干法脱硫装置脱硫剂更换研究

孟红，张利媛，阳小平，王健



干法脱硫装置脱硫剂更换研究

孟红1，张利媛1，阳小平2，王健2

（1. 中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司， 河北 任丘 062552； 2. 中石油北京天然气管道有限公司， 北京 100000）

京58地下储气库群中永22储气库为未开发的凝析气藏，采出气含大量H2S，项目采用干法脱硫技术对H2S进行脱除。由于该储气库为凝析气藏，采出气中含有凝析油，虽然脱硫塔之前对凝析油进行了分离，但仍不可避免的会有部分凝析油被带入脱硫塔，这就导致脱硫剂出现板结，造成脱硫剂卸剂困难。本文以永22储气库脱硫设计及运行情况为依托，研究预防脱硫剂板结的技术，以期提高脱硫剂的实际硫容、提高脱硫剂卸剂的便捷性。

H2S；凝析油；脱硫；卸剂

1 永22脱硫装置现状及面临的主要问题

1.1 设计概况

京58地下储气库群中永22储气库为未开发的凝析气藏，采出气含大量H2S，在采气前期需进行脱硫。永22储气库采用固体脱硫法，在京58集注站共设两套脱硫装置，每套装置4塔2组，组与组并联运行，每组2塔可串可并。

1.2 工艺流程

永22生产、计量分离器来气经过空冷器空冷至25 ℃，经预冷分离器分离后，通过保温管线输送至脱硫装置，进入脱硫装置天然气的操作压力为7.0 MPa（设计压力7.7 MPa）。

图1 单套脱硫装置工艺流程示意图

1.3 运行存在问题及对生产的影响

1）脱硫装置运行不能满足设计要求

永22储气库建库由于气藏内原始天然气高含硫化氢，脱硫装置的天然气处理能力受到制约，目前永22采气量约为100~130万m3/天，脱硫剂更换周期为40天左右，如按照设计250万m3/天的要求运行，预计大约7天左右需要换剂，而脱硫剂装卸料作业时间需要15天，不能满足连续生产。

2）脱硫剂性能问题

脱硫剂存在实际强度与耐油水性较差的缺陷，在遇油水的情况下容易粉化、板结；水冲洗过程中，脱硫剂粉末容易造成积聚。脱硫剂粉化、板结与硫容偏低带来的问题直接限制了永22储气库的安全生产与脱硫剂的实际效率。

（1）硫容偏低

京58储气库群采用的脱硫剂的实际硫容，明显低于理论硫容值，脱硫剂在使用过程中15~20天穿透，更换频繁。

（2）板结问题

脱硫装置顶部存在较为严重的板结现象，造成卸剂困难、施工工作量增加、卸剂作业周期延长、风险增大。在每次卸剂作业时，单塔中约1/4的脱硫剂能够自由流出，而剩余3/4的脱硫剂出现严重的板结现象，需要用高压水冲洗的方式卸剂。卸剂过程中发现脱硫塔底部脱硫剂未参与反应，严重影响了脱硫剂的使用效率。

1.4 需要解决的关键技术

针对京58地下储气库群脱硫装置更换脱硫剂过程中遇到的脱硫剂板结问题，通过资料查询、现场调研及必要的试验等手段，解决遇到的脱硫剂板结问题，实现脱硫剂的顺利、安全卸出。研究内容如下：

（1）如何防止凝析油带入系统，从根本上预防板结的发生；

（2）如何改进脱硫剂的性能、结构；

（3）如何优化操作，装剂方式、运行方案调整。

2 防止凝液进入脱硫塔

现场无法预测原料气中是否有液带入脱硫装置，可以根据预冷分离器、脱硫装置处的温度，通过工艺软件模拟，确定确实有液进入脱硫装置。

首先，应从源头上杜绝进入脱硫装置的液量，因此，可以对脱硫装置进行局部完善，在原料气进塔之前增加高效聚结分离器，从根本上预防板结的发生。

3 脱硫剂性能、结构调整

3.1 脱硫剂性能调整

永22储气库目前采出的天然气经分离后仍有少量凝析油进入了脱硫塔，脱硫剂与凝析油相互作用后发生粉化，在压差、水的共同作用下粉末与脱硫剂之间发生粘连，逐渐使上层脱硫剂板结，阻碍了气体通过，脱硫塔前后压差增大；在卸剂过程中，由于采用水冲洗的方式，废剂中的凝析油在水的浸泡作用下溢出并挥发，造成发生闪爆的安全隐患。从上述脱硫剂板结及卸料面临的问题来看，永22储气库需要选用具备以下特点的脱硫剂：

①具备一定的耐油性；

②强度较高；

③硫容较高。

3.2 脱硫剂结构优化

2012-2013采气期以后现场生产中将球形脱硫剂的直径由Ø(6～8)调整为Ø (4～6)。新脱硫剂粒径由原来平均7 mm减小至目前平均5 mm，堆密度增大，单位体积脱硫剂表面积增加约50%，增强了脱硫剂吸附的能力，硫容均超过15%，提高了脱硫效率并且减少了更换频次。

4 脱硫塔装填措施

综合投产以来的运行情况，提高硫容、优化工艺流程、合理安排采气运行方式、缓解脱硫剂使用过程中的板结的问题，确保证脱硫系统稳定运行，针对目前存在的问题，开展了以下工作。

4.1 塔顶部装填瓷球

在塔的最顶部铺设高度为200 mm的氧化铝瓷球，在装瓷球前首先将脱硫剂扒平，瓷球与脱硫剂之间设置丝网，可缓解进入塔内天然气对脱硫剂的冲击，改善塔内气体的分布，减少偏流，使脱硫剂反应更加均匀、充分。选用具有以下特点的瓷球：具有高强度、高化学稳定性和热稳定性，可耐高温、高压、酸、碱、盐及各类有机溶剂，不与凝析油、水发生反应。

4.2 装填吸油剂

针对脱硫塔底部脱硫剂未参与反应的实际情况，在保证出口硫化氢含量不超标的情况下，适当减少了脱硫剂的填装量，减少底部脱硫剂浪费，在脱硫塔上部装填吸油剂，吸油剂采用优质活性炭添加特种活性剂和助剂，在塔内采用分层铺垫的形式，以达到脱除天然气中油水的目的，减少油水对脱硫剂的不利影响。选用的吸油剂具有以下特点：孔隙率大，吸附效率高，油容量大，机械强度好，在高温、高压及水泡情况下不粉化，不与脱硫剂发生反应的特点。

4.2.1 除油效果分析

2016年的采气期在脱硫塔的上部装填了一定高度的活性炭，基本解决了脱硫剂板结问题，进而提高了脱硫剂使用效率，脱硫剂的硫容均超过21%。脱硫剂硫容刷新了建库以来历史纪录

4.2.2 活性炭在塔内分布方式

活性炭在塔内建议采用分层铺垫的形式：瓷球+活性炭+瓷球+脱硫剂+……，在塔内分布结构见图2。

图2 塔内分布结构

选用与脱硫剂粒径相当的活性炭，防止活性炭颗粒渗透到脱硫剂中，影响脱硫剂的使用效果，在活性炭的上下方各设置一定厚度的瓷球，使气体能够均匀分布，以防止气体在塔内发生偏流。

4.3 优化装剂方式

为避免破碎脱硫剂装入脱硫塔，一方面严格控制出厂脱硫剂颗粒的完整度，另一方面若出现脱硫剂破碎，入塔前对脱硫剂进行筛分。结合现场实际经验，及脱硫剂厂家提供的脱硫剂装填注意事项，确定本项目的脱硫剂装填方案。

4.3.1 装填时注意事项

1） 脱硫剂的装填必须满足化工等单元作业的有关安全规定。

2） 脱硫剂的装填工作应选在干燥的晴天进行。禁止雨天装剂。

3） 脱硫剂在搬运过程中，要轻放、轻卸、避免破碎。

4） 散落在地或玷污的脱硫剂，不得装入反应器内。

5） 装填过程中，为了防止将脱硫剂摔碎，脱硫剂的自由落体高度要小于1 m（采用S形装剂导流袋装填）

6）装填速度要均匀，要控制脱硫剂的下放速度，防止装料过程中物料破损，或“架桥，每1~2 m分层铺平，确保物料填充紧密均匀。

7）装填完成后，开车缓慢升压，防止脱硫剂被吹散。

8）吊装工具要有专人控制，参加装剂人员不要站在吊篮或装填桶的下方，以防发生意外。

9）在装剂时，不要把防护用具和装填工具遗忘在床层中。

4.3.2 装填步骤

1）首先计算脱硫剂、吸油剂和瓷球的装填高度。在装剂前，再次检查并核实脱硫剂的装填尺寸。

2）脱硫塔床层下部铺设的不锈钢丝网为4层，丝网孔径要小于脱硫剂粒径。 不锈钢丝网捆绑在格栅上，丝网边缘要向上翻起，高度不少于100 mm。

3）填装物料按照次序依次进行填装。

4）瓷球的装填：把瓷球吊到脱硫罐平台上，将瓷球装到反应器底部，根据装填图的尺寸，装填到规定高度(150~200 mm)，人工耙平并记录好装填高度，接着装脱硫剂，每装0.5~1 m床层高度需要将脱硫剂装填平整。

5）及时整理、核实脱硫剂、吸油剂、瓷球的装入数量。

在脱硫剂装填的过程中，应严格执行装填步骤，避免破碎的脱硫剂对脱硫效果产生影响。

5 结 论

通过对工艺流程优化，对脱硫剂性能、结构调整，优化装填措施等方法，目前永22储气库冬季采气生产中，脱硫装置生产运存在的问题和风险均得到有效控制。在采气量120×104m³/d的工况下，运行较为稳定，单套装置平均采气量可达4 000×104m³，实际硫容超过15%，平均更换周期为43天；在应急采气时，由于凝液量的增加与地面设施的限制，脱硫系统压差增加较快，采气量在（140~150）×104m³/d的条件下，能够连续安全采气7~10天，亦可确保天然气应急供应。

［1］朱世勇．工业气体净化技术[M]. 北京：化学工业出版社，2005：268-270．

［2］管汉平，李原欣，闫家帅，等．含凝析油气藏脱硫剂板结因素分析[J]. 技术研究，2016 (5)：108．

［3］杨艳，童仕唐．常温氧化铁脱硫剂研究进展[J].煤气与热力，2002 (4)：326-328．

Research on Desulfurizer Replacement in Dry Desulphurization Device

1,1,2,2

（1. China Petroleum Engineering Co.,Ltd. Huabei Branch, Hebei Renqiu 062552, China；2. PetroChina Beijing Gas Pipeline Co., Ltd., Beijing 100000, China）

Yong 22 gas storage is one undeveloped condensate gas reservoir, produced gas contains a lot of H2S, so the dry desulphurization technology is used to remove H2S. Because Yong 22 gas storage is a condensate gas reservoir, produced gas also contains condensate oil. Although condensate oil is separated from the produced gas, partial condensate oil unavoidably enters into the desulfurizing tower, which can cause the desulfurizing agent agglutinate and hardly discharge. In this paper, based on design and operation conditions of Yong 22 gas storage, the techniques to prevent the desulfurizing agent from agglutinating were studied, in order to enhance the actual sulfur capacity of the desulfurizing agent and improve the convenience of desulfurizer replacement.

H2S; condensate oil; desulfurization; discharging

孟红（1982-），女，工程师，山东省单县人，2005年毕业于大庆石油学院油气储运专业，研究方向：从事油气田地面建设、油气加工技术工作。

2017-04-11

TE 624

A

1004-0935（2017）07-0709-03