天然氣凈化工藝脫酸氣技術(shù)初探

劉泉洲 張楌 王志剛

陜西省延安市志丹縣長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠第四凈化廠 郵編717500

一、概述

氣井氣、油氣田各級(jí)分離器分岀的氣體和從原油穩(wěn)定裝置拔岀的氣體為原料氣。經(jīng)分離除去液固雜質(zhì)后，進(jìn)入脫酸氣單元，在酸性天然氣處理工藝中，無(wú)論是化學(xué)吸收還是物理吸收都有吸收和再生兩部分組成，吸收和再生分別在氣液傳質(zhì)的塔器（填料塔或板式塔）內(nèi)進(jìn)行。分岀氣體中的酸性組分HS，并送制硫廠回收硫磺；分岀的CO或注入地層，或銷售，或放空。脫除酸氣的氣體，經(jīng)脫水單元降低氣體內(nèi)的水含量。干燥后的氣體進(jìn)入凝液回收單元，分岀氣體內(nèi)所含的中間和較童組分后作為商品天然氣外輸。分岀的液態(tài)組分既可直接進(jìn)分餾廠生產(chǎn)各種產(chǎn)品，也可經(jīng)穩(wěn)定后送往中心分餾廠進(jìn)一步加工成C2、C3、C4、C5+等產(chǎn)品外銷。

油田伴生天然氣經(jīng)增壓站增壓后，至天然氣脫硫脫水裝置進(jìn)行處理，需脫除天然氣中絕大部分的HS 和RSH，以滿足產(chǎn)品天然氣中硫化氫和硫醇硫含量的技術(shù)指標(biāo)；同時(shí)需脫除天然氣中絕大部分的水，以滿足產(chǎn)品天然氣水露點(diǎn)的技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)為回收更多的液化氣和輕油產(chǎn)品，脫水深度還需滿足后續(xù)的輕烴回收裝置所需的水露點(diǎn)≤-35℃的要求。而原料氣中CO的含量較低，為0.71%（mol），商品天然氣的低燃燒熱值≥32.5MJ/m，可不考慮脫除。

二、常見脫酸氣工藝

世界上至少有30 多種脫酸氣工藝，其中許多工藝具有專利。技操作特點(diǎn)、脫酸原理，可將這些工藝分類為：間歇法，其特點(diǎn)是脫酸氣容器只能批量生產(chǎn)，不能連續(xù)生產(chǎn)。技脫酸氣原理可分為化學(xué)反應(yīng)法和物理吸附法。屬化學(xué)反應(yīng)法的的有：海綿鐵法、氧化鋅法等，由于與酸氣的反應(yīng)物不能再生，作為廢棄物處置，故僅用于氣量小、含酸氣濃度低的場(chǎng)合。用分子篩脫除酸氣屬物理吸附法；混合溶劑吸收法，由物理溶劑和化學(xué)溶劑配制的混合溶劑，兼有物理吸收和化學(xué)吸收劑性質(zhì)。如：Sulfinol 法，吸收劑為屬物理溶劑的環(huán)丁砜和屬化學(xué)溶劑的DIPA 或MDEA 的混合溶劑，稱砜胺法；直接氧化法，對(duì)HS直接氧化使其轉(zhuǎn)換成元素硫，如：Claus（克勞斯）法、LOCAT 法、Stretford（蔥醌）法，Sulfa-check 等。在天然氣工業(yè)中常用于天然氣脫岀酸氣的處理，原料氣的特點(diǎn)是氣體流量小、酸氣濃度很高。

三、直流法脫酸工藝

在直流法中，全部酸氣進(jìn)入反應(yīng)爐，要求嚴(yán)格配給空氣量，以使酸氣中的全部烴完全燃燒，而HS 僅有1/3 氧化成SO，使剽余2/3 的HS 與氧化成的SO在理想的配比下進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化，以獲取更高的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)爐溫度高達(dá)1100 -1600°C，此時(shí)酸氣中H2S 約有60%—70%轉(zhuǎn)化成硫，含硫蒸氣的高溫氣體經(jīng)余熱鋼爐回收熱量后進(jìn)入一級(jí)冷凝器，再次回收熱量并分離出液態(tài)硫，出一級(jí)冷凝器的氣相進(jìn)入一級(jí)再熱器,使其在進(jìn)一級(jí)轉(zhuǎn)化器前達(dá)到所需要的反應(yīng)溫度，然后進(jìn)人一級(jí)轉(zhuǎn)化器，在已活化的催化劑上反應(yīng)，由于反應(yīng)放熱，出口氣溫度明顯升高，經(jīng)二級(jí)冷凝器回收熱量并分離出液態(tài)硫之后的氣相，經(jīng)二級(jí)再熱器再熱達(dá)到需要的溫度，進(jìn)入二級(jí)轉(zhuǎn)化器，催化轉(zhuǎn)化后溫度升高，經(jīng)三級(jí)冷凝器回收熱量并分離出液態(tài)硫，分出乎液態(tài)疏后的氣相進(jìn)入第三級(jí)再熱器，再熱后進(jìn)入三級(jí)轉(zhuǎn)化器，使HS 和SO最大限度地轉(zhuǎn)化為硫，從三級(jí)轉(zhuǎn)化器出來(lái)的氣相經(jīng)四級(jí)冷凝器冷卻以除去最后生成的硫。分離出乎液態(tài)疏后的尾氣通過(guò)捕集器，進(jìn)一步捕集液態(tài)硫后進(jìn)入尾氣處理裝置進(jìn)一步處理后排放。各級(jí)冷凝器及捕集器中分離出來(lái)的液態(tài)硫流人硫儲(chǔ)權(quán)，經(jīng)成型后即為硫磺產(chǎn)品。

四、其它脫酸工藝

熱碳酸鉀法廣泛用于脫除合成氣中的CO的方法，國(guó)內(nèi)常稱為熱鉀堿法，由于浴液中常加入促進(jìn)CO吸收的活化劑，所以亦稱為活化熱鉀堿法。此法常用于處理具有較高溫度的合成氣，并可省去換熱冷卻設(shè)備，而且較高的溫度還増加了碳酸鉀的溶解度，從而獲得較高的溶液CO負(fù)荷。

活化MDEA 工藝。活化MDEA 溶液系在MDEA 溶液中加有促進(jìn)CO吸收的活化劑的體系。反應(yīng)原理：MDEA 作為一個(gè)選吸溶劑正是基于它與CO的反應(yīng)速度較慢，用于脫碳則需加入活化劑以加快與CO的反應(yīng)速度，可用的活化劑DEA。活化MDEA 法的主要特點(diǎn)有：再生能耗低，活化MDEA 法的低能耗特性源于大量的CO通過(guò)降壓閃蒸而被釋放，活化MDEA 溶液吸收CO屬于物理化學(xué)吸收，活化MDEA 法溶液可視為物理化學(xué)吸收劑，被吸收的CO2 通過(guò)閃蒸就可以解吸，既可以滿足凈化度的要求，又可以節(jié)省再生能耗，而且MDEA 含有一個(gè)叔胺作為活性基團(tuán)，吸收CO后生成碳酸氫鹽，再生加熱時(shí)遠(yuǎn)比伯胺、仲胺與CO生成的較為穩(wěn)定的氨基甲酸鹽所需熱量低得多；氣體凈化度高，凈化后能將原料氣中的HS 含量降至6mg/m3，CO脫除至200×10-6（體積分?jǐn)?shù)）以下；腐蝕程度輕。

五、天然氣清潔能源的優(yōu)點(diǎn)

天然氣作為能源有以下優(yōu)點(diǎn)：與煤和石油相比，天然氣作燃料可以明顯減少環(huán)境污染，天然氣的燃燒排放量低于石油和煤的燃燒排放量；由于天然氣組份不含有CO，這就減少了泄漏對(duì)人畜生命造成的危險(xiǎn)性，而煤制氣含有20% — 30%的CO，如因管道泄漏，會(huì)引起人畜中毒甚至死亡；天然氣在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電利用中，熱能利用率可達(dá)55%，要高于原油和煤的熱能利用率；天然氣著火溫度比較高，爆炸界限窄，相對(duì)密度較空氣輕，安全性能好；全球豐富的天然氣資源完全可以滿足人類較長(zhǎng)時(shí)期的需求；天然氣供居民作燃料具有十分方便、節(jié)省時(shí)間和勞動(dòng)力的優(yōu)越性。