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吸附法在酸性天然气脱水脱酸性组分中的应用

2017-7-25 14:24:45 点击:
吸附法不仅可用于无硫天然气脱水,也可用于含硫天然气即酸性天然气脱水或同时脱水和脱酸性组分如CO2、H2S和其他硫化物等。 活性氧化铝有一定的抗酸性能力,但不如硅胶和分子筛。然而,硅胶和A型分子筛也不能用于高酸性天然气脱水。对于高酸性天然气脱水,必须采用抗酸性分子筛。分子筛的抗酸性能力与其组成中的SiO2/Al203比(物质的量之比)有关。SiO2/Al203之比低的分子筛易受酸或酸性气体的影响而变质。例如,一般的A型分子筛必须在pH≥5的条件下使用。如果用于高酸性天然气脱水,不仅其吸附活性下降,而且晶体结构也要破坏。 目前,除13X分子筛可用于天然气及液烃处理外,常用的抗酸性分子筛还有AW300、AW500以及一些厂家生产的主要作用是脱水或脱酸性组分,或者同时脱除水分和酸陛组分的专用分子筛。例如对H2S和C02反应生成COS几乎没有催化作用的分子筛Cosmin105A、脱硫醇的分子筛RK-33等。 用于酸性天然气的吸附法处理装置与一般吸附法脱水装置流程类似,只是由于再生加热过程中脱附的水分和酸性组分同时进入再生气中,故对再生气的处理方法不同。例如,用于同时脱水脱硫的EFCO天然气处理工艺,采用溶剂吸收的方法脱除进入再生气中的酸性组分。 (一) 分子筛脱水脱硫醇 目前,国外已有多套采用分子筛脱水脱硫醇装置在运行,现将其中两例介绍如下: 1. 哈萨克斯坦扎若尔油气处理新厂 该厂分子筛脱水脱硫醇装置由我国设计与承建。建设该装置的目的是对油气处理新厂过剩的天然气脱水脱硫醇使其达到管输装置处理能力为315×104m3/d(0℃,101.325kPa),原料气压力未6.6MPa,温度约50℃,设计干气水露点≤-20℃(6.5MPa)。原料气、商品气组成设计值见表3-14。 表3-14 扎那若尔脱水脱硫醇装置原料气、商品气组成 %(设计值,体积分数) 组分 C1 C2 C3 C4 C5 C6 原料气 84.61 8.01 3.48 0.92 0.10 0.06 商品气 84.62 8.01 3.48 0.92 0.10 0.06 组分 CO2 N2 H2S 硫醇 H2O 原料气 0.07 2.75 ≤7mg/m3 ≤150mg/m3 48mg/m3 商品气 0.07 2.75 ≤7mg/m3 ≤16mg/m3 ≤24mg/m3 脱水脱硫醇装置工艺流程见图3-25。该装置采用四塔流程,其中两塔同时吸附(以分子筛塔A、B吸附为例),一塔再生加热(塔D),一塔冷却(塔C)。 分子筛吸附塔为复合床层;上层填装高度为2.2m的RK-38型脱水分子筛11m3(可从天然气中吸附H2O、H2S、COS和甲硫醇,但主要作用是脱水);下层填装高度为4.3m的RK-33型脱硫醇分子筛21m3。分子筛均为美国UOP公司产品。 来自增压站的原料气经过滤分离器除去携带的液烃、润滑油后自上而下进入分子筛吸附塔A、B中脱水和脱硫醇,再经粉尘过滤器除去分子筛粉尘后,大部分作为商品气外输;少部分作为再生冷却气(其量约为原料气的6.35%)自上而下通过已完成再生加热过程的塔C,将该塔分子筛床层冷却至50℃,同时本身得以预热,出塔C后再经加热炉加热至300%,自下而上通过已完成吸附过程的分子筛塔D,将该塔床层逐渐加热至272%,使分子筛上的水分和硫醇脱附并进入再生气中。此含硫再生气经空冷器冷却至约50%,使其中的大部分水蒸气冷凝并去三相分离器进行分离。分离出的含硫再生气去新厂脱硫装置处理,污水去污水处理系统,液烃去闪蒸罐中闪蒸。 装置每4h切换一次,每次切换约需20min。2005年底曾对该装置的实际运行情况进行了考核。考核结果表明,在每一循环周期内商品气中硫醇含量远小于16mg/m3,水含量小于24mg/m3,水露点小于-20℃,达到了设计指标。 2. 印度Basin天然气处理厂 该厂也采用了分子筛脱水脱硫醇方法,详见文献[1],此处不再多述。 (二) 罗家寨气田高含硫天然气脱水 罗家寨气田高含硫天然气中H2S含量为9.5%~11.5%,CO2含量为7%~8%。由于各单井站去处理厂的集气干线长达29.2km,在集气过程中析出冷凝水后不仅会形成水合物堵塞管线,而且可对管线造成严重腐蚀。因此,各单井站的天然气需要集中脱水后再去集气干线。 如果采用TEG脱水,将会带来以下问题:①闪蒸气和再生气中的H2S含量将分别达到65%和35%以上,经过焚烧后的SO2排放量超过国家允许的排放标准;②大量的H2S会溶解到TEG溶液中,不久导致溶液pH值降低,而且也使溶液变质;③气体所携带的固体杂质、盐分、缓蚀剂、烃液等会使吸收塔中溶液起泡,造成塔顶大量雾沫夹带,增加TEG溶液损失。因此,罗家寨气田采用了分子筛脱水工艺,由集气站来的原料气经AW-500抗酸性分子筛脱水后再去集气干线。 该脱水工艺为两塔流程,脱水周期为8h,再生加热及冷却各为4h,其特点是:①由于对脱水后的气体露点要求不高(≤10℃),故采用湿气再生;②再生加热及冷却分子筛床层均采用湿气上进下出流程,加热结束时干燥器底部床层仍含有少量水分,可抑制气体中的H2S和CO2反应生成COS;③为使进入干燥器的气体均匀分布,不仅入口设有气流分配器,而且分子筛床层顶部还铺有一层100mm厚、ф16的Denstone氧化铝球(其结构与活性氧化铝不同,不会被酸性气体破坏)。同样,分子筛床层底部也铺有一层加的Denstone氧化铝球,分子筛与氧化铝球用不锈钢丝网隔开,防止分子筛被气流带走;④干燥器采用75mm厚轻质喷涂耐火材料的内保温衬里,与外保温相比既可降低再生能耗,又可避免高含硫气体对塔金属内壁的腐蚀;⑤再生湿气加热选用设有循环风机的对流式加热炉,可使出口烟气的2/3返回燃烧室,不仅可防止炉膛温度过高,而且可使炉膛温度分布更均匀,热效率高于89%,而一般辐射加热炉热效率只有69%左右。 (三) 高含CO2天然气脱水 我国海南福山油田花4井场目前有一套小型NGL回收装置在运行,其处理量为5×104m3/d。由于原料气中CO2含量很高,故选用抗酸性分子筛脱水。原料气组成(设计值)见表3-15。装置投产后CO2实际含量为20%~30%。