普光高含硫气田特大型天然气净化厂关键技术解析

普光气田是国内目前大规模开发的含硫量最高的高酸性气田,其天然气具有高压、高含H₂S、含CO₂的特点。建设处理规模120×10⁸ m³/a的天然气净化厂,面临天然气净化难度大、硫磺储运技术和安全要求高、生产工艺及安全控制复杂等诸多技术难题。目前国内尚无百亿立方米级天然气净化以及配套硫磺成型与安全储运技术。为此,在优选评价国内外先进净化工艺的基础上,确定了适合普光气田的高含硫天然气净化工艺,并首次应用了气相固定床水解COS、中间胺液冷却、MAG-液硫脱气、特大型火炬放空、液硫湿法成型等国际先进工艺和专利技术。开发了国内首例特大型散装硫磺料仓、首例5 000 m³液硫储罐、首套硫磺流水线转运以及快速定量装车系统,实现200×10⁴ t/a硫磺储运系统的全方位实时监控和安全运行。配套开发先进、灵活、可靠的生产过程控制与安全控制系统,确保整个净化厂处于安全、有效的受控状态。高含硫天然气净化关键技术应用于普光气田后,装置运行平稳,产品质量合格,各项安全保障到位。为其他大型高酸性气田的天然气净化提供了示范和借鉴。     

大型湿法硫磺成型工艺在普光气田的应用

介绍了普光气田大型湿法硫磺成型装置的工艺流程以及主要设备。硫磺成型的技术关键是硫磺产品含水量和细粉硫生成量控制。通过分析发现,影响硫磺含水量的主要因素是成型罐水温、振动脱水筛振动幅度、颗粒硫磺的停留时间以及成型罐中硫颗粒高度等。进入成型盘的液硫温度、成型盘上液硫的液位、振动筛孔眼堵塞情况等是影响细粉硫生成量的因素。通过对上述影响因素的分析表明,可以通过优化硫磺成型工艺流程的方法进行解决。     

新型颗粒硫磺输送装置的研制与应用

普光气田天然气净化厂年产硫磺2Mt,采用国内首座湿法硫磺成型装置,2009年建成并于同年11月投产,该硫磺成型机单套产能为90t／h。在生产过程中,由于细粉硫和少量的水在管道中流动性差,在振动筛至热水槽间的管线弯头处,经常发生堆积堵塞现象,并有细粉硫和水因输送管道堆积后溢出并洒落到设备和地面上,造成设备腐蚀。针对现有装置存在的问题,厂技术人员进行技术攻关,设计出一套实用专利产品,解决了现场问题,为国内外同类装置的运行提供了重要借鉴。     

世界首个埋深超7000m高含硫生物礁大气田——中国石化元坝气田产气超200亿m3

据中国石化新闻办消息,截至2021年1月26日,世界首个埋深超7000 m高含硫生物礁大气田——元坝气田自2014年12月投产以来,累计生产天然气200.02亿m³,气田创新形成的高效绿色开发技术已整体达到国际先进、部分达到国际领先水平。为确保安全绿色开发,元坝气田配套建成我国首座具有自主知识产权的大型天然气净化厂——元坝气田净化厂,天然气总硫回收率超99.8%;建成我国首座高含硫气田水处理循环利用站——元坝气田采出水低温蒸馏站,气田实现“零排放”;建成覆盖2.6万户居民的我国油气行业最大应急疏散广播系统,有力保障安全开发。     

20万t/a硫磺回收装置液硫脱气工艺研究与应用

液硫中硫化氢含量是影响液硫循环、输送、储存及成型系统安全运行的关键因素,对于大规模Claus工艺硫磺回收装置尤为显著。目前,国内对液硫脱气工艺及脱气效果验证的研究甚少。通过对普光气田单套20万t/a硫磺回收装置液硫脱气不达标问题进行分析研究,对液硫脱气工艺技术进行研究优化,设计并应用空气汽提与机械搅动组合脱气工艺,将液硫中硫化氢含量脱除至2.33μg/g,达到国际液硫脱气领先水平。     

普光气田天然气净化装置运行总结

高含硫气田天然气因硫化氢、二氧化碳含量高，物料毒性、腐蚀性强，大大加剧了天然气净化装置的安全、环保风险。普光气田作为国内首个自主开发投产的高含硫气田，其天然气净化厂自2009年投产至今，已安全平稳运行14 a,外输天然气1 200亿m³,外销硫磺2 400万m³,均达到国标最高质量等级要求，腐蚀速率控制在0.020 mm/a以下，外排烟气SO₂质量浓度低于200 mg/m³,万立方米原料气综合处理能耗低于6 400 MJ,无安全、环保事故发生。在腐蚀防护、安全控制、环保提标、提质增效等方面建立了系列成套技术，为高含硫气田的成功开发及投产提供了技术支持和借鉴。     

硫磺湿法成型过程中细粉硫生成率控制技术研究

普光天然气净化厂硫磺湿法成型机在生产过程中,成品硫磺颗粒中夹带了大量细粉硫。细粉硫粒径过小,在成型工艺循环水中富集后,将导致振动筛、水槽、冷却塔填料堵塞等问题,同时引起硫磺产品含水率升高。通过实验模拟液硫湿法成型过程,得出成型盘孔径和液硫入水高度是影响细粉硫生成率的关键因素,并提出在成型盘孔径为2.1mm、液硫入水高度为2cm时,细粉硫生成率最低,可为国内同类硫磺湿法成型装置降低细粉硫生成率提供参考。     

液硫废气处理与耐氧型加氢催化剂耦合技术应用总结

克劳斯硫磺回收装置液硫脱气后,液硫池内含硫、含氧废气通常引入焚烧炉焚烧,导致外排烟气SO₂浓度大幅增加,存在环保超标风险。为实现含硫废气治理和资源化利用,开展了新型抗氧化低温尾气加氢催化剂研制与评价,考察了催化剂的物化性质、催化活性以及耐氧性等指标。反应器进口原料尾气中氧气体积分数可以达到1%,基于新型加氢催化剂优异的催化活性及耐氧性,开发了液硫池废气回收至加氢反应器的新工艺技术,反应器床层温升较常规工艺提高约36℃,有机硫水解转化率达到100%。2019年,该技术首次应用于普光气田200 kt/a两级常规克劳斯硫磺回收装置。结果表明,新型抗氧化低温尾气加氢催化剂各项性能与进口催化剂持平,耐氧性能满足大型硫磺回收装置含氧液硫池废气资源化转化需求,烟气SO₂排放量降幅在50%以上,排放浓度低于200 mg/m³。     

大型天然气净化厂硫磺回收装置尾气SO2减排技术

GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》对新建及现有天然气净化厂硫磺回收装置大气污染物排放限值提出了更高的要求。为降低尾气SO₂排放浓度,实现含硫废气资源化利用,对高含硫天然气净化厂硫磺回收装置工艺技术进行了优化：(1)开发大型硫磺回收装置液硫池含硫废气回收工艺,将液硫池废气引入克劳斯炉进行硫元素回收;(2)开发大型硫磺回收装置深度热备开工技术,建立酸性气联通网,减少开工期间SO₂排放;(3)开发大型硫磺回收装置绿色停工工艺,利用热氮吹硫实现绿色停工。技术优化后,装置负荷100%时,尾气SO₂质量浓度可降至197 mg/m³,减少排放40%;停工期间,尾气SO₂排放浓度远低于甲烷吹硫模式,平均值可达237 mg/m³,满足GB 39728—2020对大型硫磺回收装置的SO₂排放要求。     

近年国外硫磺成型工艺的现状

本文概述了当前国外采用的几种主要硫磺成型工艺,着重介绍了干法及湿法液硫粒化工艺特点及其优缺点,可作为改变目前我国采用片状硫成型工艺的参考。     

高含硫天然气净化新工艺技术在普光气田的应用

普光气田的天然气具有高含H₂S和含CO^₂及有机硫的特点,天然气净化难度大。为满足高含硫天然气净化的要求,普光天然气净化厂采用了MDEA法脱硫脱碳、TEG法脱水、常规Claus硫磺回收、加氢还原吸收尾气处理的天然气净化工艺路线。同时,在国内首次应用了气相固定床水解脱除羰基硫（COS）、中间胺液冷却、MAG^R液硫脱气等国际先进的天然气净化新工艺和专利技术,通过不断地摸索及优化工艺参数,解决了原料气脱除有机硫、CO₂选择性吸收、液硫深度脱除H₂S等技术难题;还应用了溶剂串级吸收和联合再生工艺、能量回收利用等多项技术,通过优化调整胺液循环量、降低能耗等手段,降低了操作费用。高含硫天然气净化新工艺技术应用于普光气田后,净化装置运行稳定,净化气质量超过设计要求,达到了国家标准一类气的指标。     

硫磺湿法成型细粉硫生成的控制措施

介绍了中石化洛阳分公司二期4万t/a硫磺回收装置在硫磺成型部分所采用的湿法成型造粒工艺,同时深入研究了湿法成型造粒装置在运行过程中出现的细粉硫生成率高的问题,对细粉硫主要生成因素进行分析,通过采取调整工艺水面和成型盘的高度、工艺水的温度、脱水筛的振幅等相关改进措施,使细粉硫的生成率由4％降低到1.2％,并且减少了设备损耗,满足造粒装置长周期安全、平稳运行的要求.     

大型高含硫气田安全开采及硫磺回收技术

我国高含硫天然气资源丰富,开采潜力大,但其资源利用面临腐蚀性强、成本高、毒性大、事故后果严重等难题。为此,总结了中国石油天然气集团公司近年来在深层高温、高压、大产量高含硫天然气开采中产能测试、完井及改造、集输与腐蚀控制、脱硫与硫磺回收、安全环境风险防控等方面开展技术攻关所取得的创新成果：①高含硫气井产能测试技术非稳态测试用时减少50%,平均误差为7.5%,试井测试深度达7 000 m,硫化氢测试含量达230 g/m³;②高含硫气井完井裸眼封隔器分段工具的分段级数达12级,不动管柱水力喷射分段工具的分段级数达9级;③高含硫气田气液密闭混输工艺和腐蚀控制技术体系长效膜缓蚀剂的膜持续时间为45 d;④高含硫天然气净化技术体系的改良低温克劳斯硫磺回收工艺的硫磺回收率达99.45%,高含硫天然气脱硫技术及工艺计算模型的有机硫脱除率达85%,催化剂硫化氢的转化率为96%,总硫转化率为98%。最后还提出了加快建设高含硫气田开采国家级研发平台以推动本领域技术进步的建议。     

EDV湿法脱硫技术在催化裂化装置上的应用

根据北京市炼油与石油化学工业大气污染物排放标准要求,催化裂化装置大气污染物最高允许排放SO₂的浓度为150 mg/Nm³,颗粒物为50 mg/Nm³。为此,中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司三催化装置采用了美国贝尔格EDV湿法脱硫工艺,在正常生产情况下出口烟气中的SO₂浓度可降低至50mg/Nm³以下,粉尘可降低至50 mg/Nm³以下,起到了较好的除尘脱硫效果。     

集成清扫技术在硫磺输送系统中的研究与应用

普光天然气净化厂硫磺输送系统采用传统聚氨酯刮刀、高压风刀等清扫器对回程物料进行清理,在使用过程中,经常出现硫磺洒落、粉尘飞扬等情况,造成现场硫磺粉尘浓度超标,存在粉尘爆炸的安全隐患,对生产造成严重影响。通过研究一种集成清扫技术,在皮带输送机头部设置集"皮带清扫、粉尘收纳"于一体的集成清扫装置,将皮带上黏附的硫磺进行清扫,通过物料回收机构将收集箱内硫磺回收至落料管,从最前端将皮带上黏附的硫磺处理掉,有效减少硫磺粉尘污染,保证设备安全平稳运行。试验结果表明,该集成清扫装置运行效果良好,抑尘显著,粉尘质量浓度降至6.1mg/m~3,远小于未安装前25.1g/m~3的现场平均粉尘质量浓度,达到了降低现场落地硫磺和粉尘的目的。     

硫磺湿法造粒技术应用

随着不可再生能源(石油、天然气等)中硫含量的不断提高,环保要求的日益严格,工业生产装置产品中需要除去更多的硫,副产物硫磺的产能不断扩大。面对这种状况,硫磺成型技术必须具备安全性、大型化和较高的生产经济性。硫磺湿法造粒技术正是体现这一要求的适宜技术选择。针对硫磺湿法造粒装置,介绍了30t/h造粒工艺和运行状况,分析并肯定了湿法造粒的工业应用。     

高含硫气田集输与处理技术

加拿大Caroline气田含H2S36%、CO27%,属高含硫天然气,采用了气井→集气增压站→气体处理厂的工艺流程,井场仅设井口节流阀控制装置,集气管线材料选用低碳钢,设有综合性的腐蚀控制和监测系统;Caroline气体处理厂采用了MDEA与Sulfinol联合脱硫处理装置,Claus硫磺回收工艺,SCOT尾气处理技术;液硫采用保温管线输送,Rotoform硫磺成型工艺;整个气田设有紧急反应系统和安全互助系统,实现高度自动化管理。     

SO2选择性加氢制硫催化剂研究

目的 解决硫磺回收装置SO₂选择性加氢工艺催化剂配套及传统活性氧化铝载体氧化铝含量低和钠含量高的问题。方法 选择异丙醇铝为原料,利用醇铝法在实验室制备了拟薄水铝石粉体,通过挤条成型制备了活性氧化铝载体,并负载活性金属制成三叶草型SO₂选择性加氢制硫催化剂。结果 催化剂堆积密度0.55～0.65 g/mL,比表面积≥250 m²/g,孔容≥0.4 mL/g,氧化铝质量分数≥95%,氧化钠质量分数≤100×10^-6,该催化剂在H₂S/SO₂体积比为20、H₂体积分数为2%、温度为200℃的条件下,催化剂的SO₂加氢转化率为95.13%,SO₂转化为元素硫的选择性为91.22%。结论 催化剂具备良好的活性,可以替代进口催化剂应用于SO₂选择性加氢工艺硫磺回收装置。     

硫磺回收装置停工热氮除硫工艺研究

目的 降低硫磺回收装置停工除硫期间尾气中SO₂排放量。方法 对比传统燃料气除硫及热氮除硫工艺的技术特点、原理及优缺点,采用Aspen Plus软件进行模拟计算,并结合热氮除硫工艺的技术特点,对3个阶段的除硫流程进行优化操作。结果 通过对比分析及Aspen Plus软件模拟计算结果可知,热氮除硫技术可降低硫磺回收装置停工期间的SO₂排放量,将排放尾气中SO₂质量浓度控制在400 mg/m³以下。结论 采用热氮除硫工艺可解决硫磺回收装置停工除硫期间尾气SO₂排放量大的问题,但也存在N₂消耗量大、停工除硫时间长等问题。今后,在优化N₂消耗量、缩短停工除硫时间的基础上,热氮除硫技术将会得到推广应用。     

液硫池防腐层失效原因分析及修复措施

目的 液硫池作为硫磺回收装置重要的硫磺储存和脱气处理设施,运行环境恶劣,易发生防腐层失效等问题,影响装置安全运行.因此,提出了解决液硫池防腐层失效问题的预防及修复措施.方法 通过行业调研,总结了液硫池防腐层的主要失效形式、易发生失效的部位等.采用理论分析、样品分析等方式对失效原因进行了分析,提出了液硫池防腐层失效机理和...