干法脫硫劑的優(yōu)選及在河嘉203H井的應(yīng)用

(西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610500)

干法脫硫技術(shù)是天然氣脫硫中常用的一種技術(shù)，采用脫硫劑或催化劑來(lái)脫除硫化氫或有機(jī)硫的方法。干法脫硫通常采用固定床作為酸性組分的反應(yīng)區(qū)，由于受硫容的限制，一般使用在硫含量較低的場(chǎng)合(硫化氫濃度≤2 400 mg/m3)。若硫含量較高，會(huì)造成再生頻繁或更換頻繁和費(fèi)用增大的后果。

目前，國(guó)內(nèi)外干法脫硫技術(shù)主要有氧化鐵、活性炭、分子篩、氧化鋅等，其中氧化鐵法應(yīng)用最廣泛。

1 天然氣干法脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 分子篩

分子篩是一種具有骨架結(jié)構(gòu)的堿金屬或堿土金屬的硅鋁酸鹽晶體，吸附性能優(yōu)良。分子篩脫硫法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以再生利用，適用于低含硫、低水露點(diǎn)的天然氣脫硫［1－2］。但分子篩法脫硫再生氣處理費(fèi)用較高，再生出的硫化氫需要處理，使裝置一次性投資增大，若再生氣送至火炬燒掉，原料氣損失太大［3］。

1.2 氧化鋅

氧化鋅脫硫劑的主要成分是氧化鋅，有的含有一些CuO、MnO2等促進(jìn)劑。它有部分轉(zhuǎn)化吸收的功能，但對(duì)有機(jī)硫的硫容很低。由于氧化鋅能與H2S反應(yīng)生成難理解的ZnS，且脫硫精度高，可脫至＜0.05×10－6，故一直用于精脫硫過(guò)程。但由于氧化鋅脫硫劑的發(fā)展趨勢(shì)是低溫、高強(qiáng)度，常溫條件下難以實(shí)現(xiàn)干法精脫硫且氧化鋅脫硫劑成本較高(約2.5萬(wàn)元/t)，使其廣泛運(yùn)用受到了很大限制。

1.3 活性炭

活性炭脫硫劑具有硫容高、允許氣速高、操作安全、環(huán)境接受性好等優(yōu)點(diǎn)［4］?；钚蕴棵摿蚶锰砑恿舜呋瘎┑幕钚蕴孔鳛槲铡?chǔ)存H2S的載體。

含硫天然氣通過(guò)活性炭時(shí)，H2S擴(kuò)散粘附到活性炭?jī)?nèi)，H2S與加入的相對(duì)當(dāng)量的O2在活性炭?jī)?nèi)催化劑的作用下氧化成單質(zhì)硫。硫沉積在活性炭?jī)?nèi)占據(jù)一定的硫容，當(dāng)活性炭?jī)?nèi)的硫容完全被單質(zhì)硫填充后，脫硫劑就完全失效，需更換新或再生。但再生必須在400℃的過(guò)熱蒸汽下進(jìn)行，費(fèi)用很大，且再生后的脫硫劑強(qiáng)度變小，故再生的價(jià)值不大。

1.4 氧化鐵

氧化鐵脫硫是較為成熟的氣體脫硫方法，最初使用的氧化鐵脫硫劑是天然物料，后逐步采用人工合成的方法，其主要成分主要為活性氧化鐵。脫硫劑吸收H2S飽和后，可在水蒸氣存在下，以空氣使之再生。再生析出的硫存在于脫硫劑床層中，它會(huì)逐步包圍活性氧化鐵而使H2S無(wú)法與之接觸反應(yīng);通常認(rèn)為當(dāng)累積硫容達(dá)到13%(干基)時(shí)，就應(yīng)更換脫硫劑。此過(guò)程由于溫度升得較快，不易控制，現(xiàn)在一般干法脫硫都不采用再生工藝。

干法脫硫工藝比較，如表1所示。

從表1可以看出，氧化鐵脫硫劑應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)用起來(lái)投資低，效果相對(duì)較好。因此，推薦采用氧化鐵脫硫劑。

表1 干法脫硫工藝對(duì)比表

2 氧化鐵脫硫劑的優(yōu)選

河嘉203H井投產(chǎn)以來(lái)使用恒日公司HR6－01、HR6－02，天然氣研究院CT8－6B以及全富公司的QF－12脫硫劑。下面從脫硫劑擊穿硫容以及天然氣凈化成本優(yōu)選脫硫劑。

2.1 HR6－01脫硫劑試用情況

HR6－01型脫硫劑以三氧化二鐵為主要活性組分，黃褐色柱狀物，大小:Φ(4.5～5.5)×(5～15)，額定硫容≥15.0%，側(cè)壓強(qiáng)度≥35 N/cm［5－7］。

采用裝填HR6－01型脫硫劑的3#、4#塔串聯(lián)調(diào)試生產(chǎn)，日產(chǎn)氣量5×104～6×104m3/d。原料氣H2S含量4 700 ×10－6～5 200 ×10－6，至 3#塔出口H2S含量超過(guò)外輸要求時(shí)運(yùn)行時(shí)間僅為10 h階段處理氣量2.751 9×104m3，平均H2S含量5 033×10－6，擊穿硫容為1.34%，其結(jié)果如表2所示。

表2 HR6－01型脫硫劑現(xiàn)場(chǎng)擊穿硫容計(jì)算

2.2 HR6－02脫硫劑試用情況

HR6－02型脫硫劑以三氧化二鐵為主要活性組分，黃褐色柱狀物，大小:Φ (4.5～5.5)×(5～15)，額定硫容≥20.0%，側(cè)壓強(qiáng)度≥40 N/cm。

對(duì)HR6－02脫硫劑單塔生產(chǎn)，裝塔15 t，至脫硫塔出口H2S含量達(dá)到14×10－6。測(cè)定兩組數(shù)據(jù)。兩塔的平均擊穿硫容為12.07﹪。其結(jié)果如表3。

2.3 CT8－6B脫硫劑試用情況

CT8－6B型脫硫劑為天研院產(chǎn)品，是一種鐵鹽經(jīng)氧化反應(yīng)、離心分離、混合、擠條、晾干而成的固體脫硫劑，外形尺寸:Ф(4～7)×(5～15)，額定硫容≥25.0%，側(cè)壓強(qiáng)度≥40 N/cm。

表3 HR6－02型脫硫劑現(xiàn)場(chǎng)擊穿硫容計(jì)算

CT8－6B脫硫劑單塔生產(chǎn)，裝填15 t脫硫劑，3#塔單塔生產(chǎn)20 h。脫硫塔出口H2S含量達(dá)到14×10－6，期間累計(jì)處理氣量 5.690 8 ×104m3，原料氣平均H2S含量為6 683×10－6，擊穿硫容3.6﹪，其結(jié)果如表4所示。

表4 CT8－6B型脫硫劑現(xiàn)場(chǎng)擊穿硫容計(jì)算

2.4 QF－12脫硫劑簡(jiǎn)介及試用情況

QF－12脫硫劑是以三氧化二鐵為主要活性組份，并添加其它助催化劑、阻燃劑加工而成的常溫高效固體脫硫劑，外形尺寸:Ф(4～6)×(5～15)，額定硫容≥25.0%，側(cè)壓強(qiáng)度≥60 N/cm。已在長(zhǎng)慶、華北、大慶、新疆，四川等油氣田使用。

對(duì)QF－12脫硫劑單塔生產(chǎn)，裝塔15 t，至脫硫塔出口H2S含量達(dá)到14×10－6。測(cè)定兩組數(shù)據(jù)。兩塔的平均擊穿硫容為17.8﹪。其結(jié)果如表5。

表5 QF－12型脫硫劑現(xiàn)場(chǎng)擊穿硫容計(jì)算

通過(guò)以上四種脫硫劑單塔運(yùn)行情況跟蹤，擊穿硫容由大到小分別是:QF－12脫硫劑擊穿硫容(17.8﹪) ＞HR6－02(12.07﹪) ＞CT8－68(3.6﹪) ＞HR6－01(1.34﹪)，且QF－12脫硫劑凈化成本最低(如表6所示)，故河嘉203H井選用QF－12脫硫劑進(jìn)行生產(chǎn)。

表6 四脫硫劑凈化成本對(duì)比分析表

3 結(jié)論

從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面分析比較了氧化鐵脫硫、活性炭脫硫、分子篩脫硫、氧化鋅脫硫，結(jié)果認(rèn)為氧化鐵脫硫具有較好的適應(yīng)性。

結(jié)合河嘉203H井的實(shí)際生產(chǎn)，脫硫劑進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)過(guò)氧化鐵干法脫硫劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，從脫硫效果和生產(chǎn)成本考慮，優(yōu)選出QF－12作為河嘉203H脫硫劑。

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