天然气净化工艺脱酸气技术初探

刘泉洲 张楌 王志刚

陕西省延安市志丹县长庆油田分公司第一采气厂第四净化厂 邮编717500

一、概述

气井气、油气田各级分离器分岀的气体和从原油稳定装置拔岀的气体为原料气。经分离除去液固杂质后，进入脱酸气单元，在酸性天然气处理工艺中，无论是化学吸收还是物理吸收都有吸收和再生两部分组成，吸收和再生分别在气液传质的塔器（填料塔或板式塔）内进行。分岀气体中的酸性组分HS，并送制硫厂回收硫磺；分岀的CO或注入地层，或销售，或放空。脱除酸气的气体，经脱水单元降低气体内的水含量。干燥后的气体进入凝液回收单元，分岀气体内所含的中间和较童组分后作为商品天然气外输。分岀的液态组分既可直接进分馏厂生产各种产品，也可经稳定后送往中心分馏厂进一步加工成C2、C3、C4、C5+等产品外销。

油田伴生天然气经增压站增压后，至天然气脱硫脱水装置进行处理，需脱除天然气中绝大部分的HS 和RSH，以满足产品天然气中硫化氢和硫醇硫含量的技术指标；同时需脱除天然气中绝大部分的水，以满足产品天然气水露点的技术指标，同时为回收更多的液化气和轻油产品，脱水深度还需满足后续的轻烃回收装置所需的水露点≤-35℃的要求。而原料气中CO的含量较低，为0.71%（mol），商品天然气的低燃烧热值≥32.5MJ/m，可不考虑脱除。

二、常见脱酸气工艺

世界上至少有30 多种脱酸气工艺，其中许多工艺具有专利。技操作特点、脱酸原理，可将这些工艺分类为：间歇法，其特点是脱酸气容器只能批量生产，不能连续生产。技脱酸气原理可分为化学反应法和物理吸附法。属化学反应法的的有：海绵铁法、氧化锌法等，由于与酸气的反应物不能再生，作为废弃物处置，故仅用于气量小、含酸气浓度低的场合。用分子筛脱除酸气属物理吸附法；混合溶剂吸收法，由物理溶剂和化学溶剂配制的混合溶剂，兼有物理吸收和化学吸收剂性质。如：Sulfinol 法，吸收剂为属物理溶剂的环丁砜和属化学溶剂的DIPA 或MDEA 的混合溶剂，称砜胺法；直接氧化法，对HS直接氧化使其转换成元素硫，如：Claus（克劳斯）法、LOCAT 法、Stretford（蔥醌）法，Sulfa-check 等。在天然气工业中常用于天然气脱岀酸气的处理，原料气的特点是气体流量小、酸气浓度很高。

三、直流法脱酸工艺

在直流法中，全部酸气进入反应炉，要求严格配给空气量，以使酸气中的全部烃完全燃烧，而HS 仅有1/3 氧化成SO，使剽余2/3 的HS 与氧化成的SO在理想的配比下进行催化转化，以获取更高的转化率。反应炉温度高达1100 -1600°C，此时酸气中H2S 约有60%—70%转化成硫，含硫蒸气的高温气体经余热钢炉回收热量后进入一级冷凝器，再次回收热量并分离出液态硫，出一级冷凝器的气相进入一级再热器,使其在进一级转化器前达到所需要的反应温度，然后进人一级转化器，在已活化的催化剂上反应，由于反应放热，出口气温度明显升高，经二级冷凝器回收热量并分离出液态硫之后的气相，经二级再热器再热达到需要的温度，进入二级转化器，催化转化后温度升高，经三级冷凝器回收热量并分离出液态硫，分出乎液态疏后的气相进入第三级再热器，再热后进入三级转化器，使HS 和SO最大限度地转化为硫，从三级转化器出来的气相经四级冷凝器冷却以除去最后生成的硫。分离出乎液态疏后的尾气通过捕集器，进一步捕集液态硫后进入尾气处理装置进一步处理后排放。各级冷凝器及捕集器中分离出来的液态硫流人硫储權，经成型后即为硫磺产品。

四、其它脱酸工艺

热碳酸钾法广泛用于脱除合成气中的CO的方法，国内常称为热钾碱法，由于浴液中常加入促进CO吸收的活化剂，所以亦称为活化热钾碱法。此法常用于处理具有较高温度的合成气，并可省去换热冷却设备，而且较高的温度还増加了碳酸钾的溶解度，从而获得较高的溶液CO负荷。

活化MDEA 工艺。活化MDEA 溶液系在MDEA 溶液中加有促进CO吸收的活化剂的体系。反应原理：MDEA 作为一个选吸溶剂正是基于它与CO的反应速度较慢，用于脱碳则需加入活化剂以加快与CO的反应速度，可用的活化剂DEA。活化MDEA 法的主要特点有：再生能耗低，活化MDEA 法的低能耗特性源于大量的CO通过降压闪蒸而被释放，活化MDEA 溶液吸收CO属于物理化学吸收，活化MDEA 法溶液可视为物理化学吸收剂，被吸收的CO2 通过闪蒸就可以解吸，既可以满足净化度的要求，又可以节省再生能耗，而且MDEA 含有一个叔胺作为活性基团，吸收CO后生成碳酸氢盐，再生加热时远比伯胺、仲胺与CO生成的较为稳定的氨基甲酸盐所需热量低得多；气体净化度高，净化后能将原料气中的HS 含量降至6mg/m3，CO脱除至200×10-6（体积分数）以下；腐蚀程度轻。

五、天然气清洁能源的优点

天然气作为能源有以下优点：与煤和石油相比，天然气作燃料可以明显减少环境污染，天然气的燃烧排放量低于石油和煤的燃烧排放量；由于天然气组份不含有CO，这就减少了泄漏对人畜生命造成的危险性，而煤制气含有20% — 30%的CO，如因管道泄漏，会引起人畜中毒甚至死亡；天然气在联合循环发电利用中，热能利用率可达55%，要高于原油和煤的热能利用率；天然气着火温度比较高，爆炸界限窄，相对密度较空气轻，安全性能好；全球丰富的天然气资源完全可以满足人类较长时期的需求；天然气供居民作燃料具有十分方便、节省时间和劳动力的优越性。