【正文】 .......................40 液相負荷下限線 .........................................................................................................41 液相負荷上限線 ........................................................................................................41 液泛線 ......................................................................................................................41 9 附屬設(shè)備及主要附件的選型和計算 ....................................................................................42 10 心得體會 ..........................................................................................................................43 參考文獻 ................................................................................................................................44 1 總論 項目名稱、建設(shè)單位、企業(yè)性質(zhì) 項目名稱：天然氣脫硫 建設(shè)單位：中石油儀隴凈化廠 企業(yè)性質(zhì)：國營企業(yè) 編制依據(jù) 天然氣可分為酸性天然氣和潔氣。潔氣是指硫化物和 CO2含量甚微或根本不含，不需要凈化就可以外輸和利用的天然氣。酸性天然氣的危害有：酸性天然氣在水存在的條件下會腐蝕金屬；污染環(huán)境；含硫組分有難聞的臭味、劇毒；硫可能使下游工廠的催化劑中毒； H2S可對人造成傷害 ； CO2含量過高會使天然氣熱值達不到要求。從 西氣東輸和川氣東送為標志的天然氣管道工程建設(shè)到 2021 年 11 月份 氣荒，都促進了天然氣市場的發(fā)展。合理利用天然氣，充分凈化天然氣，可以優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，改善大氣環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量，對實現(xiàn)節(jié)能減排目標、建設(shè)環(huán)境友好型社會具有重要意義。而人們長期以來通用的 “ 天然氣 ” 是從能量角度出發(fā)的狹義定義，是指 氣態(tài)的石油，轉(zhuǎn)指在 巖石圈中生成并蘊藏于其中的以低分子飽和 烴 為主的烴類氣體 和 少量 非烴類氣體 組成的可燃性氣體混合物。天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中 甲烷 占絕大多數(shù)，另有少量的 乙烷 、 丙烷 和 丁烷 ，此外一般還含有 硫化氫 、 二氧化碳 、 氮 和 水氣 ，以及微量的 惰性氣體 ，如 氦 和 氬 等。 從礦藏中開采出來的天然氣是組分非常復(fù)雜的烴類混合物，且含有少量的非烴類雜質(zhì)。由于水的存在，這些氣體組分將生成酸或酸溶液，造成輸氣管道和設(shè)備的嚴重腐蝕。而像 H2S 和硫醇這樣的硫化物， 并使之轉(zhuǎn)化為可供工業(yè)應(yīng)用的 元素硫，便構(gòu)成一條天然氣工業(yè)中普通采用的凈化、回收硫的基本技術(shù)路線。因此，天然氣中的 H2S量受到嚴格限制，開采出的天然氣往往須經(jīng)脫硫預(yù)處理，以滿足傳輸及使用要求。故而一個完整的天然氣脫硫廠應(yīng)包括脫硫裝置 、硫磺回收裝置和尾氣處理裝置。酸性天然氣指含有顯著的硫化物和 CO2等酸性氣體必須經(jīng)處理后才能達到管輸標準或商品氣氣質(zhì)指標的天然氣。來自地下儲層的天然氣通常不同程度地含有 H2S、 CO2和有機硫化物（ RSH、 COS、 RSSR， ）等酸性組分，在開采、集輸和處理時會造成設(shè)備和管道腐蝕；而且含硫組分往往有毒、有害并具有難聞的臭味，會污染環(huán)境和威脅人身安全（ 少量硫化氫就具有劇毒 ， 雖然硫化氫在濃度極低時就能檢測到，但 由于嗅疲勞，在接觸后幾分鐘內(nèi)就會喪失嗅覺，從而無法感覺到硫化氫的危險濃度。 綜上所述，天然氣在使用前必須進行脫硫處理，嚴格控制酸性氣體的含量，使其硫含量滿足 GB173201999 天然氣標準規(guī)定的天然氣的技術(shù)指標，才能成為合格的使用天然氣。 由于化工生產(chǎn)所需要的原料氣對有害物質(zhì)特別是硫及其化合物的含量要求比較嚴格（硫含量一般為 12mg/m3），天然氣通常需要經(jīng)過二次處理才能符合要求，而且這部分氣量相對較小，故在制定商品天然氣氣質(zhì)指標是多以符合燃料要求為依據(jù)，主要從保證天然氣在輸配系統(tǒng)中的安全運行，減少設(shè) 備、管線的腐蝕，滿足環(huán)境保護和第 7 頁 衛(wèi)生以及良好的燃料性能等方面規(guī)定對商品天然氣的質(zhì)量要求。在西方發(fā)達國家，氣質(zhì)指標除了管輸指標外，往往還必須根據(jù)用戶與公司簽訂的銷售合同的有關(guān)條款來實行質(zhì)量要求，以滿足用戶的需要。值為了使天然氣用戶能適當確定其加熱設(shè)備，必須確定最小熱值。 (2)含硫量。 (3)烴露點。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。在地層溫度和壓力條件下，水在天然氣中通常以飽和水蒸汽的形式存在，水蒸氣的存在往往給天然氣的輸集帶來了一系列的危害。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。一般要求天然氣水露點比輸氣管線可能達到的最低溫度還低 56℃。 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。 GB178201999 同時規(guī)定高位發(fā)熱量大于 （ CHN），二氧化碳體積分數(shù)不大于 3%，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)比最低環(huán)境溫度低 5℃。 我國商品天然氣氣質(zhì)技術(shù)標準如下表： 表 1 商品天然氣氣質(zhì)技術(shù)標準 （ GB178201999） 第 8 頁 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)指標見表 2。 一般的化學(xué)吸收法通過吸收劑溶液吸收天然氣中的酸性組分，大部分酸性組分被吸收劑溶液所吸收，殘余的酸性組分需進一步吸收分離，以達到商品氣氣質(zhì)指標的要求。一般的化學(xué)吸收法有吸收、閃蒸、換熱和再生四部分組成。該項目的順利實施，將為 工廠 帶來更高的營業(yè)收入，能夠更好地回饋投資者 ，也必將帶領(lǐng)工廠進入一個全新的發(fā)展階段。 工藝流程簡介 醇胺法脫硫原則工藝流程： 第 11 頁 醇胺法工藝的基本流程主要有吸收、閃蒸、換熱和再生四部分組成。達 到要求的凈化器離開吸收塔頂部，井出口分離器除去攜帶的醇胺液滴后出裝置。閃蒸后的富液經(jīng)過濾器進入貧 /富液換熱器，與已完成再生的熱醇胺（簡稱貧液）換熱而被加熱，然后進入在低壓下操作的再生塔頂部。因此，出再生塔的溶液為貧液，只含有 少量未汽提出的殘余酸性氣體。 離開再生塔頂部的酸性組分和水蒸氣進入冷卻器，以冷凝分出大部分水蒸氣，冷凝液作為回流返回再生塔頂部，以回收被酸性氣流帶出的醇胺蒸汽，酸氣送至硫磺回收裝置或其他氣體處理設(shè)施進一步處理。反應(yīng)爐溫度高達 1100 一 1600℃，此時酸氣中 H2S 約有 60％一 70％轉(zhuǎn)化成硫，含硫蒸氣的高溫氣體經(jīng)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(tài)硫，出一級冷凝器的氣相進入一級再熱器，使其在進一級轉(zhuǎn)化 器前達到所需要的反應(yīng)溫度，然后進人一級轉(zhuǎn)化器，在已活化的催化劑上反應(yīng)，由于反應(yīng)放熱，出口氣溫度明顯升高，經(jīng)二級冷凝器回收熱量并分離出液態(tài)硫之后的氣相，經(jīng)二級再熱器再熱達到需要的溫度，進入二級轉(zhuǎn)化器，催化轉(zhuǎn)化后溫度升高，經(jīng)三級冷凝器回收熱量并分離出液態(tài)硫，分出液態(tài)疏后的氣相進入第三級再熱器，再熱后進入三級轉(zhuǎn)化器，使 H2S 和 SO2最大限度地轉(zhuǎn)化為硫，從三級轉(zhuǎn)化器出來的氣相經(jīng)四級冷凝器冷卻以除去最后生成的硫。各級冷凝器及捕集器中分 離出來的液態(tài)硫流人硫儲罐，經(jīng)成型后即為硫磺產(chǎn)品。如果以脫硫劑的狀態(tài)來分，則天然氣脫硫法可分為干法和濕法兩大類。 濕法 采用各類液體溶液脫硫劑。 化學(xué)吸收法基于可逆化學(xué)反應(yīng)。各種胺溶液是應(yīng)用品廣泛的脫硫吸收劑。 物理吸收法是基于吸收劑的選擇性吸收來分離抽取天然氣中酸性組分，其操作類似于天然氣工廠中油吸收法。由于吸收劑的吸收能力實際上與氣相中酸性組分的分壓成正比，故而本法對處理高含酸性組分的天然氣特備有效。本法中最得以 廣泛應(yīng)用的是Sulfinol 法，其中使用環(huán)丁砜和任一化學(xué)吸收劑相組合的溶液作為脫硫劑。在確定 Sulfinol 砜胺溶液配比時，應(yīng)考慮依據(jù)使用條件不同而異。據(jù)統(tǒng)計， 20 世紀 90 年代美國采用化學(xué)溶劑法的脫硫脫碳裝置處理量約占總處理量的 72%，其中有絕大多數(shù)是采用醇胺法。目前，主要采用的是一乙醇胺（ MEA）、常規(guī)的二乙醇胺（ DEA）、二異丙醇胺（ ADIP）、二甘醇胺（ DGA）和甲基二乙醇胺（ MDEA）等溶劑。由于醇胺法使用的是醇胺水溶液，溶液中含水可使被吸收的重?zé)N降低至最少程度，故非常適用于重?zé)N含量高的天然氣脫硫脫碳。醇胺還具有腐蝕性，與天然氣中的 H2S 和 CO2等會因其設(shè)備腐蝕。 由于醇胺法的吸收能力較強，且本設(shè)計中，在脫除 H2S的同時需脫除相當量的 CO2，即要求選擇性脫硫，而原料氣中有不含有機硫，故選擇醇胺法來進行脫硫脫碳處理。由于采用的是水溶液可減少重?zé)N的吸收量，故此法更適合重?zé)N的氣體脫硫脫碳。此外，配方溶液目前種類繁多，性能各不相同，分別用于選擇性脫 H2S，在深度或不深度脫除 H2S 的情況下脫除一部分或大部分 CO2，深度脫除 CO2，以及脫除 COS等。羥基：可降低化合物的蒸汽壓，增加醇胺在水中的溶解度，可配制成水溶液。醇胺與 H2S、 CO2的主要反應(yīng)如下： 伯胺： 2 2 3R NH H S R NH H S???????? ?? (瞬間反應(yīng) ) 2 2 32 R NH CO R NH R NH CO O???????? ?? （中速反應(yīng)） 2 2 2 3 3R N H C O H O R N H H C O?????? ? ?? ?? （慢反應(yīng)） 仲胺： 2 2 2 2R NH H S R NH H S???????? ?? (瞬間反應(yīng) ) 2 2 2 2 22 R NH CO R NH R NCO O???????? ?? （中速反應(yīng)） 2 2 2 2 2 3R N H C O H O R N H H C O?????? ? ?? ?? （慢反應(yīng)） 叔胺： 第 15 頁 39。2 2 2R R N H S R R N H H S???????? ?? (瞬間反應(yīng) ) 39。39。當酸性組分 P 高或 T低時 ，反應(yīng)向右進行，貧液從原料氣中吸收酸性組分（正反應(yīng)），并且放熱。 幾種方法性質(zhì)比較 ； ①一乙醇胺（ MEA） MEA 可用于低吸收壓力和凈化氣質(zhì)質(zhì)量指標要求嚴格的場合。凈化氣中 H2S的濃度可低達 。 MEA 也可脫除 COS、 CS2，但是需要采用復(fù)活釜，否則反應(yīng)是不可逆的。 MEA 的酸氣負荷上限通常為 酸氣 /mol MEA，溶液質(zhì)量濃度一般應(yīng)限定在 10%20%。由于 MEA 蒸汽壓在醇胺類中最高，故在吸收塔、再生塔中蒸發(fā)損失量最大，但可采用水洗的方法降低損失。如果酸氣分壓高而且總壓高，則可采用具有專利權(quán)的 SNPADEA 法。專利上所表示的酸氣負荷為 酸氣 /molDEA。 ③三甘醇胺 DGA 是伯醇胺，不僅可脫除氣體和液體中的 H2S和 CO2，而且可以脫除 COS 和RSH，故廣泛用于天然氣和煉廠氣脫硫脫碳。 DGA 溶液濃度在 50%時的凝點為 — 34℃，故可適用于高寒地區(qū)。此外，它與 COCOS 的反應(yīng)時不可逆的。因此，在 DGA脫硫脫碳裝置的設(shè)計中應(yīng)采用合適的活性碳過濾器。 ④甲基二乙醇胺 MDEA 是叔醇胺，可在中、高壓下選擇性脫除 H2S 以符合凈化氣的質(zhì)量指標或管輸要求。 選擇性脫除 H2S 的優(yōu)點是：由于脫除的酸氣量減少而使溶液循環(huán)量降低；再生系統(tǒng)的熱負荷低；酸氣中的 H2S/CO2摩爾比可高達含硫原料氣的 1015 倍。 此外，叔醇胺與 CO2的反應(yīng)時反應(yīng)熱較小的酸堿反應(yīng)，故再生時需要的熱量較少，因而用于大量脫除 CO2是很理想的。 采用 MDEA 溶液選擇性脫硫不僅由于循環(huán)量低而可降低能耗，而且單位體積溶液再生所需蒸汽量也顯著低于常規(guī)醇胺法。 ⑤二異丙醇胺 它是仲胺，對 H2S 具有一定的選擇性，與 CO COS 發(fā)生質(zhì)變反應(yīng)的能力大于MEA、 DEA 和 DGA。 ⑥配方溶液 配方溶液是一種新的醇胺溶液系列，與大多數(shù)醇胺溶液相比，由 于采用配方溶液可減少設(shè)備尺寸和降低能耗而廣為應(yīng)用，目前常見的配方溶