稀釋酸氣濃度提高硫轉(zhuǎn)換率的效果分析

魯校 閆梅 鮑云翔 田文華 梅洋（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西西安 718500）

稀釋酸氣濃度提高硫轉(zhuǎn)換率的效果分析

魯校 閆梅 鮑云翔 田文華 梅洋（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西西安 718500）

長(zhǎng)慶氣田采用Clinsulf-Do硫磺回收工藝處理高濃度含H2S的脫硫酸氣。由于氣田開采地層的變化，導(dǎo)致天然氣脫硫產(chǎn)生的酸氣濃度大幅度提高。酸氣中的H2S濃度已超過了硫磺回收裝置的設(shè)計(jì)范圍，造成硫磺轉(zhuǎn)化率偏低。本文針對(duì)含高濃度H2S的酸氣提出一種酸氣稀釋的方法，降低硫磺回收裝置的進(jìn)料酸氣濃度，從而達(dá)到提高裝置轉(zhuǎn)化率，減少含硫污染物排放量的目的。

Clinsulf-Do；硫磺轉(zhuǎn)化率；酸氣稀釋

1 裝置概況

長(zhǎng)慶氣田第二凈化廠硫磺回收裝置采用德國(guó)Linde公司開發(fā)的Clinsulf-Do硫磺回收工藝，用于處理天然氣凈化裝置產(chǎn)生的酸氣。其設(shè)計(jì)日處理酸氣量為12×104m3-30×104m3，設(shè)計(jì)處理酸氣H2S含量為1.55-3.59%（moL）。

2 稀釋酸氣濃度的設(shè)想

由于上游天然氣氣質(zhì)變化，造成進(jìn)硫磺裝置酸氣濃度持續(xù)升高，超過了裝置處理酸氣濃度的設(shè)計(jì)范圍，濃度最高時(shí)可達(dá)18%。而裝置進(jìn)料酸氣最高設(shè)計(jì)值為3.59%。由于裝置進(jìn)料酸氣濃度過高，導(dǎo)致裝置硫磺轉(zhuǎn)化率下降。為降低酸氣濃度，采用向酸氣中通入一種惰性氣體的方法，氮?dú)馐菤馓镏休^為常用的氣體，裝置檢修以及天然氣管線置換、吹掃都用到氮?dú)狻Ｆ浠瘜W(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定。N2分子中存在叁鍵N≡N，將它分解為原子需要吸收941.69kJ/moL的能量。且只有在高溫高壓并有催化劑存在的條件下，氮?dú)獠拍馨l(fā)生反應(yīng)。

由于氮?dú)馄浞€(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和方便的獲取途徑（可以通過凈化廠的制氮撬塊獲得），可以考慮使用氮?dú)鈦硐♂屟b置進(jìn)料酸氣濃度的辦法來測(cè)驗(yàn)是否能提高硫磺轉(zhuǎn)化率。

3 稀釋酸氣濃度的試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)步驟

在高酸氣濃度下，分別向硫磺回收裝置通入350m3/h、1000 m3/h、1500 m3/h的氮?dú)膺M(jìn)行稀釋，試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表所示：

表1 酸氣稀釋試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

試驗(yàn)后2013.7. 25 2013.7. 26 15：00 2013.7. 27 9：00 2013.7. 27 15：00 53.74% 65.92% 60.61% 73.60%試驗(yàn)后2013.9.5 2013.9.5 19：00 2013.9.6 9：00：00 2013.9.6 14：00 68.69% 67.84% 62.42% 69.65%試驗(yàn)后2013.11. 21 2013.12. 2 19：15 2013.12. 3 14：15 2013.12. 4 9：30 39.41% 52.66% 66.64% 62.12%

根據(jù)氮?dú)庠囼?yàn)中硫磺轉(zhuǎn)化率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以得到：通入氮?dú)庀♂屗釟鈱?duì)硫磺轉(zhuǎn)化率提高有促進(jìn)作用。

4 試驗(yàn)效果原因分析

影響硫磺回收裝置總硫回收率的因素主要有硫磺回收催化劑本身的性能、反應(yīng)本身的原料配比和條件以及裝置操作運(yùn)轉(zhuǎn)情況等。

4.1 硫磺回收催化劑本身的性能的變化

硫磺回收催化劑的性能和硫磺回收裝置的轉(zhuǎn)化率受催化劑失活的影響較大。催化劑失活的原因主要有熱老化引起催化劑比表面積下降，SO2的吸附及硫酸鹽化、硫沉積和炭沉積等。

4.2 通入氮?dú)鈱?duì)反應(yīng)的影響

在Clinsulf-Do反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的主要反應(yīng)有：

2 H2S+O2——→2/X SX+2H2O+410kJ/moL（直接氧化）

2 H2S+3O2——→2 SO2+2H2O+1037.8 kJ/moL

2 H2S+SO2←——→3/X SX+2H2O+91.6 kJ/moL（Claus）

雖然通入的氮?dú)獠⒉粎⑴c反應(yīng)，但反應(yīng)器中三個(gè)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。尤其Claus為主反應(yīng)，其反應(yīng)放出的熱量被通入的氮?dú)馑?，使化學(xué)平衡向生成單質(zhì)硫的方向移動(dòng)，從而得到最大的轉(zhuǎn)換率。

4.3 裝置操作運(yùn)轉(zhuǎn)情況的影響

裝置的設(shè)計(jì)處理氣量為12500 mg/m3，現(xiàn)處理氣量約為4000—6000mg/m3的范圍內(nèi)，所以可通入的氮?dú)饬康脑Ｖ岛艽?。在通入氮?dú)膺\(yùn)行的過程中，裝置并未受到很大的影響。試驗(yàn)時(shí)裝置基本處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

采用Clinsulf-Do硫磺回收工藝處理含H2S的脫硫酸氣，由于裝置本身的設(shè)計(jì)不能滿足酸氣濃度增大的生產(chǎn)條件，會(huì)存在一定的局限性，導(dǎo)致硫磺轉(zhuǎn)化率降低。在裝置設(shè)計(jì)允許的條件下，通入足量的氮?dú)庀♂屗釟獾姆椒ǎ梢员容^有效地解決這一問題。后期若是條件允許，可以考慮將尾氣倒回到硫磺裝置進(jìn)口稀釋酸氣或是加入二級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行二次反應(yīng)的方法來減小SO2的排放量。