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陈赓良 的个人博客

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Lo-CatⅡ工艺

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Lo-CatⅡ工艺的特点是采用分段再循环式再生器以提高铁离子催化剂利用效率,从而大幅度地提高脱硫溶液的硫容量,但我国迄今尚未引进过此类新工艺。新型氧化器的基本结构如图1所示。与常规Lo-Cat工艺相比,Lo-CatⅡ工艺具有以下特点:

(1)应用化学动力学原理于设备设计,使铁离子既用作氧化剂,也用作催化剂;

(2)采用铁离子/H2S亚化学当量比溶液以减少铁离子和络合剂用量;

(3)采用长方形结构的、设置有特殊设计内构件的分段再循环式氧化器,后者既有利于硫浆的排出;也有利于分段控制并降低再生空气的用量;

(4)常规Lo-Cat工艺硫容量约0.3 kg/m3,Lo-CatⅡ工艺则达到4 kg/m3。


图1    分段再循环式氧化器的基本结构示意图

1999年11月,印尼国家石油公司在东爪哇Mudi油田建设了一套处理量为31×104m3/d的Lo-CatⅡ工艺脱硫装置,用以脱除油田伴生气中的硫化氢。原料气H2S含量3.62%,硫磺产量16t/d,操作压力0.4MPa(g)。该装置溶液循环量为330m3/h,硫容量则达到2kg/m3。该装置工艺流程如图2所示。



图2   Lo-CatⅡ脱硫工艺流程示意图

原料气经过滤分离器后进入充满液体吸收塔(liquid full absorber),气体自下而上与Lo-CatⅡ脱硫溶液接触而使其中的H2S转化为元素硫。净化气经捕集和分离后输出界区。从吸收塔底排出的脱硫富液进入分段再循环式氧化器,亚铁离子在其中与均匀喷入的空气接触而再生。再生好的脱硫贫液返回吸收塔循环使用。

用泵从氧化器中分流出一股(元素硫质量浓度约0.25%的)循环溶液至沉降罐,颗粒状硫在其中依靠重力沉降至底部并浓缩至质量浓度约10%的硫浆。用泵将硫浆输送至真空带式过滤器过滤而制得含水量约40%的硫饼后埋地处理。回收的滤液则用泵送回氧化器。

该装置采用的充满液体吸收塔又称为液体移动床吸收塔(参见图3)。脱硫贫液由塔上部加入,富液由底部排出,脱硫过程中生成的元素硫皆悬浮于溶液之中,从而防止发生硫堵。特殊设计的长方形氧化器内安装有一系列空气喷嘴及一系列挡板与溢流堰,从而在再生过程形成“气举”以促进铁离子在氧化器内循环。


               

图3   充满液体吸收塔结构示意图

美国路易斯安那州Haynesvill页岩气田自2012年以来,先后投产了3套不同类型的Lo-CatⅡ法装置。第1套自循环式装置用来处理醇胺法装置的再生酸气,规模达到97.5×104m3/d,硫磺产量6.9t/d。第2套和第3套均采用常规(双塔式)Lo-CatⅡ工艺处理H2S体积分数2000×10-6的原料气,净化气H2S体积分数低于10×10-6(v),元素硫产量约5t/d。这2套装置采用的分段再循环式氧化器(照片)如图3所示(图中标示红圈的设备)。目前,Lo-CatⅡ法工艺已成功地取代了该气田开发初期采用的液体除硫剂(scavengers)法。采用液体除硫剂注入法脱硫时,操作成本高达13.2美元/kg(S);改为Lo-CatⅡ工艺后降至1.1美元/kg(S),其中化学品消耗和动力消耗各占50%。

                     

图2-10  Lo-CatⅡ工艺的自循环式氧化器(照片)