能源化工—第14章天然气净化

1、第第1414章章 天然气净化天然气净化 第第1414章章 天然气净化天然气净化 天然气净化的目的主要是将天然气净化的目的主要是将天然气中的硫、天然气中的硫、CO2CO2及水含量等降及水含量等降至所要求的指标，由此还衍生出至所要求的指标，由此还衍生出回收硫资源及使排放的尾气质量回收硫资源及使排放的尾气质量符合环境法规要求等问题符合环境法规要求等问题。 第第1414章章 天然气净化天然气净化 天然气脱硫 Desulfurization天然气净化 天然气脱水NG Purification Dehydration 硫磺回收 Sulphur Recovery 尾气处理 Tail Gas Clean-Up

2、 Processes 第第1414章章 天然气净化天然气净化 由气井井口采出或从砂场分离器分出的天然气往往含有由气井井口采出或从砂场分离器分出的天然气往往含有些酸性组分，些酸性组分，这些酸性组分一般是硫化氧（这些酸性组分一般是硫化氧（H2S）、二氧化碳（）、二氧化碳（CO2）、硫化羰（）、硫化羰（COS）、）、硫醇（硫醇（RSH）及二硫化物（）及二硫化物（RSSR）等，通常也叫酸气或酸性气体（）等，通常也叫酸气或酸性气体（acid gas）。）。 天然气脱硫脱碳目的是脱除天然气脱硫脱碳目的是脱除H2S和部分和部分CO2和有机硫。这是天然气净化工艺的和有机硫。这是天然气净化工艺的核心部分，其脱硫

3、方法类别特别多，但主导工艺是醇胺法核心部分，其脱硫方法类别特别多，但主导工艺是醇胺法危害：危害：1.天然气中含有的这些酸性组分时，会造成全属腐蚀，并且污染环境。天然气中含有的这些酸性组分时，会造成全属腐蚀，并且污染环境。 2.当天然气用作化工原料时，它们还会引起催化剂中毒，影响产品质量。当天然气用作化工原料时，它们还会引起催化剂中毒，影响产品质量。 3.CO2含量过高，会降低天然气的热值。含量过高，会降低天然气的热值。 第第1414章章 天然气净化天然气净化 14.1.1 醇胺与醇胺与H2S、CO2的化学反应的化学反应 第第1414章章 天然气净化天然气净化常规胺法工艺流程 1原料气原料气 2

4、湿净化气湿净化气 3闪蒸气体闪蒸气体 4酸气酸气 5贫液贫液 6富液富液A吸收塔吸收塔 B闪蒸罐闪蒸罐 C贫富液换热器贫富液换热器 D再生塔再生塔 E重沸器重沸器 F贫液冷却器贫液冷却器 第第1414章章 天然气净化天然气净化流程叙述 含硫天然气自吸收塔底进入与由上而下的醇胺液逆流接触，脱除酸气后从吸收塔顶部出来，成为湿净化气。吸收了硫化氢的醇胺液叫富液，从吸收塔底出来后进入闪蒸罐降压闪蒸，脱除烃类气，再经贫富液换热器升温后进入再生塔解吸，再生完全的醇胺液叫贫液，经降温后泵送回吸收塔顶部继续循环使用。 第第1414章章 天然气净化天然气净化醇胺法脱硫的典型工艺流程醇胺法脱硫的典型工艺流程 14

5、.1.2 工艺过程工艺过程 第第1414章章 天然气净化天然气净化 与天然气脱硫脱碳相比，脱水方法的类别要简单得多。脱水目的是为了防止与天然气脱硫脱碳相比，脱水方法的类别要简单得多。脱水目的是为了防止天然气在输送、加工处理过程中有水冷凝出来进而带来腐蚀问题，同时也可防止天然气在输送、加工处理过程中有水冷凝出来进而带来腐蚀问题，同时也可防止水合物、冰生成堵塞管线和设备。水合物、冰生成堵塞管线和设备。第第1414章章 天然气净化天然气净化危害危害 第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1414章章 天然气净化天然气净化天然气脱水的方法天然气脱水的方法 ， （1 1）冷冻分离法）冷冻分离法通过将

6、天然气冷却，使其中大部分水蒸气冷凝出来。从天然气的最大体积含通过将天然气冷却，使其中大部分水蒸气冷凝出来。从天然气的最大体积含水量与压力、温度的关系中可知，当压力一定时，天然气的含水量与温度成水量与压力、温度的关系中可知，当压力一定时，天然气的含水量与温度成正比，所以含一定量水蒸气的天然气，当温度降低时，天然气中的水蒸气就正比，所以含一定量水蒸气的天然气，当温度降低时，天然气中的水蒸气就会凝析出来，这就是低温分离法的原理会凝析出来，这就是低温分离法的原理. .（2 2）固体干燥剂吸附法）固体干燥剂吸附法利用固体干燥剂对水蒸气的吸附能力，将天然气中的水蒸气吸附下来，固利用固体干燥剂对水蒸气的吸附

7、能力，将天然气中的水蒸气吸附下来，固体干燥剂丧失能力后，用高温气流对干燥剂进行再生，再生的干燥剂重复体干燥剂丧失能力后，用高温气流对干燥剂进行再生，再生的干燥剂重复利用。利用。（3 3）溶剂吸收法）溶剂吸收法利用溶剂或溶液对水蒸气的吸收能力，将天然气中的水蒸气吸收下来。吸收水蒸气利用溶剂或溶液对水蒸气的吸收能力，将天然气中的水蒸气吸收下来。吸收水蒸气后的溶剂或溶液（生产上称为富液）经再生后，溶剂或溶液可循环使用。这是目前后的溶剂或溶液（生产上称为富液）经再生后，溶剂或溶液可循环使用。这是目前天然气工业中应用最普遍的脱水方法。天然气工业中应用最普遍的脱水方法。第第1414章章 天然气净化天然气净

8、化（1 1）冷冻分离法）冷冻分离法第第1414章章 天然气净化天然气净化（2 2）固体干燥剂吸附法）固体干燥剂吸附法第第1414章章 天然气净化天然气净化（3 3）溶剂吸收法）溶剂吸收法用溶别吸收法脱水，虽然有多种溶剂（或溶液）可以选用，但绝大多数用溶别吸收法脱水，虽然有多种溶剂（或溶液）可以选用，但绝大多数装置都用甘醇类溶剂。甘醇是直链的二元醇，其性质介于一元醇与三元装置都用甘醇类溶剂。甘醇是直链的二元醇，其性质介于一元醇与三元醇之间。低碳的二元醇均有良好的水溶性。甘醇类化合物具有很强的吸醇之间。低碳的二元醇均有良好的水溶性。甘醇类化合物具有很强的吸水性水性.其溶液冰点较低，所以广泛应用于天

9、然气脱水装置。三甘醇水溶液其溶液冰点较低，所以广泛应用于天然气脱水装置。三甘醇水溶液是天然气工业中应用最广泛的脱水溶剂。是天然气工业中应用最广泛的脱水溶剂。 第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1414章章 天然气净化天然气净化三甘醇脱水三甘醇脱水第第1414章章 天然气净化天然气净化三甘醇三甘醇 化学名：化学名：三乙二醇三乙二醇 HOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OH 从结构上看，甘醇有两个从结构上看，甘醇有两个羟基，存在氢键作用。当天然羟基，存在氢键作用。当天然气与甘醇充分接触时，甘醇靠气与甘醇充分接触时，甘醇靠氢键作用会与天然气中的水汽氢键作用会与天然气中的水汽分子结合成

10、缔合物而脱除水份，分子结合成缔合物而脱除水份，吸水后的溶剂经加热可实现再吸水后的溶剂经加热可实现再生。生。第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1414章章 天然气净化天然气净化主要设备作用 吸收塔 气液传质场所，气相中水份转入TEG中 闪蒸罐 使富液闪蒸除去进入富液的轻组份，减轻再生塔负荷 贫/富液换热器 使贫液温度下降，富液温度提高，充分利用热能 缓冲罐 储存液体 过滤器 除去腐蚀产物，减少发泡的可能性 -三三甘甘醇醇闪闪蒸蒸罐罐三三甘甘醇醇再再生生器器第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1414章章 天然气净化天然气净化 天然气净化领域内硫

11、磺回收通常系指克劳斯工天然气净化领域内硫磺回收通常系指克劳斯工艺。通过该工艺，可以把天然气中脱除下来的酸气艺。通过该工艺，可以把天然气中脱除下来的酸气通过克劳斯反应，使通过克劳斯反应，使H2S转化为元素硫，从而充分转化为元素硫，从而充分回收利用了宝贵的硫资源，同时也达到了保护环境回收利用了宝贵的硫资源，同时也达到了保护环境的目的。的目的。14.3 硫磺的回收硫磺的回收第第1414章章 天然气净化天然气净化脱硫后的含硫气体通常用克劳斯脱硫后的含硫气体通常用克劳斯(Claus)法即催化氧化法回法即催化氧化法回收硫磺。收硫磺。14.3.1 Claus法原理法原理Claus硫回收装置硫回收装置第第14

12、14章章 天然气净化天然气净化 2H2S +SO2 2H2O+(3/x)Sx (转化转化) x=2 H=51.71kJ/mol x=6 H=-84.99kJ/mol x=8 H=-100.65kJ/mol在常温下硫蒸汽的形态主要是在常温下硫蒸汽的形态主要是S6,S8 900 C S2 1700 C S操作条件不同可得出不同单质硫形态。操作条件不同可得出不同单质硫形态。含硫气中少量其它组分可发生一些副反应：含硫气中少量其它组分可发生一些副反应： CH4+2O2 CO2 + 2H2O 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O含硫气体在燃烧炉中发生如下反应含硫气体在燃烧炉中发生如下反应 H2S

13、+1.5O2 H2O+SO2 H=-519.16kJ/mol第第1414章章 天然气净化天然气净化各种形态的各种形态的S也有相互转化的反应：也有相互转化的反应： 3S2 S6 4S2 S8 4S6 3S8反应十分复杂，但主要反应还是燃烧和转化反应。反应十分复杂，但主要反应还是燃烧和转化反应。克劳斯法硫磺回收工艺方法克劳斯法硫磺回收工艺方法 直流法：直流法： 酸气全部进入燃烧炉，配给空气使酸气中全部烃类燃烧及酸气全部进入燃烧炉，配给空气使酸气中全部烃类燃烧及1/3H2S氧化成氧化成SO2，进而再与剩下，进而再与剩下2/3H2S反应生成反应生成S。反应炉转化率。反应炉转化率6070%，再入多级转化

14、，再入多级转化器、冷却器进一步提高硫收率，最后进入尾气处理单元或灼烧排空。器、冷却器进一步提高硫收率，最后进入尾气处理单元或灼烧排空。 第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1414章章 天然气净化天然气净化两级催化转化的克劳斯直流工艺流程图两级催化转化的克劳斯直流工艺流程图第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1414章章 天然气净化天然气净化 原料酸气原料酸气1/3进入燃烧炉，使烃类完全燃烧，进入燃烧炉，使烃类完全燃烧，H2S全部氧化成全部氧化成SO2，经废热锅，经废热锅炉后与另外炉后与另外2/3原料酸气混合进入催化转化器，再冷却、转化原料酸气混合进入催化转化器，再冷却、转化第第1

15、414章章 天然气净化天然气净化直流法与分流法工艺对比第第1414章章 天然气净化天然气净化硫磺回收的催化剂硫磺回收的催化剂活性氧化铝：由氧化铝水合物脱水得到。活性氧化铝：由氧化铝水合物脱水得到。 目前较多应用铝土矿催化剂，主要成分是氧化铝水目前较多应用铝土矿催化剂，主要成分是氧化铝水合物。通常将其制成块状或条状以降低床层阻力，合物。通常将其制成块状或条状以降低床层阻力，脱水活化温度控制在脱水活化温度控制在400 500 C. 使用过程中，催化剂可能结构转型而降低活性。或使用过程中，催化剂可能结构转型而降低活性。或者因表面粘上硫、焦油或生成硫酸铝都可使催化剂者因表面粘上硫、焦油或生成硫酸铝都可

16、使催化剂活性降低。使用一定时期后要进行活化再生以恢复活性降低。使用一定时期后要进行活化再生以恢复活性。使用较长时期，再生次数多后应更换催化剂。活性。使用较长时期，再生次数多后应更换催化剂。活性氧化铝活性氧化铝第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1414章章 天然气净化天然气净化 硫磺回收装置排出的尾气有时可能含高硫磺回收装置排出的尾气有时可能含高达百分之几的含硫物，直接外排导致环境污达百分之几的含硫物，直接外排导致环境污染，因此必须建设尾气处理装置，把尾气中染，因此必须建设尾气处理装置，把尾气中硫化物吸收掉，达到环境排放标准。硫化物吸收掉，达到环境排放标准。14.4 14.4 尾气处理尾气处理 第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1414章章 天然气净化天然气净化第第1