得到產(chǎn)品硫磺（粒徑50～150μm）。與此同時在沉降槽中鼓入空氣，以空氣氧化堿性吸收劑中的絡合亞鐵，使吸收劑中的絡合亞鐵轉化為絡合鐵，再生回用。從沉降槽放出的循環(huán)溶液經(jīng)循環(huán)泵加壓后，再去吸收氣相中H2S。當LO-DES法不能滿足藥劑再生需要時，沉降槽中溶液沉降單質(zhì)硫后進入再生超重力機，利用超重力技術，增加含硫溶液與空氣的傳質(zhì)效率，高效再生循環(huán)液。

該法的特點是利用高硫容量的吸收劑，在超高傳質(zhì)效率的超重力機中進行硫化氫的吸收氧化和吸收劑的再生過程，大大降低了吸收劑溶液的用量。采用沉降槽有利于固液的分離，且因直接生成硫磺，不存在二次污染問題。采用超重力機、高硫容量的絡合鐵吸收劑并輔與管式反應器的預脫硫作用，不僅適用于高含硫的伴生氣處理，而且循環(huán)液量小，裝置尺寸小，特別適合海上石油開發(fā)應用。

應用效果

該類型的脫硫裝置是首次應用于硫化氫含量高于10000ppm的天然氣脫硫；首次在海上油田開發(fā)應用；考慮海上空間狹小和維修困難等因素，整套脫硫裝置全部為不銹鋼材質(zhì)，也是國內(nèi)首套不銹鋼脫硫系統(tǒng)。

系統(tǒng)在正常生產(chǎn)期間，鍋爐的原油燃燒量約為10～12m3/d，按平均每天消耗量11m3，一年按350操作日計算，平均每年節(jié)省原油約3850 m3。每年可節(jié)約費用1513～1816萬人民幣，將會在2.1年后回收靜態(tài)投資成本。

進行脫硫前伴生氣平均硫化氫含量約11960ppm（13057mg/ m3），處理后合格的伴生氣硫化氫含量不大于14ppm（20mg/ m3），一年按350個操作日計算，每年回收硫磺約137噸。

鍋爐每天的耗氣量約為13700Sm3，一年按350個操作日計算，每年減少伴生氣平均排放量約479.5×104Sm3。