天然氣干法三塔脫硫工藝及橇裝化研究

張庚興，晁宏洲，黃明基

1.中油（新疆）石油工程有限公司（新疆 烏魯木齊 830026）

2.中國石油塔里木油田分公司 油氣運銷部（新疆 庫爾勒 841000）

硫化氫是一種無色的可燃氣體，有劇毒，對人體危害較大；在濕環境下硫化氫的存在會導致設備、管道腐蝕。GB 17820—2018《天然氣》規定[1]：一類氣中硫化氫含量不得高于6 mg/m3，二類氣中硫化氫含量不得高于20 mg/m3。

1 脫硫工藝

根據脫硫反應相態，天然氣脫硫工藝分為干法和濕法兩大類[2]。干法主要是固體脫硫劑工藝，屬非再生型脫硫。濕法按是否再生又分為可再生型和非再生型，其中再生型主要分為化學溶劑法、化學物理溶劑法、物理溶劑法和氧化還原法4類；非再生型主要為液體脫硫劑工藝。

一般情況下，天然氣脫硫工藝根據潛硫量確定。潛硫量大于10 t/d時，適用溶劑吸收法；潛硫量大于0.2 t/d 小于10 t/d 時，適用氧化還原法；潛硫量小于0.2 t/d時，適用干法脫硫。

干法脫硫的固定脫硫劑多采用無定型羥基氧化鐵，它具有較大的孔容及比表面積，較高的硫容且強度大，耐水性好。其脫硫反應式如下：

FeOOH+2H2S=FeSSH+2H2O

2 工藝流程

2.1 雙塔流程

脫硫塔[3]A、B 既可以并聯，也可以串聯；脫硫塔A、B 串聯時進氣先后順序可以互換，可滿足不同流量工況要求。工藝流程如圖1。

圖1 雙塔脫硫工藝流程

2.2 三塔流程

伴生氣先進入過濾器分離出液體，然后進入脫硫塔。正常工況時，天然氣先進塔A再進塔B（或塔C）串聯脫硫，塔A通過液位計和與其連鎖電動閥確保液體及時排出。塔A 更換填料時，天然氣通過塔B、C 串聯脫硫，且塔B、C 的順序可切換。工藝流程如圖2所示。

圖2 三塔脫硫工藝流程

3 脫硫塔設計

3.1 脫硫劑體積計算

根據天然氣中硫化氫含量，計算硫化氫質量流量，再根據脫硫劑硫容計算脫硫劑體積[4],相關技術參數見表1。

表1 脫硫塔設計技術參數

3.2 脫硫塔設計要點

1）為防止天然氣在脫硫塔內發生偏流，填料高度與直徑之比（高徑比）應為2～3。

2）為防止脫硫劑與空氣接觸發生自燃，更換脫硫劑時，應先從塔頂部注水口向塔內注水，待淹塔后再卸除脫硫劑。

3）天然氣從底部進入脫硫塔，頂部出塔，可脫除液態水，防止脫硫劑粉化。

4 脫硫橇設計

為減少現場施工量，壓縮工期，減少占地面積，對天然氣三塔脫硫工藝進行橇裝化設計[5]。考慮橇塊運輸的最大尺寸為3.5 m×18 m×4 m，一座工藝完備的橇有若干個橇塊組成，每個橇塊均單獨輸送。橇拆分成若干個橇塊進行運輸，到達現場后管道通過重新連接。

脫硫橇主要由脫硫塔、過濾器、工藝管道及閥門、鋼構架、儀控箱、配電箱組成。根據脫硫工藝流程、脫硫塔尺寸及運輸要求，將脫硫塔及其進出、旁通、放空、排污閥門組成一個橇塊，尺寸為3.5 m×14 m×4 m；為滿足吊裝及運輸要求，橇塊為框架鋼結構且脫硫塔應位于橇塊底座的幾何中心。過濾器及其進出、旁通閥門組成一個橇塊，尺寸為3.5 m×4 m×2 m。考慮強、弱電氣分離，儀控箱與配電箱布置在相距最遠的兩個橇塊上。根據塔頂操作需要設置二層平臺。脫硫橇與上下游工藝流程通過法蘭連接。某脫硫橇的PDMS模型如圖3所示。

5 工程應用

富城能源瑪131中冷處理站處理量為30×104m3/d，經檢測伴生氣中H2S含量為80 mg/m3（總硫含量為100 mg/m3），為滿足下游板翅式換熱器工藝要求，須將伴生氣中H2S含量降為≤5 mg/m3。根據工況需要設計的天然氣脫硫撬如圖4所示。

圖4 某脫硫橇

6 結束語

根據天然氣中潛硫量選擇脫硫工藝；根據處理氣量及工況要求選擇工藝流程；根據脫硫劑體積計算脫硫塔尺寸；脫硫塔橇裝化設計，有利于減少現場施工量，加快工程進度。