天然氣干法三塔脫硫工藝及橇裝化研究

張庚興，晁宏洲，黃明基

1.中油（新疆）石油工程有限公司（新疆 烏魯木齊 830026）

2.中國(guó)石油塔里木油田分公司 油氣運(yùn)銷部（新疆 庫(kù)爾勒 841000）

硫化氫是一種無(wú)色的可燃?xì)怏w，有劇毒，對(duì)人體危害較大；在濕環(huán)境下硫化氫的存在會(huì)導(dǎo)致設(shè)備、管道腐蝕。GB 17820—2018《天然氣》規(guī)定[1]：一類氣中硫化氫含量不得高于6 mg/m3，二類氣中硫化氫含量不得高于20 mg/m3。

1 脫硫工藝

根據(jù)脫硫反應(yīng)相態(tài)，天然氣脫硫工藝分為干法和濕法兩大類[2]。干法主要是固體脫硫劑工藝，屬非再生型脫硫。濕法按是否再生又分為可再生型和非再生型，其中再生型主要分為化學(xué)溶劑法、化學(xué)物理溶劑法、物理溶劑法和氧化還原法4類；非再生型主要為液體脫硫劑工藝。

一般情況下，天然氣脫硫工藝根據(jù)潛硫量確定。潛硫量大于10 t/d時(shí)，適用溶劑吸收法；潛硫量大于0.2 t/d 小于10 t/d 時(shí)，適用氧化還原法；潛硫量小于0.2 t/d時(shí)，適用干法脫硫。

干法脫硫的固定脫硫劑多采用無(wú)定型羥基氧化鐵，它具有較大的孔容及比表面積，較高的硫容且強(qiáng)度大，耐水性好。其脫硫反應(yīng)式如下：

FeOOH+2H2S=FeSSH+2H2O

2 工藝流程

2.1 雙塔流程

脫硫塔[3]A、B 既可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)；脫硫塔A、B 串聯(lián)時(shí)進(jìn)氣先后順序可以互換，可滿足不同流量工況要求。工藝流程如圖1。

圖1 雙塔脫硫工藝流程

2.2 三塔流程

伴生氣先進(jìn)入過(guò)濾器分離出液體，然后進(jìn)入脫硫塔。正常工況時(shí)，天然氣先進(jìn)塔A再進(jìn)塔B（或塔C）串聯(lián)脫硫，塔A通過(guò)液位計(jì)和與其連鎖電動(dòng)閥確保液體及時(shí)排出。塔A 更換填料時(shí)，天然氣通過(guò)塔B、C 串聯(lián)脫硫，且塔B、C 的順序可切換。工藝流程如圖2所示。

圖2 三塔脫硫工藝流程

3 脫硫塔設(shè)計(jì)

3.1 脫硫劑體積計(jì)算

根據(jù)天然氣中硫化氫含量，計(jì)算硫化氫質(zhì)量流量，再根據(jù)脫硫劑硫容計(jì)算脫硫劑體積[4],相關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 脫硫塔設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

3.2 脫硫塔設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）為防止天然氣在脫硫塔內(nèi)發(fā)生偏流，填料高度與直徑之比（高徑比）應(yīng)為2～3。

2）為防止脫硫劑與空氣接觸發(fā)生自燃，更換脫硫劑時(shí)，應(yīng)先從塔頂部注水口向塔內(nèi)注水，待淹塔后再卸除脫硫劑。

3）天然氣從底部進(jìn)入脫硫塔，頂部出塔，可脫除液態(tài)水，防止脫硫劑粉化。

4 脫硫橇設(shè)計(jì)

為減少現(xiàn)場(chǎng)施工量，壓縮工期，減少占地面積，對(duì)天然氣三塔脫硫工藝進(jìn)行橇裝化設(shè)計(jì)[5]。考慮橇塊運(yùn)輸?shù)淖畲蟪叽鐬?.5 m×18 m×4 m，一座工藝完備的橇有若干個(gè)橇塊組成，每個(gè)橇塊均單獨(dú)輸送。橇拆分成若干個(gè)橇塊進(jìn)行運(yùn)輸，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后管道通過(guò)重新連接。

脫硫橇主要由脫硫塔、過(guò)濾器、工藝管道及閥門、鋼構(gòu)架、儀控箱、配電箱組成。根據(jù)脫硫工藝流程、脫硫塔尺寸及運(yùn)輸要求，將脫硫塔及其進(jìn)出、旁通、放空、排污閥門組成一個(gè)橇塊，尺寸為3.5 m×14 m×4 m；為滿足吊裝及運(yùn)輸要求，橇塊為框架鋼結(jié)構(gòu)且脫硫塔應(yīng)位于橇塊底座的幾何中心。過(guò)濾器及其進(jìn)出、旁通閥門組成一個(gè)橇塊，尺寸為3.5 m×4 m×2 m。考慮強(qiáng)、弱電氣分離，儀控箱與配電箱布置在相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)橇塊上。根據(jù)塔頂操作需要設(shè)置二層平臺(tái)。脫硫橇與上下游工藝流程通過(guò)法蘭連接。某脫硫橇的PDMS模型如圖3所示。

5 工程應(yīng)用

富城能源瑪131中冷處理站處理量為30×104m3/d，經(jīng)檢測(cè)伴生氣中H2S含量為80 mg/m3（總硫含量為100 mg/m3），為滿足下游板翅式換熱器工藝要求，須將伴生氣中H2S含量降為≤5 mg/m3。根據(jù)工況需要設(shè)計(jì)的天然氣脫硫撬如圖4所示。

圖4 某脫硫橇

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)天然氣中潛硫量選擇脫硫工藝；根據(jù)處理氣量及工況要求選擇工藝流程；根據(jù)脫硫劑體積計(jì)算脫硫塔尺寸；脫硫塔橇裝化設(shè)計(jì)，有利于減少現(xiàn)場(chǎng)施工量，加快工程進(jìn)度。