常規(guī)克勞斯非常規(guī)分流法在元壩氣田天然氣凈化廠的應(yīng)用

周榆　吳小龍　朱超　陳亮　王平

摘 要：本文對克勞斯分流法的適用情況進(jìn)行分析，并提出常規(guī)克勞斯非常規(guī)分流法在天然氣凈化廠中的應(yīng)用流程與方法，力求通過本文研究，使硫的回收率得到進(jìn)一步提升，與綠色經(jīng)營理念充分符合。

關(guān)鍵詞：常規(guī)克勞斯;非常規(guī)分流法;天然氣凈化

元壩凈化廠裝置在應(yīng)用過程中，采用TEG法脫水、復(fù)合溶劑法脫硫等工藝，當(dāng)原料氣處理量再生酸性氣H2S占比達(dá)到41%-48%之間時，將常規(guī)克勞斯非常規(guī)分流法回收工藝與SCOT尾氣處理工藝相結(jié)合，即可確?？藙谒?fàn)t膛內(nèi)部反應(yīng)溫度恒定，還可使裝置內(nèi)總硫收率增加，達(dá)到99.9%，與綠色化學(xué)理念充分符合。

1 克勞斯分流法的適用情況

與其他回收工藝相比來看，克勞斯法在硫磺回收中不但操作簡便，適應(yīng)性強(qiáng)，而且回收率較高，投資額度較少，在煉化廠、天然氣凈化廠中得到廣泛應(yīng)用，主要用于對酸性氣體與含H2S氣體收硫。對于不同氣體來說，含有的H2S濃度不盡相同，需要對克勞斯法進(jìn)行改良，包括直流法、分流法與直接氧化法三種，本文以分流法為例進(jìn)行分析。

當(dāng)酸氣中H2S的含量處于15%-50%之間時，可采用分流法進(jìn)行操作，將酸性氣劃分為兩個部分，將其中一股占比為1/3的酸氣投入到燃燒爐中，輸送到爐中的空氣應(yīng)根據(jù)需求科學(xué)配比，使其充分燃燒，形成過程氣，與剩余占比為2/3酸性氣混合，切記要在預(yù)熱器前方融合，融合后的氣體經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入到后續(xù)催化反應(yīng)中，繼續(xù)轉(zhuǎn)化形成單質(zhì)硫，在此工藝中硫的回收主要發(fā)生在催化反應(yīng)時期。對此，為了提高轉(zhuǎn)化率，分流法所使用的裝置通常采用兩級以上催化進(jìn)行轉(zhuǎn)化，利用H2S的總轉(zhuǎn)化率可超過90%[1]。

2 常規(guī)克勞斯非常規(guī)分流法在元壩天然氣凈化廠中的應(yīng)用

在元壩氣田中，做使用的原料氣中含有H2S，占比均值為5.55%，二氧化碳的占比均值為6.57，有機(jī)硫的質(zhì)量濃度為362.4mg/m3。為了使產(chǎn)品天然氣指標(biāo)達(dá)到理想狀態(tài)，H2S的質(zhì)量濃度應(yīng)不超過6mg/m3，CO2的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)不超過3%，在天然氣凈化廠中，所采用的石化知識產(chǎn)權(quán)復(fù)合溶劑應(yīng)從原料氣中脫離出來。在再生塔中將酸性氣釋放出來，氣體內(nèi)的H2S體積分?jǐn)?shù)在41%-48%范圍內(nèi)，與分流法的應(yīng)用范圍相符合。但是，常規(guī)的分流法應(yīng)用效果有限，無法與設(shè)計方面尾氣排放超標(biāo)、高硫回收率等問題有機(jī)結(jié)合，因此在元壩天然氣凈化中可采用改良后的分流法，對單質(zhì)硫進(jìn)行回收。

脫硫單元中蘊(yùn)含著再生系統(tǒng)，該系統(tǒng)中含有的酸性氣體進(jìn)入硫磺回收單元以后，首先會透入到酸性氣分液罐之中，將攜帶的液相組分析出。在自酸氣分液罐中，本身便含有大量酸性氣體，與空氣接觸后共同透入到反應(yīng)爐中，在第一反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的熱量可用來保持爐內(nèi)溫度穩(wěn)定，始終在1050℃左右;混合氣體在該溫度下，Claus熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)中可生成許多硫蒸汽，剩余的酸性氣在經(jīng)過第二反應(yīng)區(qū)后，與第一反應(yīng)區(qū)內(nèi)的氣體相混合，使一些Claus熱轉(zhuǎn)化形成硫蒸汽，轉(zhuǎn)化率在65%-68%之間，在反應(yīng)爐中經(jīng)過燃燒反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體，傳入到與反應(yīng)爐相連的余熱鍋爐之中，在該爐內(nèi)對余熱進(jìn)行回收，并產(chǎn)生大量壓力在4.0MPa左右的中壓蒸汽，通過該過程可使氣體得到冷卻，降低到300℃左右。在冷卻之后，過程氣進(jìn)入到一級硫冷凝器之中，使氣體得到二次冷卻，降低到170℃左右。在經(jīng)過二次冷卻后的氣體中，產(chǎn)生0.38MPa的低壓蒸汽，將冷凝后的液體放入一級封罐中儲存起來，然后流入到液硫池之中。

從一級硫冷凝器中涌出的過程氣投入到進(jìn)料加熱器之中，在壓力為4.0MPa等級作用下，將高壓蒸汽到235℃后進(jìn)入到一級轉(zhuǎn)化器之中，經(jīng)過反應(yīng)器中的過程氣與催化劑相接觸，經(jīng)過Claus催化反應(yīng)后達(dá)到平衡狀態(tài)，與此同時，有機(jī)硫開始水解，在反應(yīng)完畢后過程氣投入到二級冷凝器之中，氣溫被降低在170℃，并使液體流出，產(chǎn)生等級為0.38MPa的低壓蒸汽，將冷凝后的液體經(jīng)過二級封罐匯入到液硫池之中。

過程氣經(jīng)過二級催化反應(yīng)時，部分經(jīng)過流程與一級基本相同，在反應(yīng)過程中，將進(jìn)料加熱器加熱到210℃左右后再投入到轉(zhuǎn)化器之中。在轉(zhuǎn)化器中與催化劑發(fā)生反應(yīng)，即Claus催化反應(yīng)，直至達(dá)到均衡狀態(tài)，據(jù)檢驗該環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到95%。當(dāng)反應(yīng)過程氣投入到末級硫冷凝器中后，與鍋爐內(nèi)的水發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量低壓蒸汽，在克勞斯容器中冷凝后產(chǎn)生凝結(jié)水，將其投入到末級冷凝器之中循環(huán)利用，使冷凝溶液流入三級硫封罐中，最終進(jìn)入液硫池。在末級冷凝器中，產(chǎn)生的過程氣在液硫捕集器的基礎(chǔ)上，將液硫分離出來，將其投入到尾氣處理單元中，將分離后的液硫投入到捕集器中封罐，最終使其進(jìn)入到液硫池之中。在尾氣處理方面，采用串級SCOT工藝，將剩余的過生氣中H2S吸入其中，在脫硫單元中循環(huán)，最終使裝置中的硫回收率得以提升，達(dá)到99.9%。

3 結(jié)論

綜上所述，通過本文研究可得出以下結(jié)論，在元壩氣田開采過程中，氣源組分改變需要綜合考慮，與實(shí)際酸性氣組成含量變化情況相結(jié)合，對克勞斯?fàn)t中的酸性氣量進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而維護(hù)爐內(nèi)溫度穩(wěn)定，提高硫的回收率，有效防治因爐膛溫度降低對硫回收率產(chǎn)生的不良影響，進(jìn)而證實(shí)分流法在硫回收方面的有效性，使預(yù)期目標(biāo)順利達(dá)成。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹文全，韓曉蘭，等.常規(guī)克勞斯非常規(guī)分流法硫磺回收工藝在天然氣凈化廠的應(yīng)用[J]，石油與天然氣化工，2016，45（5）：11-16