超重力脱硫技术

2017-04-05李雁飞

石油知识 2017年3期

关键词：伴生气吸收剂传质

■ 李雁飞李颖

超重力脱硫技术

■ 李雁飞李颖

某油田生产处理系统的伴生气均送火炬系统放空燃烧，伴生气中H2S含量高，含有硫醇硫，难于回收使用。为提高油田开发资源利用当量，公司决定对油田伴生气实施脱硫净化回收，对现有锅炉进行改造，以烧伴生气替代原油。

脱硫方案比选

脱硫工艺方案按照所采用脱硫剂的不同分为固体脱硫和液体脱硫两大类。通过研究对比，固体脱硫再生困难、硫容有限，在更换填料时放出大量的热量、温度很高，海上不易更换填料，因此固体脱硫方案不适用于海上工作环境。液体脱硫根据溶液的吸收和再生方式，可分为氧化还原法、物理吸收法和化学吸收法，液体脱硫工艺都能满足海上的工作环境。

根据伴生气组分报告，H2S含量约11960ppm。同时，伴生气中还含有少量的硫醇硫，能使某些方法中所使用的脱硫剂中毒。

对于传统的塔式设备的改良PDS法和LO-DES法脱硫，存在着整体占地面积较大、脱硫设备高度较高、单个设备重量较大等劣势，对于海上的工作环境，施工和后续的操作都存在着一定的困难。

由于海上设施空间有限，维修、维护设备难度大，因此需要选择硫容大、占地面积小、设备稳定运行时间长的方案——超重力脱硫。

超重力技术介绍

超重力技术利用旋转填料床中产生的强大离心力---超重力，使气、液的流速及填料的比表面积大大提高而不液泛。旋转填料床（Rotating Packed Bed,或RPB）是利用高速旋转的填料床产生的强大离心力（或超重力）使气液的流速及填料的有效比表面积大大提高，液体在高分散、高混合、强湍动以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相对速度在弯曲流道中接触，极大地强化传递过程的一种设备。

旋转填料床与传统的塔设备有较大的区别，一是液相流动由重力场条件变成了超重力场条件，流体力学特性和气液之间的传质传热规律有所不同；二是设备由传统的静止装置转化为旋转运动装置。在旋转填料床内，不同相间物料作强制性的接触运动，液相被分散成薄膜或细小雾滴，极大地提高了相界面积；剧烈搅动速度、浓度、温度边界层，强化了传递过程。

旋转性填料床分为两种，逆流型旋转填料床和错流型旋转填料床，本项目中选用了逆流型旋转填料床，其特征是强制气流由填料床的外圆周边进入旋转着的填料床，自外向内作强制性的流动，最后由中间流出。而液体由位于中央的一个静止分布器射出，喷入旋转体，在离心力作用下自内向外通过填料流出，使气液之间发生高效的逆流接触，在环形旋转器的高速转动下，利用强大的离心力，使气液膜变薄，传质阻力减小，增强了设备传质速率和处理能力。与一般情况下的蒸馏塔或吸收塔相比，在相同操作条件下，逆流型旋转填料床的传质单元高度降低了12个数量级，可将塔的高度缩为原来的1/10，塔的直径减为原来的1/5，并且显示出许多传统设备所完全不具备的优点。

GLT超重力脱硫装置的工艺参数及特点

该脱硫工艺系统的最大伴生气处理量为3.5×104Nm3/d（标况下），最小设计处理量为1.0×104Nm3/d，最大硫磺产量558.24kg/天。由于伴生气中H2S含量较高，因此伴生气脱硫及硫磺回收采用GLT超重力脱硫工艺系统，包括：超重力吸收氧化单元、硫磺沉降与脱硫剂再生单元、硫磺真空过滤及回收单元，溶剂的循环量为80m3/h，硫磺的回收率为99.9%，净化气中H2S含量低于14ppm（即20mg/ m3），满足后续使用要求。

GLT超重力脱硫系统在超重力的作用下，采用碱性吸收剂的氧化还原性质吸收伴生气中的H2S，硫化氢被络合铁直接氧化生成单质硫，络合铁转化为络合亚铁。本系统还将LODES法脱硫药剂再生和超重力脱硫药剂再生结合使用，提高药剂的再生效率，减少消耗量。含硫的溶液被送入沉降-氧化再生槽（简称“沉降槽”）。在沉降槽中晶体单质硫靠重力沉降到漏斗型的锥底，分出的硫浆（含硫约5%～15% wt）送往皮带真空过滤机，经过滤得到产品硫磺（粒径50～150μm）。与此同时在沉降槽中鼓入空气，以空气氧化碱性吸收剂中的络合亚铁，使吸收剂中的络合亚铁转化为络合铁，再生回用。从沉降槽放出的循环溶液经循环泵加压后，再去吸收气相中H2S。当LO-DES法不能满足药剂再生需要时，沉降槽中溶液沉降单质硫后进入再生超重力机，利用超重力技术，增加含硫溶液与空气的传质效率，高效再生循环液。

该法的特点是利用高硫容量的吸收剂，在超高传质效率的超重力机中进行硫化氢的吸收氧化和吸收剂的再生过程，大大降低了吸收剂溶液的用量。采用沉降槽有利于固液的分离，且因直接生成硫磺，不存在二次污染问题。采用超重力机、高硫容量的络合铁吸收剂并辅与管式反应器的预脱硫作用，不仅适用于高含硫的伴生气处理，而且循环液量小，装置尺寸小，特别适合海上石油开发应用。