2004LOCAT在隆昌的应用

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1、LO - CAT工 艺 技 术 在 隆 昌 天 然 气 净 化 厂 的 应 用徐 双 金 刘 旭 光 李 开 李 琦（ 中 国 石 油 西 南 油 气 田 分 公 司 蜀 南 气 矿 ）摘 要 简 述 了 LO - CAT 工 艺 原 理 、 特 点 、 流 程 及 其 溶 剂 组 成 ， 介 绍 了 该 工 艺 技 术 在 隆 昌 天 然 气 净化 厂 的 应 用 情 况 。 该 装 置 的 特 点 是 防 堵 措 施 完 善 、 防 腐 措 施 得 当 、 气 体 分 布 均 匀 、 自 控 设 施 简 易 可 靠 、 装置 操 作 弹 性 大 。 提 出 了 装 置 存 在 的 问 题

2、及 改 进 措 施 。 LO - CAT 工 艺 技 术 的 成 功 应 用 ， 可 为 该 技 术 在 我国 天 然 气 净 化 领 域 的 推 广 应 用 提 供 借 鉴 。关 键 词 LO - CAT 工 艺 天 然 气 净 化 应 用2001 年 10 月 建 成 投 产 的 隆 昌 天 然 气 净 化 厂 ， 其 酸气 处 理 装 置 系 从 美 国 USFilter 公 司 引 进 的 LO - CAT 装置 ， 该 引 进 装 置 从 投 产 至 今 运 行 平 稳 ， 排 放 的 尾 气 中H2S 低 于 10 10- 6， 起 到 了 一 套 装 置 代 替 Claus 硫

3、回 收和 尾 气 处 理 装 置 的 效 果 ， 可 为 该 工 艺 在 我 国 气 体 净 化领 域 推 广 应 用 提 供 借 鉴 。1 LO- CAT 工 艺 简 介LO - CAT 工 艺 是 一 种 铁 基 液 相 催 化 氧 化 还 原 脱硫 工 艺 ， 由 ARI 公 司 开 发 成 功 ， 专 利 权 人 为 美 国 USFil-ter 公 司 。 分 常 规 LO - CAT 工 艺 和 自 循 环 LO - CAT（ 即 LO - CAT） 工 艺 ， 适 宜 于 潜 硫 量 0.2 10 t/d 的 含硫 气 净 化 。 其 反 应 原 理 如 下 ：H2S 的 吸 收

4、： H2S + H2 =O H2S（ 水 相 ） + H2O （ 1）一 步 电 离 ： H2S=（ 水 相 ） H+ HS-（ 2）二 步 电 离 ： HS=-H+ S2 -（ 3）吸 收 （ 氧 化 ） 反 应 ： 2Fe3 + S2 -2Fe2 + S0（ 4）氧 气 吸 收 ： O2+ H2 =O 2O（ 水 相 ） + H2O （ 5）再 生 （ 还 原 ） 反 应 ：2Fe2 + 1/2O2（ 水 相 ） + 2H+2Fe3 + H2O （ 6）总 反 应 ： H2S + 1/2O2H2O + S0（ 7）主 要 副 反 应 ： 2HS-+ 2O2S2O2 -3+ H2O （ 8）

5、LO - CAT 工 艺 脱 硫 原 理 与 醇 胺 法 脱 硫 的 不 同 点在 于 LO - CAT 法 是 氧 化 还 原 过 程 ， 只 脱 除 H2S， 基 本不 脱 除 CO2； 而 醇 胺 法 是 利 用 温 度 、 压 力 对 酸 碱 化 学 反应 平 衡 的 影 响 ， 不 仅 脱 除 H2S， 还 脱 除 CO2。LO- CAT 工 艺 采 用 铁 基 催 化 剂 ， 无 毒 ， 且 较 好 地解 决 了 堵 塞 和 腐 蚀 问 题 ， 从 20 世 纪 80 年 代 开 发 成 功以 来 发 展 迅 速 ， 至 1998 年 ， 国 外 已 建 和 在 建 的 装 置 已

6、达 232 套 。 过 去 常 用 的 是 氧 化 还 原 工 艺 。 凡 溶 剂 有 毒的 工 艺 方 法 均 在 淘 汰 之 列 ， 如 ADA 法 ， 其 溶 剂 为 矾 基溶 剂 ， 国 外 已 不 再 建 设 。1.1 常 规 LO - CAT 工 艺常 规 LO - CAT 流 程 简 图 见 图 1。 吸 收 和 氧 化 （ 再生 ） 分 别 在 两 个 容 器 内 完 成 。 在 吸 收 塔 中 ， 酸 气 中 的H2S 被 氧 化 为 单 质 硫 ， 氧 化 剂 Fe3 +被 还 原 为 Fe2 +； 在氧 化 塔 中 ， 来 自 鼓 风 机 的 空 气 与 溶 液 接 触

7、再 生 ， Fe2 +被氧 化 为 Fe3 +。 氧 化 再 生 后 的 溶 液 进 入 缓 冲 罐 中 ， 用 循环 泵 打 入 吸 收 塔 中 完 成 溶 液 循 环 。 含 硫 溶 液 经 过 滤 器得 到 硫 饼 。 由 于 各 种 化 学 药 剂 被 硫 滤 饼 不 断 少 量 带走 ， 加 之 化 学 药 剂 自 身 降 解 ， 为 保 持 其 在 系 统 中 浓 度 和pH 值 ， 流 程 中 设 置 数 台 加 药 泵 。常 规 LO - CAT 工 艺 可 用 于 压 力 下 直 接 处 理 含 硫天 然 气 ， 但 由 于 溶 液 中 Fe3 +/Fe2 +浓 度 为 （

8、500 1500） 10- 6， 硫 容 远 低 于 胺 法 ， 故 循 环 量 大 ， 电 耗 高 ， 当 处 理含 硫 气 的 压 力 超 过 3 MPa 时 是 不 经 济 的 。42 石 油 与 天 然 气 化 工 20041.2 自 循 环 LO- CAT 工 艺自 循 环 LO - CAT 工 艺 流 程 简 图 见 图 2。 与 常 规LO- CAT 工 艺 相 比 ， 吸 收 和 氧 化 （ 再 生 ） 在 一 个 容 器 内完 成 ， 反 应 器 分 内 区 和 外 环 区 ， 酸 气 和 空 气 不 相 混 溶 ，分 两 路 进 入 反 应 器 。 在 吸 收 区 （ 内

9、区 ） 酸 气 中 的 H2S 被氧 化 为 单 质 硫 ， 氧 化 剂 Fe3+被 还 原 为 Fe2+， 同 时 在 这个 吸 收 /氧 化 器 内 ， 来 自 鼓 风 机 的 空 气 与 溶 液 接 触 ，Fe2+被 氧 化 为 Fe3+。 由 于 吸 收 区 域 与 氧 化 区 域 溶 解气 体 量 的 不 同 造 成 了 不 同 的 溶 液 密 度 ， 溶 液 的 密 度 差形 成 了 溶 液 的 自 循 环 ， 正 因 为 如 此 ， 该 系 统 称 为 自 循 环LO- CAT 系 统 ， 亦 称 LO- CAT。由 于 溶 液 在 吸 收 /氧 化 器 内 能 够 自 循 环

10、， 省 去 了 高能 耗 的 循 环 泵 ， 使 电 耗 大 大 降 低 。 同 时 ， 可 进 一 步 稀 释溶 液 ， Fe3+/Fe2+浓 度 可 降 为 500 10- 6， 以 满 足 反 应 动力 学 的 要 求 ， 降 低 化 学 品 消 耗 。自 循 环 工 艺 系 在 常 压 下 操 作 ， 净 化 气 体 与 再 生 余气 混 合 后 排 至 大 气 ， 特 别 适 用 于 低 压 含 硫 气 的 处 理 ， 常用 来 与 胺 法 装 置 组 合 ， 代 替 Claus 硫 回 收 和 尾 气 处 理装 置 。 隆 昌 天 然 气 净 化 厂 引 进 的 酸 气 处 理 工

11、 艺 即 为 自循 环 LO- CAT 工 艺 ， 用 于 该 厂 胺 酸 气 的 处 理 。1.3 LO- CAT 工 艺 的 溶 剂 组 成该 工 艺 使 用 的 化 学 品 共 6 种 ， 其 作 用 分 述 如 下 ：铁 氧 化 剂 浓 缩 溶 液 （ ARI- 340） ： 黑 红 色 液 体 ， 作用 是 提 供 足 够 的 螯 合 铁 离 子 作 为 氧 化 剂 ， 把 H2S 氧 化为 元 素 硫 。 溶 液 中 浓 度 需 控 制 在 500 10- 6左 右 ， 需连 续 添 加 。螯 合 铁 稳 定 剂 浓 缩 液 （ ARI- 350） ： 亮 黄 色 液 体 ，略 带

12、 氨 味 ， 作 用 是 使 螯 合 铁 离 子 在 溶 液 中 稳 定 存 在 。系 统 需 一 定 浓 度 的 硫 代 硫 酸 盐 才 能 使 其 稳 定 ， 需 根 据铁 离 子 浓 度 连 续 添 加 。细 菌 抑 制 剂 （ ARI- 400） ： 浅 棕 色 液 体 ， 作 用 是 控制 溶 液 中 的 细 菌 生 长 。 溶 液 中 的 细 菌 由 空 气 或 水 带入 ， 细 菌 会 消 耗 ARI- 350， 可 间 断 、 少 量 加 入 以 抑 制 细菌 生 长 。表 面 活 性 剂 （ ARI- 600） ： 亮 色 液 体 ， 作 用 是 降 低表 面 张 力 ， 使

13、 硫 磺 颗 粒 易 于 聚 集 和 沉 降 ， 需 连 续 添 加 。以 上 化 学 药 剂 均 为 USFilter 公 司 的 专 利 产 品 。45%KOH 溶 液 ， 作 用 是 维 持 溶 液 的 pH 值 保 持在 8 9， 以 利 于 反 应 的 顺 利 进 行 ， 需 连 续 添 加 。消 泡 剂 （ Nalco EC 9076A） ： 系 统 工 艺 来 气 含 有 有害 杂 质 或 ARI - 600 添 加 过 多 以 及 溶 液 降 解 等 均 可 能导 致 溶 液 发 泡 ， 此 时 需 加 入 消 泡 剂 。2 隆 昌 天 然 气 净 化 厂 自 循 环 LO-

14、CAT 装 置2.1 装 置 概 况隆 昌 天 然 气 净 化 厂 设 计 规 模 为 40 104m3/d， 压力 3 MPa， 用 于 处 理 荷 包 场 、 螺 观 山 地 区 含 硫 天 然 气 ，其 H2S 含 量 加 权 平 均 值 为 3 g/m3， 潜 硫 量 略 低 于 1.2t/d， 处 于 LO - CAT 工 艺 适 宜 的 潜 硫 量 范 围 内 。 因 该含 硫 气 压 力 为 3 MPa， 因 此 选 择 自 循 环 LO - CAT 工 艺作 为 MDEA 脱 硫 装 置 所 产 生 酸 气 的 处 理 工 艺 。该 装 置 从 美 国 USFilter 公 司

15、 引 进 ， 全 套 装 置 由 一台 酸 气 分 离 器 、 一 台 吸 收 氧 化 塔 （ 含 塔 内 构 件 ） 、 硫 磺 过滤 系 统 、 两 台 鼓 风 机 （ 一 用 一 备 ） 、 一 套 化 学 品 补 加 系统 、 两 个 KOH 储 罐 组 成 。 除 吸 收 氧 化 器 较 大 外 ， 其 余设 备 均 可 实 现 橇 装 化 。 装 置 操 作 方 便 ， 自 2001 年 10月 17 日 投 运 以 来 ， 运 行 平 稳 。2.2 装 置 特 点2.2.1 防 堵 措 施 完 善堵 塞 是 液 相 氧 化 还 原 工 艺 通 常 存 在 的 问 题 ， 该 引进

16、 装 置 由 于 采 取 了 以 下 措 施 ， 使 堵 塞 问 题 基 本 得 以 解决 。（ 1） 吸 收 /氧 化 器 内 部 构 件 设 计 巧 妙 ， 别 致 的 鼓 泡系 统 能 够 使 溶 液 自 动 循 环 。（ 2） 采 用 双 气 路 分 区 进 气 处 理 酸 气 而 非 化 工 上 更成 熟 的 单 气 路 内 环 流 反 应 器 ， 从 而 避 免 氧 气 与 硫 化 氢直 接 接 触 造 成 的 高 硫 代 硫 酸 盐 生 成 率 。 同 时 ， 双 气 路分 区 进 气 避 免 吸 收 和 再 生 反 应 变 成 串 联 反 应 ， 可 降 低串 联 反 应 时 的 析 硫 速 度 ， 有 利 于 减 缓 硫 堵 。（ 3） 引 进 装 置 的 分 配 器 套 有 弹 性 橡 胶 “ 袖 套 ” ， 它是 防 止 喷 孔 堵 塞 的 极 有 特 色 的 设 计 。 当 气 体 流 量 大 时喷 孔 张 大 ， 气 体 流 量 小 时 喷 孔 关 小 ， 无 气 流