天然氣凈化工藝脫酸氣技術初探

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、概述

氣井氣、油氣田各級分離器分岀的氣體和從原油穩定裝置拔岀的氣體為原料氣。經分離除去液固雜質后，進入脫酸氣單元，在酸性天然氣處理工藝中，無論是化學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的塔器（填料塔或板式塔）內進行。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，經脫水單元降低氣體內的水含量。干燥后的氣體進入凝液回收單元，分岀氣體內所含的中間和較童組分后作為商品天然氣外輸。分岀的液態組分既可直接進分餾廠生產各種產品，也可經穩定后送往中心分餾廠進一步加工成C2、C3、C4、C5+等產品外銷。

油田伴生天然氣經增壓站增壓后，至天然氣脫硫脫水裝置進行處理，需脫除天然氣中絕大部分的HS 和RSH，以滿足產品天然氣中硫化氫和硫醇硫含量的技術指標；同時需脫除天然氣中絕大部分的水，以滿足產品天然氣水露點的技術指標，同時為回收更多的液化氣和輕油產品，脫水深度還需滿足后續的輕烴回收裝置所需的水露點≤-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、脫酸原理，可將這些工藝分類為：間歇法，其特點是脫酸氣容器只能批量生產，不能連續生產。技脫酸氣原理可分為化學反應法和物理吸附法。屬化學反應法的的有：海綿鐵法、氧化鋅法等，由于與酸氣的反應物不能再生，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，由物理溶劑和化學溶劑配制的混合溶劑，兼有物理吸收和化學吸收劑性質。如：Sulfinol 法，吸收劑為屬物理溶劑的環丁砜和屬化學溶劑的DIPA 或MDEA 的混合溶劑，稱砜胺法；直接氧化法，對HS直接氧化使其轉換成元素硫，如：Claus（克勞斯）法、LOCAT 法、Stretford（蔥醌）法，Sulfa-check 等。在天然氣工業中常用于天然氣脫岀酸氣的處理，原料氣的特點是氣體流量小、酸氣濃度很高。

三、直流法脫酸工藝

在直流法中，全部酸氣進入反應爐，要求嚴格配給空氣量，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在理想的配比下進行催化轉化，以獲取更高的轉化率。反應爐溫度高達1100 -1600°C，此時酸氣中H2S 約有60%—70%轉化成硫，含硫蒸氣的高溫氣體經余熱鋼爐回收熱量后進入一級冷凝器，再次回收熱量并分離出液態硫，出一級冷凝器的氣相進入一級再熱器,使其在進一級轉化器前達到所需要的反應溫度，然后進人一級轉化器，在已活化的催化劑上反應，由于反應放熱，出口氣溫度明顯升高，經二級冷凝器回收熱量并分離出液態硫之后的氣相，經二級再熱器再熱達到需要的溫度，進入二級轉化器，催化轉化后溫度升高，經三級冷凝器回收熱量并分離出液態硫，分出乎液態疏后的氣相進入第三級再熱器，再熱后進入三級轉化器，使HS 和SO最大限度地轉化為硫，從三級轉化器出來的氣相經四級冷凝器冷卻以除去最后生成的硫。分離出乎液態疏后的尾氣通過捕集器，進一步捕集液態硫后進入尾氣處理裝置進一步處理后排放。各級冷凝器及捕集器中分離出來的液態硫流人硫儲權，經成型后即為硫磺產品。

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，國內常稱為熱鉀堿法，由于浴液中常加入促進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負荷。

活化MDEA 工藝。活化MDEA 溶液系在MDEA 溶液中加有促進CO吸收的活化劑的體系。反應原理：MDEA 作為一個選吸溶劑正是基于它與CO的反應速度較慢，用于脫碳則需加入活化劑以加快與CO的反應速度，可用的活化劑DEA。活化MDEA 法的主要特點有：再生能耗低，活化MDEA 法的低能耗特性源于大量的CO通過降壓閃蒸而被釋放，活化MDEA 溶液吸收CO屬于物理化學吸收，活化MDEA 法溶液可視為物理化學吸收劑，被吸收的CO2 通過閃蒸就可以解吸，既可以滿足凈化度的要求，又可以節省再生能耗，而且MDEA 含有一個叔胺作為活性基團，吸收CO后生成碳酸氫鹽，再生加熱時遠比伯胺、仲胺與CO生成的較為穩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（體積分數）以下；腐蝕程度輕。

五、天然氣清潔能源的優點

天然氣作為能源有以下優點：與煤和石油相比，天然氣作燃料可以明顯減少環境污染，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，這就減少了泄漏對人畜生命造成的危險性，而煤制氣含有20% — 30%的CO，如因管道泄漏，會引起人畜中毒甚至死亡；天然氣在聯合循環發電利用中，熱能利用率可達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時期的需求；天然氣供居民作燃料具有十分方便、節省時間和勞動力的優越性。