干法脱硫剂的优选及在河嘉203H井的应用

(西南石油大学化学化工学院，四川成都 610500)

干法脱硫技术是天然气脱硫中常用的一种技术，采用脱硫剂或催化剂来脱除硫化氢或有机硫的方法。干法脱硫通常采用固定床作为酸性组分的反应区，由于受硫容的限制，一般使用在硫含量较低的场合(硫化氢浓度≤2 400 mg/m3)。若硫含量较高，会造成再生频繁或更换频繁和费用增大的后果。

目前，国内外干法脱硫技术主要有氧化铁、活性炭、分子筛、氧化锌等，其中氧化铁法应用最广泛。

1 天然气干法脱硫技术简介

1.1 分子筛

分子筛是一种具有骨架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体，吸附性能优良。分子筛脱硫法的最大优点是可以再生利用，适用于低含硫、低水露点的天然气脱硫［1－2］。但分子筛法脱硫再生气处理费用较高，再生出的硫化氢需要处理，使装置一次性投资增大，若再生气送至火炬烧掉，原料气损失太大［3］。

1.2 氧化锌

氧化锌脱硫剂的主要成分是氧化锌，有的含有一些CuO、MnO2等促进剂。它有部分转化吸收的功能，但对有机硫的硫容很低。由于氧化锌能与H2S反应生成难理解的ZnS，且脱硫精度高，可脱至＜0.05×10－6，故一直用于精脱硫过程。但由于氧化锌脱硫剂的发展趋势是低温、高强度，常温条件下难以实现干法精脱硫且氧化锌脱硫剂成本较高(约2.5万元/t)，使其广泛运用受到了很大限制。

1.3 活性炭

活性炭脱硫剂具有硫容高、允许气速高、操作安全、环境接受性好等优点［4］。活性炭脱硫利用添加了催化剂的活性炭作为吸收、储存H2S的载体。

含硫天然气通过活性炭时，H2S扩散粘附到活性炭内，H2S与加入的相对当量的O2在活性炭内催化剂的作用下氧化成单质硫。硫沉积在活性炭内占据一定的硫容，当活性炭内的硫容完全被单质硫填充后，脱硫剂就完全失效，需更换新或再生。但再生必须在400℃的过热蒸汽下进行，费用很大，且再生后的脱硫剂强度变小，故再生的价值不大。

1.4 氧化铁

氧化铁脱硫是较为成熟的气体脱硫方法，最初使用的氧化铁脱硫剂是天然物料，后逐步采用人工合成的方法，其主要成分主要为活性氧化铁。脱硫剂吸收H2S饱和后，可在水蒸气存在下，以空气使之再生。再生析出的硫存在于脱硫剂床层中，它会逐步包围活性氧化铁而使H2S无法与之接触反应;通常认为当累积硫容达到13%(干基)时，就应更换脱硫剂。此过程由于温度升得较快，不易控制，现在一般干法脱硫都不采用再生工艺。

干法脱硫工艺比较，如表1所示。

从表1可以看出，氧化铁脱硫剂应用范围较广，应用起来投资低，效果相对较好。因此，推荐采用氧化铁脱硫剂。

表1 干法脱硫工艺对比表

2 氧化铁脱硫剂的优选

河嘉203H井投产以来使用恒日公司HR6－01、HR6－02，天然气研究院CT8－6B以及全富公司的QF－12脱硫剂。下面从脱硫剂击穿硫容以及天然气净化成本优选脱硫剂。

2.1 HR6－01脱硫剂试用情况

HR6－01型脱硫剂以三氧化二铁为主要活性组分，黄褐色柱状物，大小:Φ(4.5～5.5)×(5～15)，额定硫容≥15.0%，侧压强度≥35 N/cm［5－7］。

采用装填HR6－01型脱硫剂的3#、4#塔串联调试生产，日产气量5×104～6×104m3/d。原料气H2S含量4 700 ×10－6～5 200 ×10－6，至 3#塔出口H2S含量超过外输要求时运行时间仅为10 h阶段处理气量2.751 9×104m3，平均H2S含量5 033×10－6，击穿硫容为1.34%，其结果如表2所示。

表2 HR6－01型脱硫剂现场击穿硫容计算

2.2 HR6－02脱硫剂试用情况

HR6－02型脱硫剂以三氧化二铁为主要活性组分，黄褐色柱状物，大小:Φ (4.5～5.5)×(5～15)，额定硫容≥20.0%，侧压强度≥40 N/cm。

对HR6－02脱硫剂单塔生产，装塔15 t，至脱硫塔出口H2S含量达到14×10－6。测定两组数据。两塔的平均击穿硫容为12.07﹪。其结果如表3。

2.3 CT8－6B脱硫剂试用情况

CT8－6B型脱硫剂为天研院产品，是一种铁盐经氧化反应、离心分离、混合、挤条、晾干而成的固体脱硫剂，外形尺寸:Ф(4～7)×(5～15)，额定硫容≥25.0%，侧压强度≥40 N/cm。

表3 HR6－02型脱硫剂现场击穿硫容计算

CT8－6B脱硫剂单塔生产，装填15 t脱硫剂，3#塔单塔生产20 h。脱硫塔出口H2S含量达到14×10－6，期间累计处理气量 5.690 8 ×104m3，原料气平均H2S含量为6 683×10－6，击穿硫容3.6﹪，其结果如表4所示。

表4 CT8－6B型脱硫剂现场击穿硫容计算

2.4 QF－12脱硫剂简介及试用情况

QF－12脱硫剂是以三氧化二铁为主要活性组份，并添加其它助催化剂、阻燃剂加工而成的常温高效固体脱硫剂，外形尺寸:Ф(4～6)×(5～15)，额定硫容≥25.0%，侧压强度≥60 N/cm。已在长庆、华北、大庆、新疆，四川等油气田使用。

对QF－12脱硫剂单塔生产，装塔15 t，至脱硫塔出口H2S含量达到14×10－6。测定两组数据。两塔的平均击穿硫容为17.8﹪。其结果如表5。

表5 QF－12型脱硫剂现场击穿硫容计算

通过以上四种脱硫剂单塔运行情况跟踪，击穿硫容由大到小分别是:QF－12脱硫剂击穿硫容(17.8﹪) ＞HR6－02(12.07﹪) ＞CT8－68(3.6﹪) ＞HR6－01(1.34﹪)，且QF－12脱硫剂净化成本最低(如表6所示)，故河嘉203H井选用QF－12脱硫剂进行生产。

表6 四脱硫剂净化成本对比分析表

3 结论

从技术和经济两方面分析比较了氧化铁脱硫、活性炭脱硫、分子筛脱硫、氧化锌脱硫，结果认为氧化铁脱硫具有较好的适应性。

结合河嘉203H井的实际生产，脱硫剂进行生产经过氧化铁干法脱硫剂现场试验，从脱硫效果和生产成本考虑，优选出QF－12作为河嘉203H脱硫剂。

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