稀释酸气浓度提高硫转换率的效果分析

鲁校 闫梅 鲍云翔 田文华 梅洋（中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西西安 718500）

稀释酸气浓度提高硫转换率的效果分析

鲁校 闫梅 鲍云翔 田文华 梅洋（中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西西安 718500）

长庆气田采用Clinsulf-Do硫磺回收工艺处理高浓度含H2S的脱硫酸气。由于气田开采地层的变化，导致天然气脱硫产生的酸气浓度大幅度提高。酸气中的H2S浓度已超过了硫磺回收装置的设计范围，造成硫磺转化率偏低。本文针对含高浓度H2S的酸气提出一种酸气稀释的方法，降低硫磺回收装置的进料酸气浓度，从而达到提高装置转化率，减少含硫污染物排放量的目的。

Clinsulf-Do；硫磺转化率；酸气稀释

1 装置概况

长庆气田第二净化厂硫磺回收装置采用德国Linde公司开发的Clinsulf-Do硫磺回收工艺，用于处理天然气净化装置产生的酸气。其设计日处理酸气量为12×104m3-30×104m3，设计处理酸气H2S含量为1.55-3.59%（moL）。

2 稀释酸气浓度的设想

由于上游天然气气质变化，造成进硫磺装置酸气浓度持续升高，超过了装置处理酸气浓度的设计范围，浓度最高时可达18%。而装置进料酸气最高设计值为3.59%。由于装置进料酸气浓度过高，导致装置硫磺转化率下降。为降低酸气浓度，采用向酸气中通入一种惰性气体的方法，氮气是气田中较为常用的气体，装置检修以及天然气管线置换、吹扫都用到氮气。其化学性质十分稳定。N2分子中存在叁键N≡N，将它分解为原子需要吸收941.69kJ/moL的能量。且只有在高温高压并有催化剂存在的条件下，氮气才能发生反应。

由于氮气其稳定的化学性质和方便的获取途径（可以通过净化厂的制氮撬块获得），可以考虑使用氮气来稀释装置进料酸气浓度的办法来测验是否能提高硫磺转化率。

3 稀释酸气浓度的试验

3.1 试验步骤

在高酸气浓度下，分别向硫磺回收装置通入350m3/h、1000 m3/h、1500 m3/h的氮气进行稀释，试验统计结果如下表所示：

表1 酸气稀释试验数据统计表

试验后2013.7. 25 2013.7. 26 15：00 2013.7. 27 9：00 2013.7. 27 15：00 53.74% 65.92% 60.61% 73.60%试验后2013.9.5 2013.9.5 19：00 2013.9.6 9：00：00 2013.9.6 14：00 68.69% 67.84% 62.42% 69.65%试验后2013.11. 21 2013.12. 2 19：15 2013.12. 3 14：15 2013.12. 4 9：30 39.41% 52.66% 66.64% 62.12%

根据氮气试验中硫磺转化率的统计数据，可以得到：通入氮气稀释酸气对硫磺转化率提高有促进作用。

4 试验效果原因分析

影响硫磺回收装置总硫回收率的因素主要有硫磺回收催化剂本身的性能、反应本身的原料配比和条件以及装置操作运转情况等。

4.1 硫磺回收催化剂本身的性能的变化

硫磺回收催化剂的性能和硫磺回收装置的转化率受催化剂失活的影响较大。催化剂失活的原因主要有热老化引起催化剂比表面积下降，SO2的吸附及硫酸盐化、硫沉积和炭沉积等。

4.2 通入氮气对反应的影响

在Clinsulf-Do反应器内进行的主要反应有：

2 H2S+O2——→2/X SX+2H2O+410kJ/moL（直接氧化）

2 H2S+3O2——→2 SO2+2H2O+1037.8 kJ/moL

2 H2S+SO2←——→3/X SX+2H2O+91.6 kJ/moL（Claus）

虽然通入的氮气并不参与反应，但反应器中三个反应均为放热反应。尤其Claus为主反应，其反应放出的热量被通入的氮气所吸收，使化学平衡向生成单质硫的方向移动，从而得到最大的转换率。

4.3 装置操作运转情况的影响

装置的设计处理气量为12500 mg/m3，现处理气量约为4000—6000mg/m3的范围内，所以可通入的氮气量的裕值很大。在通入氮气运行的过程中，装置并未受到很大的影响。试验时装置基本处于稳定运行的状态。

5 结语

采用Clinsulf-Do硫磺回收工艺处理含H2S的脱硫酸气，由于装置本身的设计不能满足酸气浓度增大的生产条件，会存在一定的局限性，导致硫磺转化率降低。在装置设计允许的条件下，通入足量的氮气稀释酸气的方法，可以比较有效地解决这一问题。后期若是条件允许，可以考虑将尾气倒回到硫磺装置进口稀释酸气或是加入二级反应器进行二次反应的方法来减小SO2的排放量。