天然气干法三塔脱硫工艺及橇装化研究

张庚兴，晁宏洲，黄明基

1.中油（新疆）石油工程有限公司（新疆 乌鲁木齐 830026）

2.中国石油塔里木油田分公司 油气运销部（新疆 库尔勒 841000）

硫化氢是一种无色的可燃气体，有剧毒，对人体危害较大；在湿环境下硫化氢的存在会导致设备、管道腐蚀。GB 17820—2018《天然气》规定[1]：一类气中硫化氢含量不得高于6 mg/m3，二类气中硫化氢含量不得高于20 mg/m3。

1 脱硫工艺

根据脱硫反应相态，天然气脱硫工艺分为干法和湿法两大类[2]。干法主要是固体脱硫剂工艺，属非再生型脱硫。湿法按是否再生又分为可再生型和非再生型，其中再生型主要分为化学溶剂法、化学物理溶剂法、物理溶剂法和氧化还原法4类；非再生型主要为液体脱硫剂工艺。

一般情况下，天然气脱硫工艺根据潜硫量确定。潜硫量大于10 t/d时，适用溶剂吸收法；潜硫量大于0.2 t/d 小于10 t/d 时，适用氧化还原法；潜硫量小于0.2 t/d时，适用干法脱硫。

干法脱硫的固定脱硫剂多采用无定型羟基氧化铁，它具有较大的孔容及比表面积，较高的硫容且强度大，耐水性好。其脱硫反应式如下：

FeOOH+2H2S=FeSSH+2H2O

2 工艺流程

2.1 双塔流程

脱硫塔[3]A、B 既可以并联，也可以串联；脱硫塔A、B 串联时进气先后顺序可以互换，可满足不同流量工况要求。工艺流程如图1。

图1 双塔脱硫工艺流程

2.2 三塔流程

伴生气先进入过滤器分离出液体，然后进入脱硫塔。正常工况时，天然气先进塔A再进塔B（或塔C）串联脱硫，塔A通过液位计和与其连锁电动阀确保液体及时排出。塔A 更换填料时，天然气通过塔B、C 串联脱硫，且塔B、C 的顺序可切换。工艺流程如图2所示。

图2 三塔脱硫工艺流程

3 脱硫塔设计

3.1 脱硫剂体积计算

根据天然气中硫化氢含量，计算硫化氢质量流量，再根据脱硫剂硫容计算脱硫剂体积[4],相关技术参数见表1。

表1 脱硫塔设计技术参数

3.2 脱硫塔设计要点

1）为防止天然气在脱硫塔内发生偏流，填料高度与直径之比（高径比）应为2～3。

2）为防止脱硫剂与空气接触发生自燃，更换脱硫剂时，应先从塔顶部注水口向塔内注水，待淹塔后再卸除脱硫剂。

3）天然气从底部进入脱硫塔，顶部出塔，可脱除液态水，防止脱硫剂粉化。

4 脱硫橇设计

为减少现场施工量，压缩工期，减少占地面积，对天然气三塔脱硫工艺进行橇装化设计[5]。考虑橇块运输的最大尺寸为3.5 m×18 m×4 m，一座工艺完备的橇有若干个橇块组成，每个橇块均单独输送。橇拆分成若干个橇块进行运输，到达现场后管道通过重新连接。

脱硫橇主要由脱硫塔、过滤器、工艺管道及阀门、钢构架、仪控箱、配电箱组成。根据脱硫工艺流程、脱硫塔尺寸及运输要求，将脱硫塔及其进出、旁通、放空、排污阀门组成一个橇块，尺寸为3.5 m×14 m×4 m；为满足吊装及运输要求，橇块为框架钢结构且脱硫塔应位于橇块底座的几何中心。过滤器及其进出、旁通阀门组成一个橇块，尺寸为3.5 m×4 m×2 m。考虑强、弱电气分离，仪控箱与配电箱布置在相距最远的两个橇块上。根据塔顶操作需要设置二层平台。脱硫橇与上下游工艺流程通过法兰连接。某脱硫橇的PDMS模型如图3所示。

5 工程应用

富城能源玛131中冷处理站处理量为30×104m3/d，经检测伴生气中H2S含量为80 mg/m3（总硫含量为100 mg/m3），为满足下游板翅式换热器工艺要求，须将伴生气中H2S含量降为≤5 mg/m3。根据工况需要设计的天然气脱硫撬如图4所示。

图4 某脱硫橇

6 结束语

根据天然气中潜硫量选择脱硫工艺；根据处理气量及工况要求选择工艺流程；根据脱硫剂体积计算脱硫塔尺寸；脱硫塔橇装化设计，有利于减少现场施工量，加快工程进度。