天然氣集輸脫水脫硫工藝研究及發展方向

張遠德 汪鴻鵬 郭天林

1新疆油田試油公司 2青海油田采油三廠 3青海油田邊遠油田開發公司

天然氣集輸脫水脫硫工藝研究及發展方向

張遠德1汪鴻鵬2郭天林3

1新疆油田試油公司 2青海油田采油三廠 3青海油田邊遠油田開發公司

天然氣脫水的目的是保證天然氣集輸過程不析出液態水，不形成水合物，減小對管道和設備的腐蝕。甘醇脫水是世界上使用最為廣泛的脫水技術，常用的是三甘醇（TEG）脫水，目前國內外開始重視甘醇脫水法和低溫分離綜合脫水的方法，其凈化效果好，處理量大，自動化程度高，而且脫水的同時也脫油。在天然氣中常含有H2S、CO2和有機硫化物，這些氣相雜質的存在會造成金屬材料腐蝕，并污染環境。利用元素鎢、鉬制取的化合物能夠同時進行脫硫制硫，該法將成為液相氧化法脫硫工藝中一個值得重視的熱點技術。

天然氣；脫水；脫硫；水合物；三甘醇；MDEA

天然氣作為一種綠色潔凈能源，其開發和利用越來越受到人們的重視，不同的國家對天然氣質量都有相應的凈化標準[1]。天然氣中一般含有水、硫化氫及二氧化碳等附屬物，這些附屬物的存在會對集輸系統造成非常大的傷害，不僅影響天然氣在輸氣管道的輸送，而且給其后續處理工藝帶來了較大影響[2]。要大力發展天然氣工業，首先必須研究發展天然氣集輸凈化工藝，以解決天然氣的輸運儲備損害、無害利用的難題。

1 脫水工藝

在生產開發階段，天然氣總是被水所飽和，隨著天然氣的采出，地層中的水也被帶到地面。在集輸儲備系統中，水主要會腐蝕、凍堵輸送管線，造成管道積液，降低輸氣能力，加劇酸性組分（CO2、H2S）對鋼鐵的腐蝕，極有可能發生二氧化碳腐蝕開裂及硫化氫應力腐蝕開裂。

1.1 天然氣水合物的預防

在低溫高壓下，輸氣管線容易生成天然氣水合物。除此之外，由于氣體流向突變產生的攪動，壓力的波動，流速過快形成紊流，以及微小水化晶體的誘導等影響，都可能加速生成天然氣水合物。預防地下天然氣水合物生成措施包括：

（1）提高節流前天然氣的溫度。節流壓降不變，提高節流前天然氣溫度，使之高于水合物生成的溫度，可達到預防目的。加溫方法有水套爐加熱法和蒸汽加熱法。

（2）注入抑制劑。在氣流中加入吸水性極強的抑制劑后，抑制劑與水蒸氣結合形成冰點很低的溶液，使天然氣中水蒸氣含量減少，使氣流在較低溫度（-30～-50℃）下不生成水合物。抑制劑的種類很多，有甲醇、乙二醇、二甘醇、氯化鈣水溶液等，工程中使用最多的是乙二醇。

1.2 脫水工藝對比

天然氣脫水的目的是保證天然氣集輸過程不析出液態水，不形成水合物，減小對管道和設備的腐蝕。目前天然氣的脫水方法應用較廣泛的有溶劑吸收法脫水、固體吸附法脫水和低溫分離法脫水。另外在生產實際中，應根據天然氣脫水深度的要求選擇適當的脫水工藝。天然氣脫水方法對比見表1。

在現場實際脫水方法應用中，固體吸收法應用不多，普遍采用的是溶劑吸收法和低溫冷凝法。其中溶劑吸收法中甘醇脫水是世界上使用最為廣泛的脫水技術，常用的是三甘醇（TEG）脫水。三甘醇脫水具有工藝成熟可靠、流程簡單、投資及操作費用較低、能耗低等優勢，在國內外管輸天然氣脫水工藝中得到了廣泛應用。

2 脫硫工藝

在天然氣中常含有H2S、CO2和有機硫化物，這三者并稱酸性組分（或酸性氣體）。這些氣相雜質的存在會造成金屬材料腐蝕，并污染環境。當天然氣作為化工原料時，它們還會導致催化劑中毒，影響產品質量[3]。

2.1 脫硫方法

國內外脫硫方法有近百種，這些方法可分為干法和濕法兩大類。濕法脫硫按溶液的吸收和再生性質，又可分為化學吸收法、物理吸收法和直接氧化法三類。干法脫硫工藝主要有海綿鐵和分子篩兩種。濕法脫硫處理量大，操作連續，適用于天然氣處理量大、硫化氫含量高的場合。分子篩法同時具有脫硫和脫水的性能，油田輕烴回收裝置中的干燥再生流程實際上就成了脫硫裝置。干法脫硫效率較高，脫硫劑一般不能再生，干法脫硫工藝簡單、投資少，適用于分散、小型、低含硫天然氣的脫硫，在目前工業上應用較少。

表1 天然氣脫水方法對比

2.2 工藝對比

濕法脫硫方法基本原理和優缺點對比見表2。

從對比方法可知，化學吸收法脫硫效果在一定程度上較其他方法好，在實際應用中，四川石油管理局開發的新型選擇性脫硫溶劑——甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液、環丁砜（MEDA）水溶液，投入使用后，取得了非常好的效果，并且已在該油田推廣使用。原因在于醇胺法是天然氣脫硫最常用的化學吸收方法，以它們處理含酸性組分的天然氣，然后以克勞斯法裝置從再生酸氣中回收元素硫，是天然氣脫硫工業上最基本的技術路線[4-5]。

表2 天然氣脫硫方法對比

3 脫硫工藝發展方向

就目前的干法和濕法兩大脫硫工藝而言，干法工藝主要適用于氣體精細脫硫，其硫容量相對較低，脫硫劑大多不能再生，需要廢棄。濕法工藝能夠適應較高負荷的脫硫要求，應用面較寬，其中尤以液相氧化法應用較為突出，如今用的較多的是鐵基工藝。研發組成相對簡單、穩定性好且脫硫效率高的氧化—還原脫硫洗液是液相氧化法發展的一個重要方向，目前，研究人員越來越重視這方面的發展。利用豐產元素鎢、鉬制取的化合物能夠同時進行脫硫制硫，與鐵法相比，該工藝廉價、高效且易于再生，將成為液相氧化法脫硫工藝中一個值得重視的熱點技術。

[1]馮叔初，郭揆常．油氣集輸與礦場加工[M]．東營：中國石油大學出版社，2006.

[2]蘇欣，袁宗明．天然氣凈化工藝綜述[J]．寧夏石油化工，2005(2）：1-5.

[3]王念兵，王東芳，張輝．天然氣三甘醇脫水系統工藝技術[J]．油氣田地面工程，2003，22（5）：80.

[4]王遇冬，王登海．MDEA配方溶液在天然氣脫硫脫碳中的選用[J]．石油與天然氣化工，2003，32（5）：291-294.

[5]蔡培，王樹立，趙會軍．天然氣脫硫工藝的研究與發展[J]．管道技術與設備，2008（4）：17-19．

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.029

（欄目主持 張秀麗）