常規克勞斯非常規分流法在元壩氣田天然氣凈化廠的應用

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行分析，并提出常規克勞斯非常規分流法在天然氣凈化廠中的應用流程與方法，力求通過本文研究，使硫的回收率得到進一步提升，與綠色經營理念充分符合。

關鍵詞：常規克勞斯;非常規分流法;天然氣凈化

元壩凈化廠裝置在應用過程中，采用TEG法脫水、復合溶劑法脫硫等工藝，當原料氣處理量再生酸性氣H2S占比達到41%-48%之間時，將常規克勞斯非常規分流法回收工藝與SCOT尾氣處理工藝相結合，即可確?？藙谒範t膛內部反應溫度恒定，還可使裝置內總硫收率增加，達到99.9%，與綠色化學理念充分符合。

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，適應性強，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行分析。

當酸氣中H2S的含量處于15%-50%之間時，可采用分流法進行操作，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根據需求科學配比，使其充分燃燒，形成過程氣，與剩余占比為2/3酸性氣混合，切記要在預熱器前方融合，融合后的氣體經過預熱后進入到后續催化反應中，繼續轉化形成單質硫，在此工藝中硫的回收主要發生在催化反應時期。對此，為了提高轉化率，分流法所使用的裝置通常采用兩級以上催化進行轉化，利用H2S的總轉化率可超過90%[1]。

2 常規克勞斯非常規分流法在元壩天然氣凈化廠中的應用

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，有機硫的質量濃度為362.4mg/m3。為了使產品天然氣指標達到理想狀態，H2S的質量濃度應不超過6mg/m3，CO2的體積分數應不超過3%，在天然氣凈化廠中，所采用的石化知識產權復合溶劑應從原料氣中脫離出來。在再生塔中將酸性氣釋放出來，氣體內的H2S體積分數在41%-48%范圍內，與分流法的應用范圍相符合。但是，常規的分流法應用效果有限，無法與設計方面尾氣排放超標、高硫回收率等問題有機結合，因此在元壩天然氣凈化中可采用改良后的分流法，對單質硫進行回收。

脫硫單元中蘊含著再生系統，該系統中含有的酸性氣體進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爐中，在第一反應區內進行燃燒，產生的熱量可用來保持爐內溫度穩定，始終在1050℃左右;混合氣體在該溫度下，Claus熱轉化反應中可生成許多硫蒸汽，剩余的酸性氣在經過第二反應區后，與第一反應區內的氣體相混合，使一些Claus熱轉化形成硫蒸汽，轉化率在65%-68%之間，在反應爐中經過燃燒反應產生大量氣體，傳入到與反應爐相連的余熱鍋爐之中，在該爐內對余熱進行回收，并產生大量壓力在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。在經過二次冷卻后的氣體中，產生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℃后進入到一級轉化器之中，經過反應器中的過程氣與催化劑相接觸，經過Claus催化反應后達到平衡狀態，與此同時，有機硫開始水解，在反應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，產生等級為0.38MPa的低壓蒸汽，將冷凝后的液體經過二級封罐匯入到液硫池之中。

過程氣經過二級催化反應時，部分經過流程與一級基本相同，在反應過程中，將進料加熱器加熱到210℃左右后再投入到轉化器之中。在轉化器中與催化劑發生反應，即Claus催化反應，直至達到均衡狀態，據檢驗該環節的轉化率可達到95%。當反應過程氣投入到末級硫冷凝器中后，與鍋爐內的水發生反應，產生大量低壓蒸汽，在克勞斯容器中冷凝后產生凝結水，將其投入到末級冷凝器之中循環利用，使冷凝溶液流入三級硫封罐中，最終進入液硫池。在末級冷凝器中，產生的過程氣在液硫捕集器的基礎上，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，最終使裝置中的硫回收率得以提升，達到99.9%。

3 結論

綜上所述，通過本文研究可得出以下結論，在元壩氣田開采過程中，氣源組分改變需要綜合考慮，與實際酸性氣組成含量變化情況相結合，對克勞斯爐中的酸性氣量進行調整，進而維護爐內溫度穩定，提高硫的回收率，有效防治因爐膛溫度降低對硫回收率產生的不良影響，進而證實分流法在硫回收方面的有效性，使預期目標順利達成。

參考文獻：

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