唐忠渝 瞿楊 劉建(西南油氣田分公司天然氣凈化總廠，重慶 400021)

0 引言

天然氣是人們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的一種能源，對(duì)人們的正常生活起著重要的保障作用，是由原料天然氣經(jīng)處理后所形成的。當(dāng)人們開(kāi)采出天然氣能源后，原料中會(huì)含有較多影響天然氣使用的因素，如CO2、H2O等，如果沒(méi)有正確處理這些物質(zhì)還會(huì)影響天然氣的運(yùn)輸安全、存儲(chǔ)安全。酸性氣體的處理需要使用硫磺回收裝置，這樣才可以保證產(chǎn)生的尾氣處于合格的狀態(tài)，使空氣不會(huì)被尾氣所污染。硫磺回收裝置不僅可以減少空氣污染，還能轉(zhuǎn)化其中的有害成分，提高資源的利用效率，深入落實(shí)可持續(xù)發(fā)展政策。

1 硫磺回收裝置的回收工藝原理

天然氣凈化總廠硫磺回收裝置有常規(guī)克勞斯硫磺回收裝置、超級(jí)克勞斯硫磺回收裝置、CBA克勞斯硫磺回收裝置、CPS克勞斯硫磺回收裝置等。由于接受硫磺回收裝置處理的酸性氣體擁有低硫以及高碳的特點(diǎn)，因此在對(duì)其進(jìn)行處理和回收時(shí)會(huì)使用氧化法，可以起到較好的回收效果[1]。超級(jí)克勞斯硫磺回收裝置常規(guī)克勞斯工藝要求調(diào)節(jié)空氣/酸氣比使尾氣中H2S/SO2的比例正好為2:1，即克勞斯反應(yīng)中最佳的H2S/SO2比率；超級(jí)克勞斯工藝要求通過(guò)調(diào)節(jié)空氣/酸氣比來(lái)控制第3級(jí)克勞斯反應(yīng)器出口H2S濃度，熱轉(zhuǎn)化段以非克勞斯比率運(yùn)行(即H2S/SO2高于2/1)。超級(jí)克勞斯硫磺回收工藝熱轉(zhuǎn)化段通過(guò)調(diào)節(jié)空氣流量使進(jìn)料中的H2S部分燃燒及碳?xì)浠衔锿耆趸瑫r(shí)使第3級(jí)克勞斯反應(yīng)器出口H2S為0.7%(v)左右。在線分析儀在第3級(jí)克勞斯反應(yīng)器出口分析過(guò)程氣中H2S含量，并反饋控制進(jìn)主燃燒爐的空氣流量；在1～3級(jí)克勞斯催化反應(yīng)段，過(guò)程氣中殘留的H2S和SO2在催化劑作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化生成硫，即克勞斯反應(yīng)；第三級(jí)克勞斯反應(yīng)器的過(guò)程氣與過(guò)量空氣混合后，進(jìn)入R-1404，在R-1404中采用選擇性氧化催化劑，過(guò)量空氣的存在使H2S的轉(zhuǎn)化率很高，同時(shí)超級(jí)克勞斯選擇性氧化催化劑不會(huì)促進(jìn)硫蒸氣與工藝氣中的水汽發(fā)生克勞斯逆反應(yīng)，因此可以獲得硫的高轉(zhuǎn)化率。硫磺回收裝置回收工藝流程圖如圖1所示。

2 天然氣凈化廠硫磺回收裝置平穩(wěn)運(yùn)行的影響因素

2.1 配風(fēng)比的影響

圖1 硫磺回收裝置回收工藝流程圖

配風(fēng)比是硫磺回收裝置在運(yùn)行過(guò)程中極其重視的一個(gè)因素，是有著嚴(yán)格的要求的，當(dāng)硫化氫氣體和空氣進(jìn)行混合之后，會(huì)使用催化劑對(duì)兩者的混合物進(jìn)行催化，使硫化氫出現(xiàn)選擇性氧化的反應(yīng)，最后生成單質(zhì)S和H2O。通過(guò)對(duì)氧化反應(yīng)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)氧氣是硫化氫氧化反應(yīng)中的必備條件之一，同時(shí)需要將氧氣和硫化氫的比值控制在1:2[2]。如果氧氣和硫化氫的比值小于0.5，則會(huì)影響催化劑的活性度，融入讓催化劑由于中毒而出現(xiàn)失去活性的問(wèn)題，給硫的收集效率造成影響。但是也不能讓氧氣和硫化氫的比值過(guò)高，這樣會(huì)給硫化氫的選擇性造成影響，導(dǎo)致尾氣中的二氧化硫出現(xiàn)增多的狀況。將配風(fēng)比控制在一級(jí)反應(yīng)器出口O2含量：0.2%～0.35%(mol)，二級(jí)反應(yīng)器出口O2含量：0.4%～0.5%(mol)，能夠得到較高的回收率。

2.2 酸氣流量是否處于穩(wěn)定狀態(tài)

當(dāng)硫磺回收裝置在運(yùn)行的過(guò)程中，需要對(duì)硫化氫以及氧氣的比例進(jìn)行正確的控制，讓其處于最佳的配比狀態(tài)，才能夠提升反應(yīng)的效果，為反應(yīng)過(guò)程中提供較好的條件。但是如果酸氣的流量處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，硫化氫持續(xù)波動(dòng)，空氣無(wú)法跟隨酸性氣體進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)條件處于滯后的狀態(tài)，給硫化氫轉(zhuǎn)化為硫的過(guò)程帶來(lái)了影響，減少了硫的轉(zhuǎn)化量以及硫化氫的選擇性。因此，要想保證硫磺回收裝置可以處于最佳的工作效果，就需要控制酸氣的流量波動(dòng)幅度，減輕由于流量波動(dòng)給硫磺回收裝置帶來(lái)的運(yùn)行影響[3]。

原料天然氣的凈化過(guò)程是從單井站開(kāi)始，經(jīng)過(guò)單井站之后原料天然氣會(huì)進(jìn)入到集氣站內(nèi)，之后再進(jìn)入到回收裝置內(nèi)接受處理?；谠咸烊粴獾膬艋^(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)原料的總量會(huì)給酸氣的流量帶來(lái)影響，單井站的設(shè)置位置、天然氣來(lái)源地層、天然氣品質(zhì)等也都屬于影響酸氣流量的因素。因此有關(guān)部門需要對(duì)原料天然氣的產(chǎn)量、單井站的布局進(jìn)行規(guī)劃和調(diào)整，避免給酸氣的流量造成影響。

天然氣凈化裝置采用 MDEA 濕法脫硫，酸氣主要由 MDEA富液再生解析出來(lái)。MDEA 溶液循環(huán)量的提升可以有效的減少在原料天然氣中所存在的酸性成分，進(jìn)而增加MDEA 溶液中包含的酸性組分含量，當(dāng)其再生之后可以產(chǎn)生的酸氣量也會(huì)增大；隨著這一凈化裝置運(yùn)行時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，MDEA 溶液會(huì)產(chǎn)生各種類型的降解物或者氧化物，同時(shí)加上原料天然氣中所帶有的其他雜物，同時(shí)會(huì)引起 MDEA 溶液出現(xiàn)的現(xiàn)象，造成酸氣量的變化[4]。為了保證凈化裝置可以持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，降低酸氣量出現(xiàn)波動(dòng)的幾率，提高原料天然氣的凈化效果需要對(duì)分離裝置和過(guò)濾裝置進(jìn)行定期的排污處理。檢查MDEA 溶液過(guò)濾裝置的內(nèi)部濾芯，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)進(jìn)行清洗，必要時(shí)更換濾芯。

2.3 酸氣的品質(zhì)

酸氣主要是由二氧化碳組成的，因此也在一定程度影響了硫化氫的轉(zhuǎn)化效率，而硫化氫所占的比例越高，相應(yīng)的酸氣品質(zhì)也會(huì)有所提升。硫化氫在遇到MDEA溶液之后，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，但是MEDA溶液和二氧化碳所產(chǎn)生的反應(yīng)效率則較慢。為了提升二氧化碳的反應(yīng)效率，盡量減少二氧化碳的存在，需要在脫硫塔之中增加MEDA溶液進(jìn)入脫硫塔的層數(shù)，并且在設(shè)置的過(guò)程中需要將保證凈化產(chǎn)品達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)條件。酸氣中也含有較多的水分，根據(jù)克勞斯的實(shí)際反應(yīng)理論進(jìn)行分析，水是該裝置反應(yīng)之后所產(chǎn)生的物質(zhì)，這些水分不利于硫化氫的轉(zhuǎn)化，應(yīng)當(dāng)減少水分來(lái)提升酸氣的品質(zhì)。在一般的情況下，在酸性氣進(jìn)料中包含約有水分2%～5%之間是能被接受的。如果水含量過(guò)多，則會(huì)降低硫磺的轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)增加安全事故發(fā)生幾率。水進(jìn)入回收裝置內(nèi)部后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)氣化的狀態(tài)，增加回收系統(tǒng)中的壓力，如果壓力過(guò)高會(huì)導(dǎo)致爆炸事故。要想減少水分需要控制好酸氣的溫度，盡量控制在20～40℃之間，有關(guān)人員要定期處理酸氣分離器，將其中的液體排出去，防止液體過(guò)多影響酸氣品質(zhì)以及硫磺回收裝置的工作效率[5]。水還會(huì)腐蝕回收裝置中的相應(yīng)設(shè)備以及管道，如果水含量較高，在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有氣化的水會(huì)破壞保溫襯，影響生產(chǎn)的效率。酸氣中的烴類物質(zhì)的含量高于3%也會(huì)給酸氣的質(zhì)量造成影響，容易生產(chǎn)出硫化羰以及二硫化碳。

2.4 酸氣預(yù)熱溫度的影響

在一級(jí)反應(yīng)器中使用鈦基催化劑進(jìn)行催化，需要將其控制在180～250℃之間，在這樣的環(huán)境下即使氧氣的含量過(guò)多，也會(huì)抑制二氧化硫的生成，避免排出的尾氣中出現(xiàn)過(guò)多的二氧化硫，給外界的空氣帶來(lái)影響。二級(jí)反應(yīng)器所使用的是鐵基催化劑進(jìn)行催化，在這種環(huán)境下硫的轉(zhuǎn)化效率有所提升，但是相對(duì)于一級(jí)反應(yīng)而言選擇性卻受到了影響，反應(yīng)溫度要控制在150～200℃之間。通過(guò)控制反應(yīng)的溫度能夠在提升硫轉(zhuǎn)化率的同時(shí)不影響選擇性，進(jìn)而提升硫磺回收裝置的運(yùn)行效果[6]。合理的溫度控制能夠提高硫化氫的轉(zhuǎn)化率，減少在尾氣中硫化氫以及二氧化硫的含量。

2.5 其他因素

反應(yīng)器溫度和催化劑的活性度也會(huì)影響到硫磺回收裝置的運(yùn)行，當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)器溫度高于440℃時(shí)，催化劑會(huì)熱老化失活，溫度低于118.7℃左右會(huì)硫沉積，導(dǎo)致催化劑失活，另外配風(fēng)過(guò)少，會(huì)造成催化劑積炭失活等。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)政策的不斷重視，我國(guó)對(duì)于改善環(huán)境污染、提高空氣質(zhì)量實(shí)施了較大的管控措施。天然氣凈化廠作為工業(yè)領(lǐng)域的重要企業(yè)類型之一，需要合理的控制硫磺回收裝置的運(yùn)行，避免生產(chǎn)活動(dòng)過(guò)程中給空氣造成污染。配風(fēng)比、酸氣流量是否穩(wěn)定、酸氣的實(shí)際品質(zhì)以及頂熱溫度都是可能給硫磺回收裝置帶來(lái)影響主要因素，相關(guān)人員需要重視這些因素，采取積極的干預(yù)措施，使用新型的工藝技術(shù)，減少這些因素的影響程度。通過(guò)對(duì)這些因素實(shí)施控制，可以保證硫磺回收裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，減少天然氣凈化廠所排放的廢氣量。