含硫天然气净化技术研究.pdf
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1、中文科技期刊数据库(全文版)工程技术 74 含硫天然气净化技术研究 汤 成 中国石油化工股份有限公司西南油气分公司采气一厂,四川 德阳 618000 摘要:摘要:天然气是一种能源,它在地下被埋藏,我们要从地层中开采出来使用。可是,开采出来的天然气里面含有很多杂质,比如砂、锈、水和水蒸气、硫化物、CO2、轻烃等。这些杂质会对天然气的后续处理过程产生影响,造成天然气的品质下降和使用不够安全。为了确保天然气的安全使用,我们需要对天然气进行提纯,提高它的纯度。提纯的过程就是把杂质从天然气中去除的过程。这样一来,天然气的品质就会得到提高,可以满足生产和使用的要求。关键词:关键词:天然气;净化技术 中图分
2、类号:中图分类号:TE6 我国油气资源丰富,资源丰富,油气资源丰富,天然气提纯技术亟待解决。中国石油西南油气田公司天然气研究所在这一领域的研究工作中,先后在醇胺、物化、配方、液相氧化还原和干法等脱硫工艺和硫磺回收工艺上,取得了一系列的研究成果,并在天然气提纯中得到了成功的应用。1 天然气净化的目的 天然气(Natural Gas)是一种天然存在于地下孔隙介质中,主要由烃类(Hydrocarbon)气和微量非烃气构成的一种易燃易爆的混合气,常与石油相伴而生。从某种角度来说,天然气即石油,是石油气化形成的。天然气组成主要是甲烷,此外,还包含戊烷、丙烷、乙烷和丁烷等,且掺杂着氢气、二氧化氮、氧气及氮
3、气、硫化氢等。天然气作为当前使用率较高的能源,被广泛应用于日常生活及生产当中,作为清洁能源,具有效率高、质量高等优势,除在城镇及工业中应用范围广,在电力行业中的地位也日益重要。天然气也是一种优良的化学原料,在合成氨、甲醇、氮肥、合成纤维等行业得到了广泛的应用。天然气合成石油(GTL)工艺,也是一种大规模开发天然气的方法;此外,从天然气中提取的硫磺也可以用作硫酸生产的原材料1。虽然天然气属于化工原料及燃料,但是可进行回收及加工,有助于天然气综合利用率提升,尽可能的发挥天然气资源,保证天然气运输安全、储存安全,避免空气污染,其对于总体经济效益的提升有利。我国天然气资源十分丰富,随着天然气越来越多地
4、成为一种重要的化工原料,为了便于天然气的输送和获取高纯度的化工原料,目前,世界上所有的天然气初级加工和产物的利用都是以天然气的提纯、加工和化工利用为中心进行的。对天然气进行脱硫,不仅可以提高天然气的品质,还可以防止天然气在输送过程中的腐蚀管线,还可以降低大气污染,这对于提高天然气的整体经济、社会效益,具有十分重要的实际意义。2 溶剂脱硫技术开发研究 2.1 一乙醇胺溶剂脱硫技术 为有效推动煤气净化行业的发展,提升天然气脱硫技术,天研院针对天然气氨法脱硫技术进行了综合研究。60 年代中期,相关研究人员利用乙醇胺-环丁砜-水溶液及乙醇胺水溶液脱硫工艺试验、工业试验及中试试验等,探讨了贫化液温度、溶
5、液浓度、质量及溶液等与贫化液质量的相关性,并对再生塔的运行参数对贫化液质量的影响进行了综合分析,同时在 60 年代时,与同行合作,于四川省创建了我国第一个天然气脱硫工业化装置。本文介绍的实验成果和实际应用情况,对其他天然气、精炼气脱硫系统也有一定的借鉴意义2。在此基础上,用乙醇胺-环丁砜-水溶液对天然气中的硫化氢和有机硫进行了工业实验,并获得了较好的效果。2.2 二异丙醇胺系列溶剂脱硫技术 70 年代中期,相关操作人员于工业装置上进行了全新研究,实施了二异丙醇胺-环丁砜脱硫溶液的工业试验,探讨了提纯气总硫的影响因素,包括贫液温度、气液比等,同时检测酸气中烃含量、溶液再生情况、中文科技期刊数据库
6、(全文版)工程技术 75 冷换设备、挂片腐蚀情况和 DIPA 变质速率等。采用DIPA-CE 代替 MEA-CE,节省了 25%的水蒸气,大大减少了腐蚀,并具有较好的长时间、稳定性,得到了工业化应用。2.3 甲基二乙醇胺溶剂脱硫技术 天研院在 20 世纪 80 年代首先针对 MDEA 脱硫技术进行了研究,并采取多种方法进行研究获得了新的突破,比如高压、生产、实验室及常压等。MDEA 选吸容量、吸附性、气液比、再生条件、贫液温度等进行研究后,对比 DIPA 溶液。试验时,DIPA-环丁砜溶液被MDEA 水溶液取代,通过研究发现,在 4.0 MPa 压力、原料气 H.S 为 0.18%0.25%、
7、CO2/H.S 比 710、气液比 35004000、15 块吸收塔板、蒸汽量 200 kg/m溶液等条件下,净化气符合标准,且相对平稳 3。对比 DIPA-环丁砜溶液发现,酸气浓度提高显著,大约10%,在高于 20%后,与先前对比,溶液循环量减少大约 1/3-1/4,电消耗、蒸汽消耗及水消耗对应减少,进而提高了装置处理能力,天然气加工损耗也随之减少。2.4 物理化学混合溶剂选择性脱除硫化氢和有机硫化物技术 许多新方法中,对照采用二异醇胺一环丁砜-水溶液与甲基二乙醇胺一环丁砜-水溶液,探讨了 5.5MPa环境中,选择性脱除有机硫化物及硫化氢等。通过研究发现,通过甲基二乙醇胺一环丁砜水溶液取代二
8、异丙醇胺一环丁砜水溶液,可保证相对平稳的硫化氢水平,一般低于 20 mg/m,有机硫脱除率在 70%以上,二氧化碳吸收率大约 60%。本项目的研究成果将为脱硫系统节省 25%-30%的水汽,对改善酸性气体的硫化氢含量、提高硫磺回收率、降低尾气处理设备的负荷具有重要意义。2.5 配方溶剂脱硫脱碳技术 随着我国天然气行业的快速发展,对产物气中硫含量的需求也在不断降低,尤其是在含硫气田,目前尚无成熟的处理方法可供参考,需要进一步提升和改进。为有效处理天然气脱硫中常见的一些问题,天研院针对“配方型脱硫溶剂及脱硫技术”进行了研究,基础成分 MDEA 水溶液,根据实际需求,添加适当的添加剂,有助于 MDE
9、A 水溶液脱硫选择性提升,且可以增强有机硫脱除能力,与当前部分特殊原料其组成需求相符。3 硫磺回收技术 3.1 常规克劳斯硫磺回收技术 传统的克劳斯硫磺回收工艺,其核心是采用克劳斯硫磺与硫磺发生反应,产生单质硫和水分,再经过硫磺回收设备,将硫磺回收,并将其排放到空气中4。克劳斯反应是一个放热的过程,在较低的温度下可以达到较好的平衡,而传统的两个或三个阶段的反应器一般在 180-350 摄氏度之间进行。然而,由于反应炉中产生的 COS 和 CS,需要在高温下进行更彻底的水解,因此通常需要一反时间来完成有机硫的水解,另外,反应炉中包含部分未完全反应的氧气,具有催化作用,同时,催化剂的应用,同时存在
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