天然气净化工艺设计的要点

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摘要：我国传统的天然气净化方式主要采用胺法脱硫脱酸工艺，该工艺操作简便，对于设备要求程度较低，但是随着现代天然气使用量的剧增，传统的脱硫脱酸工艺也出现了许多新问题，例如装置中出现拦液问题，制约了天然气净化效率；溶液发泡导致天然气净化结果不达标准等。为了解决日益突出的天然气净化问题，有必要对现阶段天然气净化工艺设计的要点进行分析探讨，并在传统设计方法的基础上，利用现代化技术，进行一定程度的优化和改良。

关键词：天然气净化；工艺设计；脱硫脱酸；优化措施

1天然气原料的气分离系统

在天然气进行净化之前，首先需要对天然气原料气进行分离操作，以此除去混杂在原料气中的杂质和污物。传统的胺法脱硫脱酸由于缺少气分离步骤，导致后期净化过程中溶液发生变质、发泡等问题，其最主要原因就是天然气中混有缓蚀剂、固体颗粒物和带电粒子。考虑到分离过程可能出现分离不完全，在进入净化过程中溶液中含有污染物，因此需要在天然气进入吸收塔之前加设两级分离设置，从而最大限度的保证天然气的纯净度。其中第一层分离采用卧式重力分离器，利用重力作用将溶液中的杂质沉淀析出，以此减少后续操作过程中净化设备的负荷。重力分离器内部设置天然气粒子通过标准，通常情况下，重力分离器的内部结构只允许粒子直径<100μm的粒子通过，其他粒子则被析出。第二层分离采用过滤分离，其作用主要是对第一层分离进行优化和检查，起到双重保障的作用。而且过滤分离的入口与卧式重力分离器的出口紧密相连，并且在入口出安装了丝网除雾器，将气流中的颗粒物或其他粒子直径大于10μm的雾滴、粒子阻挡在过滤分离器外部。通过两级分离作用，基本上达到了除杂的目的。

2胺液吸收塔和再生塔

2.1吸收塔的主要控制方法

吸收塔作为胺液处理的第一站，主要作用是向胺液中充气（H2S、CO2等气体物质），从而保证胺液充分吸收这些气体。为了最大限度的保证吸收塔的工作效率，需要做到两个基本保障点：其一是保证进入吸收塔的天然气纯净度要高，防止充气过程中杂质与胺液发生化学反应。这一点通过架设两级分离装置基本可以保证。其二是要求胺液本身具有较高的纯净度。只有两个保障点同时满足，吸收塔的充气吸收工作才能高效进行。

2.2再生塔的主要控制方法

再生塔与吸收塔在作用上是相反的，它主要是利用塔内温度、压强等条件，将胺液中的H2S、CO2等气体析出，从而保证胺液可以实现循环利用。为了保证胺液气体析出效率的最大化，温度需要控制在120℃-150℃之间，温度过低会导致气体析出不彻底，温度过高则有可能使得胺液表层气化。压强的控制要求根据塔内胺液的容量和再生塔的设置有关，需要根据实际情况具体设置。一般情况下，再生塔内部的温度条件系统安置在塔顶，通过提升温度、加热上层空气、热化溶液的方式，实现塔内温度的调控。

3富液闪蒸罐和富贫液换热器

3.1富液闪蒸罐

该装置的主要作用是解析并过滤胺液中含有的烃类化合物。进入闪蒸罐的富液降压后释放出的烃类经过闪蒸塔脱除H2S后可作为燃料气进入燃料气系统，这部分烃类不能进入再生塔，如果酸气中烃类含量高，会对下游的硫磺回收装置产生较大影响。进入闪蒸罐的富液温度不能高于75℃，流速不能超过2.0m/s。闪蒸罐优化设计推荐最小停留时间为20min。闪蒸罐内部的液位调控功能对于整个操作流程具有重要作用。其液位调控的主要装置是液位上升控制管道，安装在再生塔的液位调节阀附近，并且要尽量靠近闪蒸罐的上部，方便最大限度的对胺液进行闪蒸。有时为了操作方便，调节阀可能会安装在闪蒸罐的下放，在这种情况下，需要对阀门和管道进行防腐蚀操作，避免闪蒸过程中析出的酸性气体（液体）对设备造成腐蚀破坏。同时，闪蒸罐内的温度要控制在100℃到120℃之间，温度过低会影响气体析出效率，温度过高咋会导致气体在闪蒸罐上部堆积，并与冷凝液发生反应，腐蚀闪蒸罐上顶面。

3.2贫富液换热器

我国传统的天然气净化操作中的贫富液换热器大多使用管壳式换热器，但是随着新技术的发展和天然气净化操作流程的改良，这种管壳式换热器已经难以适应大规模、高负荷、高质量的天然气净化要求。近年来，板式换热器以其热传导效率快、体积小使用方便以及使用性强等特点，逐渐被多数天然气净化企业所采用，逐步取代了传统的管壳式换热器。

4胺液过滤和惰气保护系统

4.1胺液过滤

文章开头提到，胺液本身的纯净度是保证天然气净化的关键因素。因此，在许多关键的操作装置中都安装有胺液过滤器，从而保证每个操作过程中的胺液具有较高的纯度，符合净化设计要求。胺液过滤的方式在各种装置中不尽相同，采用最多的方式有两种：机械过滤和活性炭过滤。其中活性炭过滤主要适用于贫液过滤器，因为该过程中的胺液流量大，需要持续工作，而活性炭具有极高的循环使用价值，既能够满足胺液过滤的要求，也能保证长时间工作而不出现过滤问题。

4.2惰性保护系统

为防止胺液与空气中的氧气接触生成不可再生的化学降解产物，导致设备腐蚀和胺液发泡，应当采用惰性气体保护胺液，对胺液储罐、胺液低位配制罐等进行惰性气封。常用氮气进行氮封，若天然气处理厂内无制氮装置，也可用净化天然气进行气封。为安全起见，应将水封罐连续排放的少量气体引至高处排放。

作者:贾曦 单位:中油辽河工程有限公司

参考文献：

[1]关昌伦.脱硫装置工艺设计要点[J].天然气工业,2013,15(3):68-71.