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干法脱硫剂的优选及在河嘉203H井的应用

2012-02-09

河南化工 2012年4期
关键词:硫容单塔脱硫剂

(西南石油大学化学化工学院,四川成都 610500)

干法脱硫技术是天然气脱硫中常用的一种技术,采用脱硫剂或催化剂来脱除硫化氢或有机硫的方法。干法脱硫通常采用固定床作为酸性组分的反应区,由于受硫容的限制,一般使用在硫含量较低的场合(硫化氢浓度≤2 400 mg/m3)。若硫含量较高,会造成再生频繁或更换频繁和费用增大的后果。

目前,国内外干法脱硫技术主要有氧化铁、活性炭、分子筛、氧化锌等,其中氧化铁法应用最广泛。

1 天然气干法脱硫技术简介

1.1 分子筛

分子筛是一种具有骨架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体,吸附性能优良。分子筛脱硫法的最大优点是可以再生利用,适用于低含硫、低水露点的天然气脱硫[1-2]。但分子筛法脱硫再生气处理费用较高,再生出的硫化氢需要处理,使装置一次性投资增大,若再生气送至火炬烧掉,原料气损失太大[3]。

1.2 氧化锌

氧化锌脱硫剂的主要成分是氧化锌,有的含有一些CuO、MnO2等促进剂。它有部分转化吸收的功能,但对有机硫的硫容很低。由于氧化锌能与H2S反应生成难理解的ZnS,且脱硫精度高,可脱至<0.05×10-6,故一直用于精脱硫过程。但由于氧化锌脱硫剂的发展趋势是低温、高强度,常温条件下难以实现干法精脱硫且氧化锌脱硫剂成本较高(约2.5万元/t),使其广泛运用受到了很大限制。

1.3 活性炭

活性炭脱硫剂具有硫容高、允许气速高、操作安全、环境接受性好等优点[4]。活性炭脱硫利用添加了催化剂的活性炭作为吸收、储存H2S的载体。

含硫天然气通过活性炭时,H2S扩散粘附到活性炭内,H2S与加入的相对当量的O2在活性炭内催化剂的作用下氧化成单质硫。硫沉积在活性炭内占据一定的硫容,当活性炭内的硫容完全被单质硫填充后,脱硫剂就完全失效,需更换新或再生。但再生必须在400℃的过热蒸汽下进行,费用很大,且再生后的脱硫剂强度变小,故再生的价值不大。

1.4 氧化铁

氧化铁脱硫是较为成熟的气体脱硫方法,最初使用的氧化铁脱硫剂是天然物料,后逐步采用人工合成的方法,其主要成分主要为活性氧化铁。脱硫剂吸收H2S饱和后,可在水蒸气存在下,以空气使之再生。再生析出的硫存在于脱硫剂床层中,它会逐步包围活性氧化铁而使H2S无法与之接触反应;通常认为当累积硫容达到13%(干基)时,就应更换脱硫剂。此过程由于温度升得较快,不易控制,现在一般干法脱硫都不采用再生工艺。

干法脱硫工艺比较,如表1所示。

从表1可以看出,氧化铁脱硫剂应用范围较广,应用起来投资低,效果相对较好。因此,推荐采用氧化铁脱硫剂。

表1 干法脱硫工艺对比表

2 氧化铁脱硫剂的优选

河嘉203H井投产以来使用恒日公司HR6-01、HR6-02,天然气研究院CT8-6B以及全富公司的QF-12脱硫剂。下面从脱硫剂击穿硫容以及天然气净化成本优选脱硫剂。

2.1 HR6-01脱硫剂试用情况

HR6-01型脱硫剂以三氧化二铁为主要活性组分,黄褐色柱状物,大小:Φ(4.5~5.5)×(5~15),额定硫容≥15.0%,侧压强度≥35 N/cm[5-7]。

采用装填HR6-01型脱硫剂的3#、4#塔串联调试生产,日产气量5×104~6×104m3/d。原料气H2S含量4 700 ×10-6~5 200 ×10-6,至 3#塔出口H2S含量超过外输要求时运行时间仅为10 h阶段处理气量2.751 9×104m3,平均H2S含量5 033×10-6,击穿硫容为1.34%,其结果如表2所示。

表2 HR6-01型脱硫剂现场击穿硫容计算

2.2 HR6-02脱硫剂试用情况

HR6-02型脱硫剂以三氧化二铁为主要活性组分,黄褐色柱状物,大小:Φ (4.5~5.5)×(5~15),额定硫容≥20.0%,侧压强度≥40 N/cm。

对HR6-02脱硫剂单塔生产,装塔15 t,至脱硫塔出口H2S含量达到14×10-6。测定两组数据。两塔的平均击穿硫容为12.07﹪。其结果如表3。

2.3 CT8-6B脱硫剂试用情况

CT8-6B型脱硫剂为天研院产品,是一种铁盐经氧化反应、离心分离、混合、挤条、晾干而成的固体脱硫剂,外形尺寸:Ф(4~7)×(5~15),额定硫容≥25.0%,侧压强度≥40 N/cm。

表3 HR6-02型脱硫剂现场击穿硫容计算

CT8-6B脱硫剂单塔生产,装填15 t脱硫剂,3#塔单塔生产20 h。脱硫塔出口H2S含量达到14×10-6,期间累计处理气量 5.690 8 ×104m3,原料气平均H2S含量为6 683×10-6,击穿硫容3.6﹪,其结果如表4所示。

表4 CT8-6B型脱硫剂现场击穿硫容计算

2.4 QF-12脱硫剂简介及试用情况

QF-12脱硫剂是以三氧化二铁为主要活性组份,并添加其它助催化剂、阻燃剂加工而成的常温高效固体脱硫剂,外形尺寸:Ф(4~6)×(5~15),额定硫容≥25.0%,侧压强度≥60 N/cm。已在长庆、华北、大庆、新疆,四川等油气田使用。

对QF-12脱硫剂单塔生产,装塔15 t,至脱硫塔出口H2S含量达到14×10-6。测定两组数据。两塔的平均击穿硫容为17.8﹪。其结果如表5。

表5 QF-12型脱硫剂现场击穿硫容计算

通过以上四种脱硫剂单塔运行情况跟踪,击穿硫容由大到小分别是:QF-12脱硫剂击穿硫容(17.8﹪) >HR6-02(12.07﹪) >CT8-68(3.6﹪) >HR6-01(1.34﹪),且QF-12脱硫剂净化成本最低(如表6所示),故河嘉203H井选用QF-12脱硫剂进行生产。

表6 四脱硫剂净化成本对比分析表

3 结论

从技术和经济两方面分析比较了氧化铁脱硫、活性炭脱硫、分子筛脱硫、氧化锌脱硫,结果认为氧化铁脱硫具有较好的适应性。

结合河嘉203H井的实际生产,脱硫剂进行生产经过氧化铁干法脱硫剂现场试验,从脱硫效果和生产成本考虑,优选出QF-12作为河嘉203H脱硫剂。

[1]谭羽非,陈家新.天然气地下储气库垫层与工作气混合的模拟研究[J].哈尔滨工业大学学报,2001,33(4):547-550.

[2]李 艳.莫斯科天然气市场及供气系统[J].石油规划设计,2001,12(3):43-44.

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[4]李国梁.固定床液化石油气脱臭催化剂和活性炭脱硫剂的研制[J].炼油设计,2002,32(6):30-32.

[5]张雄辉.河口油区天然气脱硫工艺的选择[J].石油化工腐蚀与防护,2008,25(4):58-59.

[6]肖安路,孔渝华,胡典明,等.氧化铁脱硫剂硫容的不同测定方法及其结果比较[J].湖北化工,2001,(2):22-25.

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