氧化吸收工藝對天然氣凈化廠延伸克勞斯裝置影響的模擬研究

楊 威 苗 超 冉田詩璐 陳 強(qiáng) 楊 安 何金龍 常宏崗 劉卓旻

1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 2.國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心3.中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠 4.中國石油西南油氣田公司國際合作事業(yè)部

氧化吸收工藝對天然氣凈化廠延伸克勞斯裝置影響的模擬研究

楊 威1,2苗 超1,2冉田詩璐1,2陳 強(qiáng)3楊 安1,2何金龍1,2常宏崗1,2劉卓旻4

1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 2.國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心3.中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠 4.中國石油西南油氣田公司國際合作事業(yè)部

針對氧化吸收工藝應(yīng)用于天然氣凈化廠克勞斯裝置尾氣減排的情況,利用VMGSim軟件建立模型,模擬了氧化吸收工藝吸收并再生的SO2返回某延伸克勞斯裝置的過程,闡明了不同的SO2返回位置對該延伸克勞斯裝置硫回收率及主燃燒爐溫度的影響,提出了應(yīng)對措施,可為氧化吸收工藝在天然氣凈化廠延伸類克勞斯裝置上的應(yīng)用提供參考。

硫磺回收 延伸克勞斯 二氧化硫 VMGSim 氧化吸收工藝

近年來,全國工業(yè)規(guī)模逐年遞增帶來的環(huán)境負(fù)面影響逐漸顯現(xiàn),嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。作為火電、礦物冶煉、煤化工、石油開采煉制等重要工業(yè)的主要排放污染物之一,SO2的大量排放對人體健康和環(huán)境具有較大危害,也是近年來多個城市出現(xiàn)酸雨、霧霾等嚴(yán)重環(huán)境問題的重要成因。因此,對排放尾氣中SO2含量的控制日益受到重視[1-6]。

其次，從學(xué)習(xí)的視角來觀察。每周一次變動，前后左右都是新伙伴，學(xué)生可能感到新鮮，但隨之而來的新問題也出現(xiàn)了：學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)伙伴的不穩(wěn)定?；锇榈倪x擇、適應(yīng)、調(diào)整、優(yōu)化，是需要時間來保障的。頻繁地更換座位、適應(yīng)不同的學(xué)習(xí)同伴，尤其對身心尚不健全的低年級孩子來說，是一種折磨。至于新課標(biāo)一再倡導(dǎo)的“自主、合作、探究”的學(xué)習(xí)模式，更是無從談起。

通過天然氣脫硫和硫磺回收等工藝過程,中國石油西南油氣田公司(以下簡稱西南油氣田公司)下屬各天然氣凈化廠的SO2排放總量一直保持在較低水平。目前,針對天然氣凈化行業(yè)的最新排放標(biāo)準(zhǔn)雖尚未出臺,西南油氣田公司已開始全面部署和積極推進(jìn)凈化廠克勞斯裝置尾氣減排相關(guān)工作,并參考其他行業(yè)最新排放標(biāo)準(zhǔn)為每個凈化廠制定了減排方案。

由湘政辦發(fā)(2017)65號文、桂交[2017]2號文引發(fā)的問題，表面上看只是人數(shù)少的村組沒有得到扶貧政策惠及的問題，但它實際上反映的是地方規(guī)范性文件在扶貧領(lǐng)域的治理效用和困境問題。精準(zhǔn)扶貧需要什么樣的地方規(guī)范性文件來治理和規(guī)范？地方規(guī)范性文件如何確保良法善治的品性，更好地推進(jìn)精準(zhǔn)扶貧？地方規(guī)范性文件如何避免治理效果背離精準(zhǔn)扶貧的政策基點和基本精神？地方規(guī)范性文件如何及時地適應(yīng)精準(zhǔn)扶貧實踐的變化和發(fā)展?在下文中,筆者將結(jié)合桂東縣橋頭鄉(xiāng)白水村大水山組的實例，以地方規(guī)范性文件的效用和困境為研究對象，探討地方規(guī)范性文件在精準(zhǔn)扶貧中產(chǎn)生的問題，并評析湘政辦發(fā)(2017)65號文對精準(zhǔn)扶貧的實際意義。

西南油氣田公司共建設(shè)了16個天然氣凈化廠,建成硫磺回收裝置28套,設(shè)計硫磺總產(chǎn)量1 180 t/d;目前在運(yùn)凈化廠13個,在運(yùn)硫磺回收裝置22套。其中,超過半數(shù)裝置采用二級克勞斯或延伸克勞斯工藝(如超級克勞斯、CPS、CBA、Clinsulf-SDP、MCRC 等)。受Claus反應(yīng)平衡的限制,二級克勞斯裝置硫磺回收率普遍≤95%,延伸克勞斯工藝硫回收率最高可達(dá)99.4%,但排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度仍無法滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),均需增設(shè)尾氣處理工藝以進(jìn)一步提升總硫回收率,實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。針對尾氣中硫化物處理量較小的情況,天然氣凈化行業(yè)常用的還原吸收尾氣處理工藝不具備較好的經(jīng)濟(jì)性,而液相氧化和生物脫硫工藝因受限于硫磺品質(zhì)等問題并不適用。近年來,常用于冶金、煉油及火電等行業(yè)的氧化吸收尾氣處理工藝逐漸進(jìn)入視野[7]。該工藝將尾氣中硫化物通過焚燒轉(zhuǎn)化為SO2,SO2再被一種特殊有機(jī)胺溶液吸收再生后回輸至克勞斯裝置,從而實現(xiàn)硫化物減排。由于該工藝尚未在國內(nèi)天然氣凈化行業(yè)實現(xiàn)應(yīng)用,其對凈化裝置Claus單元的影響也尚無定論。

本研究選用西南油氣田公司某凈化廠超級克勞斯(屬于延伸克勞斯工藝)裝置,利用加拿大VMGSim(Virtual Materials Group)軟件V9.5建立了“超級克勞斯+氧化吸收”工藝模型,模擬SO2返回克勞斯裝置的過程,全面研究了新增氧化吸收工藝對該延伸克勞斯裝置的影響。由于延伸克勞斯裝置總硫回收率為98.5%～99.4%,本研究可對其他延伸克勞斯裝置的減排改造提供參考。本次模擬采用兩種SO2返回方案:方案一,返回主燃燒爐;方案二,返回一級反應(yīng)器。

由于西南油氣田公司天然氣凈化廠中二級克勞斯和延伸克勞斯裝置的硫回收率差別較大,直接決定了需脫除和返回的SO2量的差異:對于SO2排放質(zhì)量濃度相同的情況,前者需返回的SO2量約為后者的5～10倍,所造成的影響宜分別討論。

1 某凈化廠超級克勞斯裝置工況

該凈化廠目前運(yùn)行的硫磺回收裝置采用具有三級克勞斯反應(yīng)器的超級克勞斯工藝,工況如下:

(1)酸氣主要組成(y):H2S 49.62%,CO244.88%,CH40.33%,H2O 5.17%,流量1 371 m3/h、溫度40℃。

(2)燃燒爐溫度:平均952.5℃。

治療之前,兩組的血清ET-1、TXB2、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、肌酸激酶水平對比不存在統(tǒng)計學(xué)差異性(P>0.05)。治療后,觀察組患者的血清ET-1、TXB2水平比對照組低,結(jié)果存在統(tǒng)計學(xué)差異性(P<0.05)。兩組在治療期間沒有出現(xiàn)橫紋肌溶解及藥物性肝炎情況發(fā)生,不良反應(yīng)率對比不存在統(tǒng)計學(xué)差異性(P>0.05)。

(1)干基100%SO2(91.18%SO2+8.82%H2O),流量4.69 m3/h。

成聯(lián)方：我不喜歡用“丑書”一詞來形容這類風(fēng)格的書家，我喜歡用“鄉(xiāng)土主義”來形容他們?！班l(xiāng)土主義”雖然有抄襲文學(xué)、美術(shù)之嫌，但是，從這些書家成熟的時間節(jié)點以及取法對象等等方面來看，我覺得“鄉(xiāng)土主義”更準(zhǔn)確一些，也更好理解。我認(rèn)為“美”與“丑”是相對的，這一點中西藝術(shù)史中都可以找到大量的例證。晉代郭璞在《爾雅》中就說“美惡不嫌同名”。所以，在書法上存在這種現(xiàn)象，你認(rèn)為“丑”的，別人卻認(rèn)為是“美”的，你認(rèn)為是“雅”的，別人卻認(rèn)為是“俗”的。至于對當(dāng)下這些所謂的“丑書”進(jìn)行評論，最好不用“丑”字，要去尋找一些新的、真正貼切的評價方式也許更好。

(4)模擬尾氣中SO2返回情況:根據(jù)氧化吸收工藝脫硫選擇性的不同,返回的SO2體積分?jǐn)?shù)可能存在差異。以下根據(jù)SO2體積分?jǐn)?shù)分3種情況進(jìn)行模擬:

(3)總硫回收率:99.35%。

(2)干基95%SO2+5%CO2(86.62%SO2+4.57%CO2+8.81%H2O),流量4.94 m3/h。

網(wǎng)絡(luò)輿論監(jiān)測需要借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，運(yùn)用IP地址的查找、跟蹤技術(shù)，監(jiān)測和過濾敏感詞匯，及時發(fā)現(xiàn)重大輿情，對輿情進(jìn)行有效處理。隨著大數(shù)據(jù)、云計算的發(fā)展，通過高效科學(xué)的數(shù)據(jù)計算處理方法進(jìn)行全網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測，運(yùn)用智能語義分析技術(shù)，分析各類網(wǎng)絡(luò)事件、微博事件、對傳播效果進(jìn)行分析，提取全網(wǎng)熱點、重大事件等重點輿情成為主流處理模式。除此之外，還有如通過限制國外敏感網(wǎng)站、對論壇、微博及各類手機(jī)App嚴(yán)格實行實名認(rèn)證的手段。嚴(yán)格執(zhí)行《互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)管理辦法》等明文法規(guī)，確保網(wǎng)絡(luò)信息安全。

每種情況下SO2返回總量不變,返回氣流溫度均為50℃。

2 方案一:SO2返回主燃燒爐的影響研究

利用VMGSim模擬創(chuàng)建了某凈化廠“超級Claus+氧化吸收”工藝模型,并將氧化吸收工藝回收的SO2返回克勞斯主燃燒爐。模擬創(chuàng)建的工藝模型見圖1,模擬計算結(jié)果見表1。

由表1可知,依據(jù)該延伸克勞斯工藝創(chuàng)建的超級克勞斯模型計算的總硫回收率為99.381%,與99.35%的實際值非常接近,證明采用該模型進(jìn)行進(jìn)一步的SO2返回模擬計算具有參考價值。

前期研究結(jié)果顯示[11],可在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)氧化吸收工藝選擇性的調(diào)節(jié):略微降低SO2脫除率及硫容可實現(xiàn)較高的選擇性;適當(dāng)降低選擇性可提升SO2脫除率及硫容。在本研究所針對的延伸克勞斯工況下,由于SO2返回量較小,SO2摩爾分?jǐn)?shù)(干基)為90%～100%,對返回流量影響甚微,其返回后對燃燒爐溫度以及總硫回收率的影響差別可忽略。因此,對延伸克勞斯裝置而言,在SO2返回其主燃燒爐的情況下,氧化吸收工藝適當(dāng)提升SO2脫除率及負(fù)荷不會對前端克勞斯裝置造成影響,完全可行。

表1 SO2返回主燃燒爐的模擬計算結(jié)果Table 1 Simulation results of SO2 reinjected to furnace

考慮到燃燒的穩(wěn)定性,凈化廠有時不希望降低主燃燒爐溫度。雖然本次模擬爐溫降低較小,對燃燒的穩(wěn)定性不會構(gòu)成明顯影響,但以下仍對為避免爐溫降低可采取的措施進(jìn)行了模擬和探討,以供參考。結(jié)合工廠提升爐溫的操作經(jīng)驗,SO2返回燃燒爐后避免爐溫降低的方法主要有兩種:①向主燃燒爐額外添加燃料氣;②提升主燃燒爐進(jìn)料酸氣的進(jìn)氣溫度。

實際上,添加燃料氣的升溫方式存在明顯弊端:①額外燃料氣及其10倍配風(fēng)的引入會使克勞斯裝置中硫化物總濃度降低。②額外燃料氣的引入將促使燃燒爐中CH4與硫化物生成有機(jī)硫(CS2和COS)的副反應(yīng)增加,其主要反應(yīng)見式Ⅰ～式Ⅱ[8]。如克勞斯反應(yīng)器中未裝填有機(jī)硫水解率較高的催化劑,而是使用傳統(tǒng)氧化鋁催化劑(水解率≤40%),將對克勞斯裝置總硫回收率造成較明顯的負(fù)面影響。相似結(jié)論已見諸報道:Goar等的試驗結(jié)果中顯示,6.4%(y)的烴類增量導(dǎo)致硫回收率降低2.0%[9];張良鶴的模擬計算結(jié)果顯示,2.06%(y)的CH4增量將導(dǎo)致0.96%的硫回收率降低[10]。而克勞斯裝置總硫回收率的明顯降低,將顯著增加尾氣處理段的負(fù)荷,不利于節(jié)能減排。

如前所述,如需避免爐溫下降,也可采用提升主燃燒爐進(jìn)口酸氣溫度的措施,如表2所列,只需利用低壓蒸汽將入口酸氣溫度提升18℃,就能完全避免SO2返回對爐溫的影響,克勞斯裝置總硫回收率將最終提升0.009%。

當(dāng)超級克勞斯出口硫化物氧化為SO2后被氧化吸收工藝完全脫除(根據(jù)氧化吸收工藝脫除率,實際SO2返回量略低于模擬值)并返回前端克勞斯主燃燒爐。理論而言,50℃的低溫含水SO2返回主燃燒爐后將主要通過兩方面拉低平均爐溫:①混合后直接熱傳遞降溫;②為保證主燃燒爐出口H2S/SO2比例不變,H2S燃燒為SO2的比例下降,放熱減少。但由于該延伸克勞斯工藝的硫回收率較高,返回的氣體流量僅占酸氣量的約0.365%(y),即使兩個因素疊加,也只導(dǎo)致平均爐溫降低不到8℃。另外,由于SO2返回及燃燒爐配風(fēng)減少,導(dǎo)致系統(tǒng)中硫化物總濃度略微增加,即使降溫不利于燃燒爐中的Claus反應(yīng),主燃燒爐硫回收率仍提升0.116%～0.128%(根據(jù)返回SO2的濃度而有所不同);因主燃燒爐硫回收率的提升,導(dǎo)致進(jìn)入后續(xù)克勞斯反應(yīng)器的硫化物濃度降低,雖然低溫下降溫有利于Claus反應(yīng),從一級反應(yīng)器到氧化反應(yīng)器的各反應(yīng)器硫回收率均略有下降?？傮w來說,SO2的引入導(dǎo)致燃燒爐溫度略微降低;加之系統(tǒng)中硫化物含量略增,克勞斯段總硫回收率提升0.008%。

3 方案二:SO2返回一級反應(yīng)器的影響研究

基于“超級克勞斯+氧化吸收”工藝模型,將氧化吸收工藝回收的SO2返回一級反應(yīng)器。模擬創(chuàng)建的工藝模型見圖2,模擬計算結(jié)果見表2。

根據(jù)表2的模擬計算結(jié)果可知,如將氧化吸收工藝脫除并再生的SO2改為返回到第1級克勞斯反應(yīng)器,所得結(jié)果大體趨勢與方案一相似:因主燃燒爐中H2S需燃燒為SO2的比例下降,導(dǎo)致平均爐溫降低5.8℃,比方案一的溫降減少約2℃,表明在方案一約8℃的溫降中,減少H2S燃燒比例是主因,低溫含水SO2引入的熱傳遞降溫效應(yīng)是次因。主燃燒爐中H2S/SO2比例升高,加之溫度下降不利于Claus反應(yīng),導(dǎo)致其中硫回收率降低0.357%;而前端溫度和硫回收率的降低以及額外引入SO2等因素共同作用,增加了一級和二級反應(yīng)器的硫回收率;三級反應(yīng)器硫回收率基本不變。最終克勞斯段總硫回收率提升0.01%,較方案一的提升略有增加。

表2 SO2返回一級反應(yīng)器的模擬計算結(jié)果Table 2 Simulation results of SO2 reinjected to the first stage Claus reactor

因此,較優(yōu)的措施應(yīng)是提升主燃燒爐進(jìn)料酸氣溫度,可避免硫化物濃度的降低及額外的有機(jī)硫生成;但進(jìn)行酸氣加熱也需要凈化廠具備相關(guān)換熱設(shè)備。用軟件模擬了提升進(jìn)料酸氣溫度的可行性,表1結(jié)果顯示,只需將入口酸氣溫度從40℃提升至約64℃,就能完全避免SO2返回對爐溫的影響;克勞斯裝置總硫回收率最終提升0.007%。

從表1和表2的對比中可以發(fā)現(xiàn),方案二中返回SO2摩爾分?jǐn)?shù)對克勞斯系統(tǒng)的影響較方案一有所降低。另外可以看到,對方案二來說,在一定范圍內(nèi),降低氧化吸收工藝的選擇性,適當(dāng)提升SO2脫除率及負(fù)荷也是完全可行的。

(3)干基90%SO2+10%CO2(82.07%SO2+9.12%CO2+8.81%H2O),流量5.21 m3/h。

4 結(jié)論

基于以上模擬計算及分析結(jié)果可知,在天然氣凈化廠典型延伸克勞斯工藝中新增氧化吸收工藝不會對克勞斯裝置造成明顯的不良影響,具體結(jié)論如下:

(1)SO2返回對克勞斯裝置總硫回收率具有小幅提升作用。

中農(nóng)控股辦公室主任馮慶鳳作了開班致辭，強(qiáng)調(diào)了本次培訓(xùn)的目的和意義，對各單位通訊員認(rèn)真做好本職工作給予了肯定，并對今后的工作提出了具體要求。

(2)SO2返回主燃燒爐或一級反應(yīng)器對克勞斯裝置的影響無明顯差別,可根據(jù)工程設(shè)計或其他因素選擇返回位置。

制定促使農(nóng)村消費(fèi)經(jīng)濟(jì)的金融對策首先需要從根本上提高農(nóng)村人口的經(jīng)濟(jì)收入和購買能力，中國的富裕離不開農(nóng)民的富裕，讓農(nóng)民變得更加富裕需要挖掘農(nóng)民內(nèi)部的增收潛力。我國農(nóng)村消費(fèi)水平雖然在近幾年大幅度提升，但是農(nóng)村居民的恩格爾系數(shù)偏高，更多的農(nóng)民會更愿意將自己的收入花費(fèi)在食物上，21世紀(jì)初雖然已經(jīng)突破36.5%，但是相對于城鎮(zhèn)居民36.7%的恩格爾系數(shù)來說還是偏低。所以我們需要通過調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、加大對農(nóng)業(yè)的投入，以及通過政府的介入切實減少農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，重振鄉(xiāng)村企業(yè)，大幅度提高農(nóng)村的收入水平，從根本上提高農(nóng)村人口的購買力，讓更多的農(nóng)村人口的愿意把錢花費(fèi)在非食物方面。

總而言之，雖然小組合作學(xué)習(xí)在初中英語中存在著一系列問題，但是依然磨滅不了它的先進(jìn)性和優(yōu)越性，所以老師的任務(wù)就是用正確的方法去克服每一個出現(xiàn)的問題，在英語教學(xué)中真正發(fā)揮出小組合作學(xué)習(xí)的能量，提升學(xué)生的能力和成績。

(3)SO2返回對主燃燒爐有小幅降溫作用,但無需采取升溫措施。

在實際操作過程中,若選擇SO2返回主燃燒爐,則引入位置宜在空氣管線靠近燃燒爐處;若返回一級反應(yīng)器,則引入位置宜在酸氣管線靠近一級反應(yīng)器處,且應(yīng)保證高純度SO2氣體與原有過程氣在進(jìn)入反應(yīng)器前進(jìn)行充分混合。SO2返回氣壓力約20～30 k Pa(表壓,下同),略低于主燃燒爐爐內(nèi)壓力(30～40 kPa),約與一級反應(yīng)器內(nèi)壓力(20～30 kPa)相近。同時,可能需要為返回的SO2新增SO2增壓設(shè)備,以將壓力提高至進(jìn)燃燒爐所需值。

[1]陳賡良,李勁.對降低尾氣處理裝置SO2排放的認(rèn)識與建議[J].石油與天然氣化工,2014,43(3):217-222.

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Simulation research of the effect of oxidation-absorption process on extended Claus unit in natural gas purification plant

Yang Wei1,2,Miao Chao1,2,Ran-Tian Shilu1,2,Chen Qiang3,Yang An1,2,He Jinlong1,2,Chang Honggang1,2,Liu Zhuomin4
1.Research Institute of Natural Gas Technology,PetroChina Southwest Oil&Gasfield Company,Chengdu,Sichuan,China;2.National Energy R&D Center of High Sulfur Gas Exploitation,Chengdu,Sichuan,China;3.Chongqing Natural Gas Purification Plant General,PetroChina Southwest Oil&Gasfield Company,Chongqing,China;4.International Cooperation Division,PetroChina Southwest Oil&Gasfield Company,Chengdu,Sichuan,China

According to the application of oxidation-absorption process in Claus units of natural gas purification plants for energy saving and emission reduction,the process of SO2reinjected to an extended Claus unit was simulated using VMGSim software.The effects of different SO2reinjection position on sulfur recovery rate and combustion furnace temperature were illustrated,and the corresponding countermeasures were proposed,which will provide reference for the application of oxidation-absorption process on extended Claus unit in natural gas purification plants.

sulfur recovery,extended Claus,SO2,VMGSim,oxidation-absorption process

TE644

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.06.004

楊威(1984-),男,2013年畢業(yè)于北京化工大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè),博士,現(xiàn)就職于中國石油西南油氣田公司天然氣研究院,從事天然氣凈化研究工作。E-mail:yang_wei001@petrochina.com.cn

2017-04-20;編輯:溫冬云