常规克劳斯非常规分流法在元坝气田天然气净化厂的应用

周榆　吴小龙　朱超　陈亮　王平

摘 要：本文对克劳斯分流法的适用情况进行分析，并提出常规克劳斯非常规分流法在天然气净化厂中的应用流程与方法，力求通过本文研究，使硫的回收率得到进一步提升，与绿色经营理念充分符合。

关键词：常规克劳斯;非常规分流法;天然气净化

元坝净化厂装置在应用过程中，采用TEG法脱水、复合溶剂法脱硫等工艺，当原料气处理量再生酸性气H2S占比达到41%-48%之间时，将常规克劳斯非常规分流法回收工艺与SCOT尾气处理工艺相结合，即可确保克劳斯炉膛内部反应温度恒定，还可使装置内总硫收率增加，达到99.9%，与绿色化学理念充分符合。

1 克劳斯分流法的适用情况

与其他回收工艺相比来看，克劳斯法在硫磺回收中不但操作简便，适应性强，而且回收率较高，投资额度较少，在炼化厂、天然气净化厂中得到广泛应用，主要用于对酸性气体与含H2S气体收硫。对于不同气体来说，含有的H2S浓度不尽相同，需要对克劳斯法进行改良，包括直流法、分流法与直接氧化法三种，本文以分流法为例进行分析。

当酸气中H2S的含量处于15%-50%之间时，可采用分流法进行操作，将酸性气划分为两个部分，将其中一股占比为1/3的酸气投入到燃烧炉中，输送到炉中的空气应根据需求科学配比，使其充分燃烧，形成过程气，与剩余占比为2/3酸性气混合，切记要在预热器前方融合，融合后的气体经过预热后进入到后续催化反应中，继续转化形成单质硫，在此工艺中硫的回收主要发生在催化反应时期。对此，为了提高转化率，分流法所使用的装置通常采用两级以上催化进行转化，利用H2S的总转化率可超过90%[1]。

2 常规克劳斯非常规分流法在元坝天然气净化厂中的应用

在元坝气田中，做使用的原料气中含有H2S，占比均值为5.55%，二氧化碳的占比均值为6.57，有机硫的质量浓度为362.4mg/m3。为了使产品天然气指标达到理想状态，H2S的质量浓度应不超过6mg/m3，CO2的体积分数应不超过3%，在天然气净化厂中，所采用的石化知识产权复合溶剂应从原料气中脱离出来。在再生塔中将酸性气释放出来，气体内的H2S体积分数在41%-48%范围内，与分流法的应用范围相符合。但是，常规的分流法应用效果有限，无法与设计方面尾气排放超标、高硫回收率等问题有机结合，因此在元坝天然气净化中可采用改良后的分流法，对单质硫进行回收。

脱硫单元中蕴含着再生系统，该系统中含有的酸性气体进入硫磺回收单元以后，首先会透入到酸性气分液罐之中，将携带的液相组分析出。在自酸气分液罐中，本身便含有大量酸性气体，与空气接触后共同透入到反应炉中，在第一反应区内进行燃烧，产生的热量可用来保持炉内温度稳定，始终在1050℃左右;混合气体在该温度下，Claus热转化反应中可生成许多硫蒸汽，剩余的酸性气在经过第二反应区后，与第一反应区内的气体相混合，使一些Claus热转化形成硫蒸汽，转化率在65%-68%之间，在反应炉中经过燃烧反应产生大量气体，传入到与反应炉相连的余热锅炉之中，在该炉内对余热进行回收，并产生大量压力在4.0MPa左右的中压蒸汽，通过该过程可使气体得到冷却，降低到300℃左右。在冷却之后，过程气进入到一级硫冷凝器之中，使气体得到二次冷却，降低到170℃左右。在经过二次冷却后的气体中，产生0.38MPa的低压蒸汽，将冷凝后的液体放入一级封罐中储存起来，然后流入到液硫池之中。

从一级硫冷凝器中涌出的过程气投入到进料加热器之中，在压力为4.0MPa等级作用下，将高压蒸汽到235℃后进入到一级转化器之中，经过反应器中的过程气与催化剂相接触，经过Claus催化反应后达到平衡状态，与此同时，有机硫开始水解，在反应完毕后过程气投入到二级冷凝器之中，气温被降低在170℃，并使液体流出，产生等级为0.38MPa的低压蒸汽，将冷凝后的液体经过二级封罐汇入到液硫池之中。

过程气经过二级催化反应时，部分经过流程与一级基本相同，在反应过程中，将进料加热器加热到210℃左右后再投入到转化器之中。在转化器中与催化剂发生反应，即Claus催化反应，直至达到均衡状态，据检验该环节的转化率可达到95%。当反应过程气投入到末级硫冷凝器中后，与锅炉内的水发生反应，产生大量低压蒸汽，在克劳斯容器中冷凝后产生凝结水，将其投入到末级冷凝器之中循环利用，使冷凝溶液流入三级硫封罐中，最终进入液硫池。在末级冷凝器中，产生的过程气在液硫捕集器的基础上，将液硫分离出来，将其投入到尾气处理单元中，将分离后的液硫投入到捕集器中封罐，最终使其进入到液硫池之中。在尾气处理方面，采用串级SCOT工艺，将剩余的过生气中H2S吸入其中，在脱硫单元中循环，最终使装置中的硫回收率得以提升，达到99.9%。

3 结论

综上所述，通过本文研究可得出以下结论，在元坝气田开采过程中，气源组分改变需要综合考虑，与实际酸性气组成含量变化情况相结合，对克劳斯炉中的酸性气量进行调整，进而维护炉内温度稳定，提高硫的回收率，有效防治因炉膛温度降低对硫回收率产生的不良影响，进而证实分流法在硫回收方面的有效性，使预期目标顺利达成。

参考文献：

[1]曹文全，韩晓兰，等.常规克劳斯非常规分流法硫磺回收工艺在天然气净化厂的应用[J]，石油與天然气化工，2016，45（5）：11-16