對天然氣凈化廠尾氣處理相關問題的探討

劉泉洲 張楌 王志剛

陜西省延安市志丹縣長慶油田分公司第一采氣廠第四凈化廠 郵編 717500

一、引言

天然氣在外輸前需通過溶劑來吸收除去其中的酸性氣體以使其達到商品天然氣國家標準，吸收了酸氣后的溶液通過再生塔進行再生，再生時解析出的酸氣從塔頂排出，這就是天然氣凈化后的尾氣。

經過多年的發展與改進，我國目前已經開發出效果優良的尾氣處理技術工藝，另外，組織生產、設計以及研究部門通過不斷引進外國先進技術、進行聯合技術攻關等方式，形成國內外先進的尾氣回收成套技術。現階段的尾氣處理裝置工藝已經開始向大型化、自動化以及集成化的方向發展，這一發展從整體上看有助于節約成本、降低消耗，降低工廠的故障發生率，為裝置的整體安全可靠運行提供了保證。

二、天然氣凈化廠尾氣組分

要了解天然氣凈化分離后的尾氣中氣體組成成分，須得先知道天然氣原料氣的組成以及天然氣浄化的工藝流程。目前我國所產天然氣的三分之一以上含有H2S、CO2和有機硫化合物（這三者統稱為酸性組分或酸性氣體）。天然氣凈化后的尾氣中含有體積比為97-98%的CO2、1.5-2.07%的H2S 氣體以及0.33-0.45%的CH4，其它氣體（可能是C2H4氣體或是N2）含量很少。CO2商品氣的質量標準為氣體中CO2含量需達到99%以上。由于微量的CH4，氣體很難用溶劑吸收法除去，因此要想得到99%的CO2氣體，必須將尾氣中的H2S 脫除，以使其達到商品級CO2的純度要求。上述物質的存在，會對天然氣的生產及應用帶來諸多不便：天然氣的熱值降低、與天然氣中的水合物作用腐蝕設備或管線、燃燒之后放出毒氣污染環境、作為化工原料在生產過程中會引起催化劑中毒等。因此，天然氣作為商品外輸之前，必須對其進行凈化處理，使達到商品天然氣國家標準。

三、天然氣凈化尾氣中的CO2氣體

CO2在油氣田増產方面可以制備CO2泡沬壓裂液。20 世紀70 年代，CO2泡沫壓裂技術在美國開始使用，1982 年后有了較大發展。在國內，1988 年5 月4 日遼河油田成功地進行了氯氣泡沫壓裂的施工：1997年吉林油田引進美國SS 公司的CO2泡沫壓裂設備，進行了油層吞吐和CO2。助排増能壓裂的應用試驗。CO2泡洙壓裂液是由液態CO2、水凍膠或線性膠或活性水或烴和各種化學添加劑組成的液-液兩項混合體系，在向井下注入過程，隨溫度的升高，達到31°C 臨界溫度以后，液態CO2開始氣化，形成以CO2為內相，含高分子聚合物的水基壓裂液為外相的氣液兩相分散體系。由于泡沫兩相體系的岀現，使液體粘度増加；同時，通過起泡劑和高分子聚合物的作用，大大増加了泡沫流體的穩定性。因此，CO2泡沫壓裂液流體具備了壓裂液的必要條件，并擁有了常規水基壓裂液不能相比擬的多種優勢。室內試驗和現場實踐證明，CO2泡沬壓裂液體系具有更好的增產效果，這主要是因為在壓裂后期，CO2可與地層水反應生成碳酸使體系的PH 值降低，既可減少對地層的傷害，同時可降低釆出流體的表面張力，有助于壓后的返；CO2施工時是以液態注入井內，液態CO2密度與水接近，液柱壓力大；因此，CO2泡沫壓裂可用于深層、高壓地層的壓裂而無需過高的施工泵壓。

對CO2的處理方法主要是吸收法，吸收法又分為物理吸收法和化學吸收法。物理吸收法：在加壓下用有機溶劑對酸性氣體進行吸收來分離脫除酸氣成分，并不發生化學反應，溶劑的再生通過降壓實現，因此所需再生能量相當少。該法的關鍵是確定優良的吸收劑，所選的吸收劑必須對CO2的溶解度大，選擇性好、沸點高、無腐蝕、無毒性、性能穩定。典型的物理吸收法有Shell 公司的環丁砜法，Norton 公司的聚乙二醇二甲醚法，Lurgi 公司的甲醇法，另外還有N-甲基毗咯烷酮法，粉末溶劑法等。化學吸收法是使原料氣和化學溶劑在吸收塔內發生化學反應，CO2被吸收至溶劑中成為富液，富液進入脫析塔加熱分解出CO2 從而達到分髙回收CO2的目的。所用的化學溶劑一般為K2CO3水溶液，乙醇胺類水溶液。

四、天然氣凈化廠尾氣中的H2S 氣體

目前，國內外處理硫化氫廢氣的方法很多，依其弱酸性和強還原性而進行脫硫可分為干法和濕法。干法是利用硫化氫的還原性和可燃性，以固體氧化劑或吸附劑來脫硫或直接燃燒，其中包括克勞斯法、氧化鐵法、活性炭法和卡太蘇耳弗法等，濕法按其所用脫硫劑的不同分為液體吸收法和吸收氧化法兩類。液體吸收法中有利用堿性溶液的化學吸收法和利用有機溶劑的物理吸收法，以及物理化學吸收法.吸收氧化法主要利用各種氧化劑、催化劑進行脫硫。

物理吸收法常用的物理吸收溶劑有甲醇、丙烯碳酸酯、聚乙二醇二甲醚等。對溶劑的要求為：吸收容量高，對不需去除氣體的溶解度小，操作溫度下溶劑的蒸氣壓低，粘度小、熱穩定好、不與氣體成分反應，污染及腐蝕設備較輕，費用合理。吸收液一般是弱堿水溶液。化學吸收法按吸收劑分為胺法和熱碳酸鹽法兩類。胺法用鏈烷醇胺作堿性溶劑，如單乙醇胺、乙二醇胺、二異丙醇胺、甲基二乙醇胺和三乙醇胺等。熱碳酸鹽法的吸收液是加活化劑的碳酸鹽水溶液。碳酸法多用碳酸鉀，也有用碳酸鈉的。活化劑為胺-硼酸鹽、三氧化二砷或甘氨酸。此外還有物理化學吸收法：物理化學吸收法是將物理溶劑和化學溶劑混合，使其兼有化學溶劑（特別是達到較高凈化度的能力）和物理溶劑（主要是再生熱耗低）的特性，但也具備二者的缺點。其典型代表為砜胺法。

五、結語

綜上所述，尾氣處理是天然氣處理系統中一個不可或缺的組成部分，在尾氣處理過程中，不但可以產生可觀的經濟效益，而且還可以在很大程度上控制污染物的排放，為企業長久發展和環境保護提供了可靠的技術支持。