【正文】 精餾柱 ................................................................................................ 43 甘醇泵 ................................................................................................ 43 閃蒸分離器 ........................................................................................ 44 氣體 /貧甘醇換熱器 [14]....................................................................... 44 脫水?dāng)?shù)據(jù)總匯 ............................................................................................ 45 .......................................................................................................................... 46 腐蝕 ............................................................................................................... 46 發(fā)泡 ............................................................................................................... 46 溶劑損失 ....................................................................................................... 47 天然氣凈化裝置工藝設(shè)計 III .................................................................................................................................. 48 .......................................................................................................................... 49 ................................................................................................................................ 50 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 51 致 謝 ................................................................................................................................. 52 天然氣凈化裝置工藝設(shè)計 1 天然氣簡介 天然氣是古生物遺骸長期沉積地下，經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)化及變質(zhì)裂解而產(chǎn)生的氣態(tài)碳?xì)浠衔?，具可燃性，多是在油田開采原油時伴隨而出。在高碳比下能選擇脫除 H2S，循環(huán)量小，操作費用低，損失小，應(yīng)用極廣。必須先經(jīng)過一些處理才能輸送到居民家中和工廠中使用。 我國的天然氣資源比較豐富， 縱觀我國天然氣儲量發(fā)展?fàn)顩r，具有增長速度快，儲采比高，煤成氣比例逐漸增高，探明率低的特點。 天然氣是一種優(yōu)質(zhì)的能源，具有熱值大，運輸使用方便，燃燒完全，無煙無渣，價格較為便宜等優(yōu)點。所以天然氣的凈化就是一個很重要的過程。 天然氣脫水的方法主要有低溫脫水、溶劑吸收法脫水、固體吸附法脫水和化學(xué)反應(yīng)法脫水。在石油地質(zhì)學(xué)中，通常指油田氣和氣田氣 [1]。只有游離態(tài)的天然氣經(jīng)聚集形成天然氣藏，才可以開發(fā)利用。 天然氣、煤炭和石油并稱為目前世界一次 性能源的三大支柱。 伴隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，石油危機的沖擊和煤、石油所帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，使能源結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生變化，天然氣的消費量急劇增長。 縱觀我國天然氣儲量發(fā)展?fàn)顩r，具有增長速度快，儲采比高，煤成氣比例逐漸增高，探明率低的特點。（ 4）規(guī)模較大的圈閉。 （ 3）天然氣是高效能源：天然氣在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電利用中，熱能利用率可達(dá) 55％，要高于原油和煤 的熱能利用率。 首先，天然氣是一種優(yōu)質(zhì)的能源，具有熱值大，運輸使用方便，燃燒完全，無煙無渣，價格較為便宜等優(yōu)點。 天然氣在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用極其廣泛，可以生產(chǎn)近千種化工產(chǎn)品，目前國內(nèi)外大規(guī)模生產(chǎn)的天然氣化工產(chǎn)品有數(shù)十種，其中有一部分中間產(chǎn)品，主要有合成氨、甲醇、甲烷氯化物、硝基甲烷、乙炔、二硫化碳、碳黑、氫氰酸等。如優(yōu)質(zhì)鋼、有色金屬電子器材、玻璃、建筑陶瓷、衛(wèi)生潔具、搪瓷制品、儀器儀表等產(chǎn)品使用天然氣作燃料，在產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)保證、產(chǎn)量提高、科學(xué)管理等方面具有較強的競爭力，經(jīng)濟效益明顯提高。 硫化氫的簡介 硫化氫 (H2S)是一種劇毒氣體，帶有臭雞蛋氣味。全球幾乎所有發(fā)現(xiàn)的 氣藏中都含有硫化氫，其含量從剛能被檢測出來到占天然氣體積的 90%以上。城市煤氣中硫化氫濃度不得超過 20mg/m3。 脫水進(jìn)料氣 設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1）進(jìn)料氣的條件有 流率： 104m3/d 壓力： （ g） 溫度： ℃ 天然氣凈化裝置工藝設(shè)計 5 表 22 原料氣的組成 組分 組成（ mol%） CH4 C2H6 C3H8 iC4H10 nC4H10 N2 H2 O2 H2S CO2 H2O 合計 產(chǎn)品氣出裝置條件 流率： 104m3/d 壓力： （表） 溫度： ℃ H2S 含量＜ 20mg/m3 CO2含量≤ %（ V） 水露點≤ 5℃（在出廠壓力條件下） 編制原則 天然氣在使用前必須先進(jìn)行脫硫處理，嚴(yán)格控制酸性氣體的含量，使其硫含量滿足 GB173201999 天然氣標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的天然氣的技術(shù)指標(biāo)，才可以成為合格的使用天然氣。在西方發(fā)達(dá)國家，氣質(zhì)指標(biāo)除了管輸指標(biāo)外，往往還必須根據(jù)用戶與公司簽訂的銷售合同的有關(guān)條款來實行新的質(zhì)量要求，以滿足用戶的需要。 (2)含硫量。為了防止天然氣在輸配管線中有液烴凝結(jié)，目前許多國家都對商品天然氣規(guī)定了脫油除塵的要求，規(guī)定在一定條件下天然氣的最高允許烴露點。天然氣的含水量以單位體積天然氣中所含的水汽量來表示的，有時也用天然氣的水露點來表示。 GB 178201999 依據(jù)不同用戶的要求并結(jié)合我國天然氣資源的實際組成，將商品天然氣分成三類。 我國商品天然氣氣質(zhì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表 23： 表 23 商品天然氣氣質(zhì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （ GB178201999） 項目 一類 二類 三類 高位發(fā)熱量MJ/m3 總硫 mg/m3 ≤ 100 ≤ 200 ≤ 460 H2S 含量 mg/m3 ≤ 6 ≤ 20 ≤ 460 CO2（ %（ V）） ≤ — 水露點℃ 在天然氣交接點的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點應(yīng)比最低溫度低 5℃ 此外，按照用途不同，典型天然氣氣質(zhì)指標(biāo)見表 32。 目前用于天然氣脫除酸性組分的方法有主要化學(xué)溶劑法、物理溶劑法、物理化學(xué)溶劑法、直接轉(zhuǎn)化法、非再生性法和膜分離法及低溫分離法。 1934 年，發(fā)表了水合物造成天然氣輸氣管線堵塞的有關(guān)數(shù)據(jù)，人們開始更加詳細(xì)地研究天然氣水合物和它的相關(guān)性質(zhì) [4]。 用于天然氣脫水的方法有多種，可大致分為溶劑吸收法、固體吸附法、直接冷卻法和化學(xué)反應(yīng)法等 [5]。液體吸收法中有利用堿性溶液的化學(xué)吸收法和利用有機溶劑的物理吸收法，以及物理化學(xué)吸收法。對低濃度硫化氫廢氣多采用化學(xué)吸收法或者吸收氧化法來凈化廢氣。脫除氣體中硫化物所用的活性炭，要有一定的孔徑。在實踐中，這可以用蒸汽活化的方法來達(dá)到。早在 1958 年，美國聯(lián)合碳化物公司的 Linde 部門就開始積累關(guān)于從天然氣脫除硫醇和其它雜質(zhì)的資料。分子篩對極性分子的吸附選擇性，對硫化物產(chǎn)生了高的容量。六十年代后已經(jīng)進(jìn)行過一些實驗研究，測定了一些離子交換樹脂用于氣體凈化時的吸附速率和平衡特性。 MDEA 對于低含硫、高碳硫比、高含有機硫的天然氣是目前的最優(yōu)方法。膨脹制冷法又有節(jié)流閥制冷、膨脹機制冷等方法。 優(yōu)點有：設(shè)備簡單，占地面積小；投資低，裝置操作費用低。常用的干燥劑有硅膠、分子篩等。 缺點：設(shè)備投資和操作費用較高；氣體壓降大會導(dǎo)致吸附劑易破碎；再生耗熱量較高； 再生氣氣量較大；壓力較低。采用三甘醇脫水后的干天然氣水露點遠(yuǎn)低 10℃，可以滿足管輸對天然氣的水露點要求，工藝成熟可靠。 天然氣凈化工藝新方法及發(fā)展趨勢 微生物脫硫技術(shù)在天然氣凈化中的應(yīng)用 Leathan 等首先將分離得到的氧化 亞鐵硫桿菌用在了脫硫研究上。由于微生物脫硫條件溫和、能耗低、投資少、廢物排放少，特別適用于處理中低含硫天然氣，正逐漸成為脫硫領(lǐng)域研究的新熱點。但由于目前臭氧的一工業(yè)化制備比較困難，因此此法運行成本會比較高。該天然氣凈化裝置工藝設(shè)計 13 方法因其處理效率高、操作簡便、易實現(xiàn)自動化、環(huán)境兼容好、不采用任何催化劑和添加劑，從而不產(chǎn)生副產(chǎn)物或二次污染物、清潔生產(chǎn)、環(huán)境友好等優(yōu)點，從而使其發(fā)展前景非常的廣闊。美國 Speared 公司開發(fā)了醋酸纖維素螺旋卷式膜組件 ,用于海上開發(fā)平臺天然氣水 ,H2O/CH4分離因子為 500,在 MPa、 38℃下脫水后的天然氣的水露點溫度可達(dá)到 48℃ ,水蒸汽含量小于 104 時 ,可以除去 97%的水分 ,這對天然氣的輸送 ,避免管道腐蝕十分有利。美國氣體產(chǎn)品公司的柏美亞部 (Permea)是氣體分離膜的開拓者 ,利用專業(yè)的技術(shù)力量從八十年代中開始天然氣脫水膜的研究 ,至 1999 年已經(jīng)實現(xiàn)天然氣脫水膜的商業(yè)化 ,所使用的膜為新型普里森 (Prism)氣體分離膜 ,分離系統(tǒng)在 48 MPa 的壓力下 ,并輔以原料氣流量的 2%5%干燥氣作為返吹氣的條件下 ,可脫除天然氣中 95%的水分 ,從而得到含水量達(dá)到管線輸送標(biāo)準(zhǔn)的干燥天然氣。通過經(jīng)濟對比得出 ,用膜分離方法代替原來的胺法脫 CO2 及乙二醇脫水裝置后 ,處理費用減少了 85%,占地面積只有胺法裝置 15%,輕烴回收率比胺法要低一些 ,但由于膜系統(tǒng)的透過氣可作為燃料使用 ,從而使烴的有效回收率有所提高。使天然氣在自身壓力作用下加速到超音速，這時天然氣的溫度和壓力會急劇下降，使天然氣中的水蒸汽冷凝成小液滴，然后在超音速下產(chǎn)生強烈的氣流 旋轉(zhuǎn)將小液滴分離出來，并對于氣進(jìn)行再壓縮。 （ 4）工藝工程中不添加化學(xué)藥劑，如甲醇、乙二醇、三甘醇，避免了化學(xué)品對環(huán)境的危害。 該技術(shù)容易設(shè)計成體積小、質(zhì)量輕、成本低、可靠性高的脫水橇，并且可以充分的利用天然氣的壓力能。隨著對環(huán)境保護(hù)的日益重視，對凈化天然氣中的 H2S 含量 (以及總硫含量 )、 CO2含量和硫回收及尾氣處理裝置排放氣中 SO2含量的要求越來越低，促使原有的工藝進(jìn)行改進(jìn)提高和新的先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)。目前，天然氣脫硫工藝以化學(xué)溶劑法為主，對于各種復(fù)雜的氣質(zhì)條件和不同的凈化度要求，各公司開發(fā)了由不同化學(xué)溶劑組成的多種配方脫硫工藝。 ③物理化學(xué)吸收工藝獲得進(jìn)一步的發(fā)展。 ④氧化還原法及生物脫硫技術(shù)頗受關(guān)注。 ⑤氧化還原法用于高壓氣體處理取得進(jìn)展。 ⑥在新出現(xiàn)的工藝技術(shù)中， Morphysorb 溶劑的特點是不需冷凍即可達(dá)到的酸氣負(fù)荷，溶劑對 H2S 有很好的選擇性與凈化度，從而克服了物理溶劑法固有的缺陷；Hybrisol 溶劑屬于物理化學(xué)混合溶劑 (Ⅲ型溶劑 )，在處理高含酸體的天然氣時，凈化氣可達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)，且兼有脫水的功能，再生酸氣可直注地層； CrystaSulf 工藝則把Claus 反應(yīng)原理應(yīng)用于脫硫過程，將脫硫與硫磺歸二為一，從而在工藝技術(shù)開發(fā)上開拓了全新的途徑。在流程方面的這些有益嘗試都獲得了經(jīng)濟上的利益。從吸收塔流出的富液與從解吸塔流出的貧液換熱而被加熱，然后進(jìn)入解吸塔頂部附近的某一部分。冷凝液連續(xù)的加回到系統(tǒng)里，以防止胺溶液不斷的蒸濃。來自脫硫裝置的濕凈化天然氣經(jīng)原料分離器自吸收塔下部進(jìn)入吸收塔，由于進(jìn)入吸收塔的氣體不允許含有游離液體（水與液烴）、化學(xué)劑、壓縮機潤滑油及泥沙等物，所以濕天然氣進(jìn)入裝置后，先經(jīng)過進(jìn)口氣滌器除去游離液體和固體雜質(zhì)。由進(jìn)口氣滌器頂部分出的濕天然氣進(jìn)入吸收塔底部，向上通過各層塔板，與向下流過各層塔板的甘醇溶液逆向接觸時，使氣體中的水蒸汽被甘醇溶液