稀釋酸氣濃度提高硫轉換率的效果分析

魯校 閆梅 鮑云翔 田文華 梅洋（中國石油長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換率的效果分析

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

長慶氣田采用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，導致天然氣脫硫產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計范圍，造成硫磺轉化率偏低。本文針對含高濃度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料酸氣濃度，從而達到提高裝置轉化率，減少含硫污染物排放量的目的。

Clinsulf-Do；硫磺轉化率；酸氣稀釋

1 裝置概況

長慶氣田第二凈化廠硫磺回收裝置采用德國Linde公司開發的Clinsulf-Do硫磺回收工藝，用于處理天然氣凈化裝置產生的酸氣。其設計日處理酸氣量為12×104m3-30×104m3，設計處理酸氣H2S含量為1.55-3.59%（moL）。

2 稀釋酸氣濃度的設想

由于上游天然氣氣質變化，造成進硫磺裝置酸氣濃度持續升高，超過了裝置處理酸氣濃度的設計范圍，濃度最高時可達18%。而裝置進料酸氣最高設計值為3.59%。由于裝置進料酸氣濃度過高，導致裝置硫磺轉化率下降。為降低酸氣濃度，采用向酸氣中通入一種惰性氣體的方法，氮氣是氣田中較為常用的氣體，裝置檢修以及天然氣管線置換、吹掃都用到氮氣。其化學性質十分穩定。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，氮氣才能發生反應。

由于氮氣其穩定的化學性質和方便的獲取途徑（可以通過凈化廠的制氮撬塊獲得），可以考慮使用氮氣來稀釋裝置進料酸氣濃度的辦法來測驗是否能提高硫磺轉化率。

3 稀釋酸氣濃度的試驗

3.1 試驗步驟

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的氮氣進行稀釋，試驗統計結果如下表所示：

表1 酸氣稀釋試驗數據統計表

試驗后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%

根據氮氣試驗中硫磺轉化率的統計數據，可以得到：通入氮氣稀釋酸氣對硫磺轉化率提高有促進作用。

4 試驗效果原因分析

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、反應本身的原料配比和條件以及裝置操作運轉情況等。

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 通入氮氣對反應的影響

在Clinsulf-Do反應器內進行的主要反應有：

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）

雖然通入的氮氣并不參與反應，但反應器中三個反應均為放熱反應。尤其Claus為主反應，其反應放出的熱量被通入的氮氣所吸收，使化學平衡向生成單質硫的方向移動，從而得到最大的轉換率。

4.3 裝置操作運轉情況的影響

裝置的設計處理氣量為12500 mg/m3，現處理氣量約為4000—6000mg/m3的范圍內，所以可通入的氮氣量的裕值很大。在通入氮氣運行的過程中，裝置并未受到很大的影響。試驗時裝置基本處于穩定運行的狀態。

5 結語

采用Clinsulf-Do硫磺回收工藝處理含H2S的脫硫酸氣，由于裝置本身的設計不能滿足酸氣濃度增大的生產條件，會存在一定的局限性，導致硫磺轉化率降低。在裝置設計允許的條件下，通入足量的氮氣稀釋酸氣的方法，可以比較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口稀釋酸氣或是加入二級反應器進行二次反應的方法來減小SO2的排放量。