解析低溫甲醇法凈化天然氣工藝流程的研究

王靜?張豐足

摘 要：在對(duì)天然氣凈化及低溫甲醇凈化法進(jìn)行論述的基礎(chǔ)上，探討了低溫甲醇法凈化的特點(diǎn)。同時(shí)，針對(duì)天然氣的實(shí)際凈化處理需要，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)化的凈化處理工藝流程，為天然氣凈化處理提供參考。

關(guān)鍵詞：甲醇法；天然氣凈化；工藝處理

1 天然氣凈化及低溫甲醇凈化法

天然氣凈化摘要是指敬愛那個(gè)天然氣中的H2S和CO 等酸性類氣體以及水分等予以清除。其中，針對(duì)氣體的凈化方法主要包括氣液吸收法、氣固相催化轉(zhuǎn)化法、固體吸附法、分子篩選分離法、分子膜分離法等。但是，當(dāng)前使用最為廣泛的凈化方法還是氣液吸收法。該種天然氣凈化方法通常需要使用幾種工藝相結(jié)合的方式才能將天然氣中的H2S和CO 等酸性類氣體以及水分清除干凈，其整體處理工藝流程較為復(fù)雜，同時(shí)涉及到的工藝設(shè)備也較多，控制點(diǎn)多，整個(gè)投資運(yùn)營(yíng)費(fèi)用相對(duì)較高。

而所謂的低溫甲醇法凈化就是在對(duì)應(yīng)的壓力與低溫環(huán)境下，使用甲醇溶液將氣體中所含的酸性氣體、水分等從天然氣中脫離開來(lái)。當(dāng)前，低溫甲醇法凈化方法主要用于合成氨、合成甲醇以及其他合成類氣體的凈化流程中。同時(shí)，該種方法也是一種高效的天然氣凈化方法。

2 低溫甲醇法凈化的特點(diǎn)

低于液化天然氣的生產(chǎn)過(guò)程而言，原料天然氣的溫度通常要下降到-135℃以下，以達(dá)到凈化原理的反應(yīng)環(huán)境。同時(shí)，為了避免在低溫環(huán)境下H2O和CO2在低溫情況下形成水合物、干冰等而造成對(duì)設(shè)備管口堵塞的問(wèn)題，通常要求將原料的天然氣含水量下調(diào)至1*10-6以下，將原料中的CO2的含量下調(diào)至100*10-6以下。這時(shí)，在低溫環(huán)境下，天然氣的凈化必然達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于對(duì)應(yīng)的凈化要求比較高，因此工廠在處理過(guò)程中通常會(huì)提出對(duì)應(yīng)的預(yù)處理參數(shù)，如表1所示。

當(dāng)前，天然氣液化過(guò)程中最常用到的凈化方法一般是使用溶劑吸收法進(jìn)行預(yù)處理，之后再通過(guò)沸石分子篩選吸收，最終達(dá)到深度凈化的目的。例如，2*104m3/d液化天然氣凈化裝置通常是采用低溫甲醇吸收與分子篩吸附相互組合的方式進(jìn)行凈化。溶劑吸收方法通常是根據(jù)吸收作用的不同而分為化學(xué)吸收方法與物力吸收方法兩種。其中，化學(xué)吸收方法主要用于對(duì)酸性組分分壓較低的原料氣或者天然氣進(jìn)行凈化，而物理吸收法則主要對(duì)酸性組分分壓較高的原料氣進(jìn)行凈化。其中，常用到的物理溶劑包括甲醇、碳酸丙烯酯等；而常用的化學(xué)溶劑這包括醇胺、堿金屬的鹽溶液和胺酸鹽溶液等。

總的來(lái)講，低溫甲醇化凈化天然氣的工藝流程具有如下的特點(diǎn)：

（1）溶解度較高，甲醇在低溫高壓狀態(tài)下能夠有效的溶解于H2S、COS、H2O等中，具有較高的溶解度，是熱鉀堿溶液中溶解度的10倍以上。同時(shí)，不會(huì)由于化學(xué)化而產(chǎn)生大量的熱能，有效的降低了天然氣的凈化成本，減少了凈化設(shè)備的一次性投資；

（2） 選擇性較強(qiáng)，甲醇雖然在低溫高壓狀態(tài)下能夠有效的溶解于H2S、COS、H2O等中，但是其對(duì)其他組分的溶解度則相對(duì)較小，這將使得其可以同時(shí)將有害物質(zhì)分離出去；

（3） 甲醇的化學(xué)性質(zhì)以及熱穩(wěn)定性較好，在吸收凈化過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)氣泡等現(xiàn)象，而且有利于生產(chǎn)的穩(wěn)定；

（4） 在低溫狀況下因?yàn)榧状嫉恼扯容^小，因此其具有良好的導(dǎo)熱及傳質(zhì)能力；

（5） 甲醇的腐蝕能力較弱，不需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行特殊的防腐處理，有效的節(jié)省了投資；

（6） 甲醇的價(jià)格較低，而且容易獲，有效的降低了生產(chǎn)成本；

（7） 但是，因?yàn)榧状加卸荆虼诵枰M(jìn)行冷藏，而由于天然氣中的甲烷含量相對(duì)較高，因此通過(guò)處理之后，可能造成其中甲烷組分含量的下降。

3 低溫甲醇法凈化天然氣工藝處理流程

低溫甲醇法屬于一種技術(shù)較為先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)性較佳的凈化方法。在其工藝處理流程中，其主要包括五個(gè)塔，即吸收塔、二氧化碳吸收塔、硫化氫濃縮塔、甲醇熱再生塔以及甲醇/水分離塔五個(gè)部分構(gòu)成。在處理過(guò)程中，按照原料氣的組成成分以及凈化目標(biāo)值的不同，低溫甲醇凈化工藝流程的變換形式呈現(xiàn)出多樣化的特征，但是整體上來(lái)講都是在該工藝流程的基礎(chǔ)上發(fā)展、設(shè)計(jì)開發(fā)而來(lái)的。

根據(jù)當(dāng)前天然氣凈化處理流程的主要情況，本文對(duì)上述經(jīng)典的“五塔”工藝處理流程進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)化：

（1） 因?yàn)樘烊粴獯纸M分中并不含有硫化氫，因此在流程設(shè)計(jì)過(guò)程中可以將吸收塔中的脫硫處理部分予以省略，同時(shí)將硫化氫處理濃縮塔予以去除；

（2） 因?yàn)榇痔烊粴庵胁⒉缓兴郑虼丝梢詫⒓状碱~水分分離塔省略；

（3） 因?yàn)榇痔烊粴庵泻蛄亢艿停ɑ静缓颍瑫r(shí)二氧化碳的含量也較低，因此可以使用閃蒸罐來(lái)替代二氧化碳解吸塔。這樣將可以將氣體中的二氧化碳?xì)怏w予以清除，本設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了兩級(jí)閃蒸的處理方法。

通過(guò)將該處理流程用于實(shí)際的流程分析，最終得到的低溫甲醇凈化工藝流程中保留了其中甲醇吸收塔、甲醇再生塔，得到的新的簡(jiǎn)化工藝流程如圖1所示。實(shí)踐證明，該處理流程能夠很好的勝任粗天然氣的凈化工作。

4 結(jié)論

文章通過(guò)探討天然氣的實(shí)際組分及對(duì)應(yīng)的凈化工況，設(shè)計(jì)開發(fā)出了一個(gè)吻合粗天然氣處理?xiàng)l件的低溫甲醇工藝處理流程。該流程不但可以有效的滿足粗天然氣的生產(chǎn)工藝需要，而且能夠應(yīng)用于原料氣的凈化處理中，具有較強(qiáng)的推廣意義。同時(shí)，該流程的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，耗能較少，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性較強(qiáng)，通過(guò)低溫甲醇法處理之后的天然氣凈化度較高，是一種值得推廣的天然凈化方法。

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