|
天然氣脫硫工藝技術(shù) 天然氣凈化的目的是脫除含硫天然氣中的H2S、CO2、水份及其它雜質(zhì)（如有機(jī)硫等），使凈化后的天然氣氣質(zhì)符合GB17820-1999《天然氣》國家標(biāo)準(zhǔn)，并回收酸氣中的硫，且使排放的尾氣達(dá)到GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。天然氣凈化工藝一般包括脫硫、脫水以及硫磺回收和尾氣處理等幾個(gè)環(huán)節(jié)。 一、天然氣脫硫脫碳 1、按照脫硫脫碳工藝過程本質(zhì)可將其分為化學(xué)反應(yīng)類、物理分離類、化學(xué)物理類及生化類等。 化學(xué)反應(yīng)類：包括胺法（對(duì)不同天然氣組成有廣泛的適應(yīng)性）、熱鉀堿法（宜用于合成氣脫除CO2）、直接轉(zhuǎn)化法（適用于低H2S含量的天然氣脫硫，也可用于處理貧H2S酸氣）、非再生性方法（適用于天然氣潛硫量很低的工況）等。 物理類：包括物理溶劑法（適用于天然氣中酸氣分壓高且重?zé)N含量低的工況）、分子篩法（適用于已脫除H2S的天然氣進(jìn)一步脫除硫醇13X和5A）、膜分離法（適用于高酸氣濃度的天然氣處理，可作為第一步脫硫脫碳措施，與胺法組合是一種好的安排）、低溫分離法（系為CO2驅(qū)油后的伴生氣處理而開發(fā)的工藝）等。 化學(xué)物理類：包括化學(xué)物理溶劑法（適用于天然氣中有機(jī)硫需要脫除的工況，高酸氣分壓更有利，但重?zé)N含量高時(shí)不宜用）等。 生化類：包括生化法（尚待進(jìn)一步發(fā)展，適用于低H2S含量的天然氣脫硫）等。 2、選擇脫硫脫碳工藝所需資料及影響工藝選擇的因素 ⑴選擇脫硫脫碳工藝所需資料 ——天然氣H2S及CO2含量； ——天然氣中有機(jī)硫含量，在含量高時(shí)應(yīng)有硫醇、COS、CS2及硫醚等的含量數(shù)據(jù)； ——天然氣的烴組成； ——天然氣處理量； ——進(jìn)料天然氣的壓力與溫度； ——產(chǎn)品天然氣的質(zhì)量要求（H2S、CO2、總硫、硫醇硫、水露點(diǎn)及烴露點(diǎn)等）； ——產(chǎn)品天然氣的下游安排，經(jīng)輸氣管線送往用戶還是進(jìn)入NGL回收裝置等。 ⑵影響脫硫脫碳工藝選擇的若干因素 ——同時(shí)或選擇脫硫H2S、CO2和有機(jī)硫等，產(chǎn)品天然氣符合質(zhì)量要求； ——與下游配套裝置的銜接問題； ——廢氣、廢液及廢料的處理； ——工藝的復(fù)雜程度、可靠性及工業(yè)經(jīng)驗(yàn)； ——投資費(fèi)用； ——能耗及物料消耗費(fèi)用； ——裝置建設(shè)者的自身經(jīng)驗(yàn)等。 3、選擇天然氣脫硫脫碳工藝的若干原則 ⑴通常情況下規(guī)模比較大的裝置應(yīng)優(yōu)先考慮應(yīng)用胺法的可能性 ——在原料氣碳硫比較高（＞6）時(shí)，應(yīng)采用MDEA選吸工藝； ——在脫除H2S的同時(shí)也需脫除相當(dāng)量的CO2時(shí)，可采用MDEA與其它醇胺（如DEA）組合的混合胺法； ——天然氣壓力較低，凈化氣H2S指標(biāo)要求嚴(yán)格，且需同時(shí)脫除CO2時(shí)，可采用MEA法、DEA法或混合胺法； ——在高寒或沙漠缺水地區(qū)，可以選用DGA法。 ⑵原料天然氣需脫除有機(jī)硫時(shí)通常應(yīng)采用砜胺法 ——需同時(shí)脫除有機(jī)硫、H2S、CO2時(shí)，應(yīng)選用砜胺Ⅱ（Sulfinol—D）； ——需選擇脫除有機(jī)硫、H2S、適當(dāng)保留CO2的工況，應(yīng)選用砜胺Ⅲ（Sulfinol—M）； ——H2S分壓比較高的天然氣以砜胺法處理時(shí)，其能耗顯著低于胺法； ——當(dāng)砜胺法仍無法達(dá)到所要求的凈化氣有機(jī)硫含量指標(biāo)時(shí)，可續(xù)以分子篩法脫硫。 ⑶在原料氣H2S含量低、潛硫量不大、碳硫比高且無需脫除CO2時(shí)可考慮如下工藝 ——潛硫量在0.5～5t/d間，可考慮選用直接轉(zhuǎn)化法，如絡(luò)合鐵法、ADA-NaVO3法或PDS法等； ——潛硫量＜0.1t/d（最多不超過0.5t/d）時(shí)可選用非再生類方法，如固體氧化鐵、氧化鐵漿液等。 ⑷高壓、高酸氣濃度的天然氣可能需要在胺法和砜胺法之外選用其它工藝或者采用組合工藝 ——主要脫除大量CO2的工況，可考慮選用膜分離法，物理溶劑法或活化MDEA法； ——需同時(shí)大量脫除H2S和CO2的工況，可分兩步處理，第一步以選擇性胺法獲富H2S酸氣供克勞斯裝置，第二步以混合胺法或常規(guī)胺法處理達(dá)凈化指標(biāo)； ——對(duì)于大量CO2需脫除的同時(shí)也有少量H2S需予以脫除的工況，可先以膜分離法處理繼以胺法滿足凈化要求。 4、各種胺法及砜胺法的工藝特點(diǎn) ⑴天然氣脫硫的主要化學(xué)溶劑 溶劑名稱 縮寫 化學(xué)式 摩爾質(zhì)量（kg/kmol） 伯胺類： 一乙醇胺 MEA HOC2H4—NH2 61.08 二甘醇胺 DGA H（OC2H4）2—NH2 105.14 仲胺類： 二乙醇胺 DEA （HOC2H4）2—NH 105.14 二異丙醇胺 DIPA （HOC3H6）2—NH 133.119 叔胺類： 三乙醇胺 TEA （HOC2H4）3—N 148.19 甲基二乙醇胺 MDEA （HOC2H4）2—NCH3 119.16 堿性鹽類 碳酸鉀 Hot Pot K2CO3 138.21 ⑵化學(xué)吸收/解吸脫硫溶劑的工藝比較(理論使用參數(shù)) 溶劑名稱 質(zhì)量濃度 （%） 循環(huán)量 （m3/min） 溶劑酸氣負(fù)荷 汽提蒸汽 （mol/mol） （m3/m3） （kg/m3） （kg/hour） MEA 18 5.94 0.3 21.06 145 51,800 DGA 60 3.5 0.25 35.75 180 37,800 DEA 25 3.47 0.62 35.98 130 27,100 SNPA-DEA 25 1.96 1.1 63.84 130 15,300 MDEA 35 3.48 0.5 35.92 120 25,100 K2CO3 30 6.25 0.3 20.02 60 22,500 ⑶各種胺法及砜胺法的工藝特點(diǎn) 工藝 MEA DEA DIPA MDEA DGA 砜胺Ⅱ型 砜胺Ⅲ型 溶液濃度(%) 10～20 20～40 20～40 20～50 50～65 DIPA30～50 水:15～20 余為環(huán)丁砜 MDEA40～50 水:15～20 余為環(huán)丁砜 酸氣負(fù)荷①(m3/m3) 6～28 22～75 18～61 —② 16～52 30～98 —② 完全脫硫H2S及CO2 √ √ √ √ 選擇脫除H2S √⑥ √ 脫除CO2 √ √ √⑦ √ 脫除有機(jī)硫 √ √ 能耗 高 較高 較低 低 高 較低 低 醇胺變質(zhì)③ 嚴(yán)重 較嚴(yán)重 較輕 輕 較嚴(yán)重 較輕 輕 溶液復(fù)活④ 需要 不能 可以 不需要 需要 可以 不需要 腐蝕 嚴(yán)重 較嚴(yán)重 較輕 輕 較嚴(yán)重 較輕 輕 烴溶解度 低 低 低 低 較低 較高⑤ 較高⑤ 注： ① 酸氣負(fù)荷與溶液濃度、酸氣分壓及工藝條件有關(guān)； ② 選擇脫除H2S工藝應(yīng)當(dāng)以H2S負(fù)荷評(píng)價(jià)，其H2S負(fù)荷高于常規(guī)胺法； ③ 指因天然氣中CO2、COS及CS2所導(dǎo)致的醇胺變質(zhì)情況； ④ MEA溶液復(fù)活僅能回收熱穩(wěn)定鹽中的MEA，DIPA及DGA變質(zhì)物可復(fù)原為母體物質(zhì)； ⑤ 因環(huán)丁砜是抽提芳烴的優(yōu)良溶劑，如天然氣中含有芳烴則尤為嚴(yán)重； ⑥ DIPA在常壓及低壓下有一定的選擇脫除H2S能力； ⑦ 活化MDEA法用于脫除CO2； ⑧ MDEA可與其它醇胺組成混合胺法用于同時(shí)脫硫脫碳。 ⑷不同工藝對(duì)比的量化法及排序法 ①量化比較法：將各工藝的特性劃分為六項(xiàng)，即投資費(fèi)用（20）、操作費(fèi)用（30）、工藝可靠性（15）、工業(yè)經(jīng)驗(yàn)（15）、工藝復(fù)雜程度（10）和酸氣質(zhì)量（10），括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為該項(xiàng)特性的加權(quán)因子，加權(quán)因子總值為100，然后每一特性又分為10級(jí)。每一特性的級(jí)別值乘以加權(quán)因子則為每項(xiàng)特性得分，累計(jì)的總得分則是該工藝性能的量化結(jié)果，得分高者為優(yōu)。 ②排序比較法：將相對(duì)投資費(fèi)用、溶劑首次裝量費(fèi)用、相對(duì)四年操作費(fèi)用、專利使用費(fèi)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、性能及適應(yīng)性進(jìn)行統(tǒng)一排序，排序累計(jì)小者為優(yōu)。 |
|
|
