【《液化天然气脱酸工艺分析》6300字（论文）】

液化天然气脱酸工艺研究摘要：液化天然气具有得天独厚的优点，在能源领域备受欢迎。天然气含部分酸性杂质，若它不能得到有效的处置，将危及整个天然气的运行安全。天然气液化之前必须进行脱酸处理。在此背景下，本文重点介绍了液化天然气的脱酸气工艺流程，对脱除液化天然气脱酸工艺做了分析，并结合具体的案例进行了液化天然气脱酸工艺设计。以期对于我国的液化天然气行业发展有所裨益。关键词：天然气液化；脱酸方法；脱酸原理；工艺流程目录TOC\o"1-3"\h\u228181绪论 3150421.1研究背景 3199971.2研究意义 3200411.3脱酸技术的国内外研究现状 4138872当前天然气脱酸的常见工艺 4162192.1溶剂吸收法 4127372.1.1醇胺法 4325912.1.2热碳酸钾法 5324042.1.3砜胺法 616362.2膜分离法 6260572.3变压吸附法 730832.4脱除酸气的方法选择要点 843893液化天然气脱酸工艺设计案例 927233.1项目简介 9293023.2酸性气脱除工艺设计 9128093.2.1脱酸工艺 9292783.2.2脱酸机理 10183393.3胺液再生工艺设计 1027403.3.1再生工艺 11101973.3.2胺液再生机理 11206474结语 1131740参考文献 111绪论1.1研究背景如今环境污染，特别是大气污染问题越来越受到人们关注，清洁能源由于具有大气污染少的特点，在很多领域中逐渐得到了较为广泛的运用。以天然气为原料的热值较高、污染少，化石能源多，近几年已大规模普及，在工业及居民生活上开始占更大位置。天然气占全球一次能源消费结构比重，从1900年的1.5%逐渐上升到25%左右。就工业生产而言，天然气经多种反应可获得合成氨和二氯甲烷等，四氯化碳和二硫化碳等、甲醇等化工产品。此外，它还可用于发电、制冷、燃气热水器及工业燃料。从居民日用能源的角度，有可能取代煤成为最常用的能源。随着我国经济发展对能源需求日益增长，天然气资源越来越受到人们重视。气田开采天然气普遍含有较多硫化氢和酸性气体，例如二氧化碳就以川渝气田的情况为例，硫化氢含量大多为0.1%-30%，二氧化碳的含量大多为0.1%—9%。酸性气体的存在，降低了天然气的热值，同时引起相对体积、临界温度和压力发生变化的国家，硫化氢的毒性较大，严重的会导致身边的人中毒而死，因此，全球商用天然气中硫化氢含量标准均≤20ppm。因此，在使用天然气过程中，必须除去其中含有的大量硫化氢才能保证安全生产和正常运行。表1不同化石能源的污染物排放量表2天然气的主要成分及含量1.2研究意义最近几年，因为我国对于环保提出了更加苛刻的要求，在“煤改气”方针的强力推动下，天然气需求继续增长，产业进入快速发展期，通过对天然气的提纯，挤压、冷却后转化为液化天然气（LNG），本实用新型体积小，便于储存和运输，热值大、安全，高效的特点，是新型的优质清洁能源，广泛用于工业燃料，城镇燃气等领域、交通运输和其他方面，当前，目前，国内已有170座左右LNG液化工厂投入生产，正在向大型化，小型化两大方向迈进。虽然通过增加能源消耗降低全球大型液化工厂建设发电能力超过50万m³/d，如黄冈液化石油最大的当地工厂5万m³/d；中石化涪陵液化工厂当地工厂首个页岩气的液化天然气工厂获得100万m³/d。这些大型企业通常使用EPC模式，建设周期长，投资得大量投资，一般是固定装置。另一方面，加强通过提高效率减少投资小型液化装置能力给予5至10万m³/d，这些项目建设周期短，开放公共加装大幅移动运输方便等，适用于“偏远井、分散井”的离散领域，和我国天然气利用的重要性，对我国天然气开采具有重要意义。1.3脱酸技术的国内外研究现状国内外已开发出多种脱酸处理方法，其中以用醇胺溶液为吸收剂的化学吸收法是目前应用最广、效果较好的一种方法。由于采用化学吸收法更加适合低压天然气开采，几乎不溶于烃类组分，反应迅速，处理成本低，故主要应用于井口气液化的预处理，但由于含气相杂质原料的天然气，俗称酸性气或含硫气。尽管这些杂质并不丰富，但是它包含毒性，腐蚀性等，沸点较高等特点，对人体有一定的危害，且液化时易以固态析出而阻塞管道。目前，天然气脱水途径主要有溶剂吸收、固体吸收、隔膜分离和冷却。这些方法广泛使用溶剂吸收方法，这种方法易于操作，设备简单，成本较低。2当前天然气脱酸的常见工艺2.1溶剂吸收法2.1.1醇胺法醇胺吸收法是溶剂吸收法中脱酸方法中最有代表性的一种，适用于从天然气中大量脱硫和二氧化碳的处理。由于乙醇胺具有较高的表面活性，使它对各种含硫化合物都有很好的吸收能力，且操作简便、设备投资少。醇胺吸收法是一种有效地脱除天然气中含硫化合物的技术，具有操作简便、设备简单及成本低等特点。就溶剂吸收法而言，以各种醇胺为基材，复配得到各种化学溶剂，为了满足各种脱酸所需混合胺溶剂，就是目前的发展方向。目前国内已开发了多种适用于不同脱酸要求的混合胺溶剂。混合胺溶剂法具有投资省、能耗低等优点，提供了醇胺法脱酸的最佳工艺方案。本文在具体的案例分析中主要介绍了醇胺法脱气技术原理及设备结构特点，并分析了影响其脱除效果的因素，指出采用该工艺具有良好的应用前景。醇胺法脱碳装置的典型工艺流程见图1。该工艺是在常温常压下通过液氨或甲醇与胺的化学反应使硫化氢转化为氮气和水，从而达到脱除天然气中硫元素的目的。胺法超重力气体脱硫化氢是以离心分离代替吸收塔，尽管超重力脱酸工艺的效率高、不受因吸收塔摇晃而造成影响等优点，但是该工艺压降较大，处理量较少，并联设备大多占地面积较大，在现阶段，超重力脱酸技术尚不够成熟，很难满足天然气液化的要求，需不断研究开发。图1醇胺法脱碳装置的典型工艺流程2.1.2热碳酸钾法热碳酸钾法为化学吸收法之一，广泛用于脱除气体中的CO2，由于溶液中常使用活性剂以促进CO2的吸收，所以又叫活性热钾碱法。该工艺在国内首次应用于大型炼厂的天然气脱除硫化氢。热碳酸钾法基本工艺流程见图2。图2热碳酸钾工艺流程2.1.3砜胺法砜胺法净化物理－化学溶剂气体是国际应用最广泛的工艺流程。该法具有操作简单，设备投资少等优点，但其主要缺点是需要消耗大量的能量和原料。流程所用物理吸收溶剂是环丁砜。环丁砜有较强的极性，可与大多数烃类发生反应而生成相应的气体产物。环丁砜是HS良好的有机溶剂，C0具有较强的吸收性。因此在生产过程中要尽可能多地使用环丁砜来替代其作为工艺吸收溶剂。化学吸收溶剂是一乙醇胺（MEA）、异丙醇胺（DIPA）或甲基二乙醇胺（MDEA）等。在实验过程中取一定比例的上述两种溶剂混合溶液进行萃取，并测定其相对分子质量分布曲线。根据工程实际，醇胺法与砜胺法的选择应注意以下几个方面：（1）酸气含HS,CO不太高时，并且HS和CO2的摩尔比值均在6以下，并且需要一次性去除HS、当CO2为2种酸性气体，应该优先选择MEA法或者混合胺法。（2）酸气中HS和CO的摩尔比值超过5并且需要选择性去除HS时应优先选择MDEA法或者其配方溶液法进行去除。（3）酸气中酸的成分分压较大时、有机硫化物较多，并且需要同时去除HS与CO的情况下，应优先采用（Sulfinol-D）法，若需选择性地去除HS，则需采用Sulfinol-M法。（4）酸气的重烃含量高时，通常适宜采用醇胺法。2.2膜分离法气膜分离技术是20世纪80年代发展起来的一项高新技术，目前，膜分离天然气技术已在全球21个国家得到应用，建成天然气处理装置122台。膜分离基本原理就是依据混合气体各种成分受压力驱动通过膜传递速率的差异而产生，这样就实现了分离。天然气分离用薄膜以聚砜为主、以醋酸纤维素和聚酰亚胺为原料，它的分离原理基本上是溶解－扩散机理。天然气膜法分离技术还受以下几个方面的限制：（1）压力：薄膜系统本身的特性决定其无法承受过高的运行压力。（2）进料气饱和：薄膜系统需要干燥的进料气。它的饱和度要求小于80%，不然，液态水滴将阻塞薄膜通道。（3）现有膜分离的特点决定其净化度较低，难以满足天然气液化对含酸气的要求。目前我国膜分离技术的研究多数集中于中科院及部分高等院校，研究的内容主要涉及膜材料及薄膜，到部件，设备、工艺的优化与集成工艺技术研究等等。2.3变压吸附法变压吸附法利用分子筛筛分机理特点进行气体分离，二氧化碳对吸附剂上的其他成分具有很高的分离系数，以实现酸性天然气二氧化碳去除。变压吸附法具有如下特点：过程简便，该设备具有较大的操作弹性和较强的调节能力；所制的产品纯度较高，品质优良；能耗小；没有溶剂及辅助材料的耗用：不排放三废，不污染环境。不足之处是原料气损失较多。下面表3为各种脱酸方法比较，实际应用时需结合实际选用。类别主要特点醇胺法室温下醇胺溶液与H2S,CO2发生化学反应，加热降压再生并释放出被吸附的酸气。净化程度高，可完成脱除CO2和H2S，也可选择性脱除H2S。对不同的天然气组成广泛适应。热碱溶液吸收酸气后再进行更高温的降压再生并释放酸气实现碱液的循环再生。不如醇胺法，能耗较醇胺法低。宜适用于合成气脱CO2。该方法利用酸性气高溶解度及烃在溶液中溶解度小的特点去除酸性气，并采用降压闪蒸的方法将酸气解吸出来进行再生。有烃损失且溶剂较贵。重烃含量低的情况用分子对HzS和有机硫进行吸附，再加热将其脱附。分子筛床层切换使用。适用于已脱除H2S的天然气。利用酸气与烃类渗透透过薄膜性能不同来去除酸气尤其C02。难达到高净化程度，流程简单，适用于高酸性气体浓度天然气。在高酸气分压时，溶液除了对酸气有化学性的吸收外，还具有很高的酸溶解度。法。重烃含量高时不宜用。2.4脱除酸气的方法选择要点从天然气中去除酸性组分有多种途径，不同方法需要兼顾不同气质条件和操作要求，并对产品进行了后续加工和应用。一般选择脱除方法可以根据以下几个方面进行。（1）天然气酸性组分种类和含量等。多数天然气含HS,CO等气体，但是有些也包含了COS,CS,RSH。化学吸收法对于原料气中分别含有HS或者HS/CO较多的情况是合适的，同时，对CO2净化度也没有要求条件，经净化处理后，气体能达到管输气要求；对于HS/CO2较低，同时，还要求二者均需去除（天然气中HS<5mg/m3和CO2<50mg/m3），还可用MDEA醇胺溶剂吸收。（2）天然气的烃类成分。利用克劳斯法回收天然气硫化物，克劳斯法取硫时，对天然气中所含烃类非常敏感，需要考虑烃组分在运行过程中的作用。（3）对于需要去除酸性气体，则需要有选择性。在众多的脱硫方法当中，对于脱硫剂的主要要求之一就是选择性，需要高度选择性地选择需要去除的酸性组分，并且对于无需去除的成分没有选择性。（4）天然气处理量。依据天然气处理量的多少，决定采用哪种脱硫方法，如果天然气处理量较大，可以用化学吸收，膜分离等方法，天然气处理量少，可以通过物理吸附，氧化还原等方法进行。（5）操作条件要求。不同脱硫工艺对温度和压力等运行工况要求不同。3液化天然气脱酸工艺设计案例3.1项目简介液化天然气工厂年设计生产能力为100万吨，厂区内设有生产装置和日常运行所必需的公用工程设备。液化天然气作为场外介质、污水处理系统、简单地排气、分离和调压或测量结果、天然气预处理系统在二氧化碳沉降后再加工原材料，用香味等气体取代天然气，无杂质将天然气液化与冷箱中制冷剂换热形成液化原料，与冷冷剂中的冷却剂交换温度，经过高温洗涤液化天然气从制冷剂转移到液化，通过减少电流，LNG气体罐体通过潜水泵向平台输送液化天然气打装到平台上进行分配。3.2酸性气体脱除工艺设计从管网中获取的原料天然气中，除了水蒸气，一般都会有酸性的气体，比如CO2,HS等等，含上述气相杂质原料的天然气，俗称酸性气或含硫气。尽管这些杂质并不丰富，但是它包含毒性，腐蚀性等，沸点较高等特点，对人体有一定的危害，且液化时易以固态析出而阻塞管道，因此，有必要先除去这些组分，然后再液化。脱除时，醇胺法与分子筛吸附法可共同去除两成分，因此，可考虑CO与H2S的同步去除。3.2.1脱酸工艺这类天然气液化工厂脱酸性气工艺采用活化型甲基乙二醇胺类MEDA和活化剂（HEP），通过化学反应达到脱除原料气中CO的目的。本文将讨论该反应体系的组成和工艺条件，并介绍有关装置及其特点。和H.S的使用方法，工艺流程如图1所示。一、流程介绍脱酸气由原料气压缩机加压后送入胺吸收塔进行处理。来自原料气分离压缩系统的原料气进入胺吸收塔下部，自下而上贯穿胺吸收塔；通过一个带喷嘴的喷射器将来自原料气压缩机出口的原料气送至胺类脱硫剂溶液再生器。再循环的MDEA溶液从氨基酸塔顶端输入，然后从上到下吸收，流出的MDEA溶液与吸收塔中的气完全反比，酸性气体如二氧化碳在气体中吸收到液相。未吸收的成分从氨基酸的顶部出口，在通过热器蒸发后，气体液体分离，部分蒸汽和凝胶溶液。原料气CO2的含量经过处理，可以去除至〈50ppmv左右。图1原料气脱酸性气工艺流程3.2.2脱酸机理在反应过程中，HS的，CO无法与醇胺直接反应，H2S首先发生、溶液中CO2气体扩散规律，产生活泼的氢离子，接着醇胺与氢离子发生酸碱反应，反应机制的特点是质子和氨酸之间的化学反应，产生硫化氢。与二氧化碳和三氟甲烷没有直接互动，但这种反应是间接反应，这种反应缓慢，需要添加活性介质，以化学方式与二氧化碳和并且生成的氨基甲酸酯能发生水解反应，并在水中降解，最终还原为醇胺类分子，释放自由活化剂，表明活化全过程不消耗活化剂，但是总是循环往复的反应CO,HS。3.3胺液再生工艺设计吸附有CO和其他酸性气体的MDEA溶液叫富胺液，通过连续蒸馏，去除富胺液吸附的CO2、HS等烃类杂质。3.3.1再生工艺富胺液由胺吸收塔的底部液体从吸收塔的底部流出，进入一个氨基酸罐体和高压排放产生的燃料分离器。蒸发液液体与吸附塔底部的液体一起加热，并再吸收塔顶部进行翻新，直至酸液浓度达到可接受的水平。（CO含量约≤50ppmv）。在反应过程中出胺液回流罐内的气体（富含酸性气和水）可以去硫黄回收装置或者。通过液压泵将凝结到吸收塔顶部。吸收塔所需要的热量来自外部供热源，这些热源需要通过沸腾提供的热源。蒸发蒸气从沸腾装置流向吸收塔使得热液体与变压器的液体一起流动。3.3.2胺液再生机理当外界热源供热，蒸馏塔汽提时，胺再生塔中进行化学反应，醇胺与酸性气化合物被还原成醇胺。当再生塔中再沸器蒸汽上升，将使塔盘内富胺液升温，当操作压力很小时，解析反映出现，上升气带走去除后的酸性气至再生塔塔顶。其反应机理为：4结语尽管目前的脱酸气技术很多，有许多限制条件需要加以考虑，醇胺脱酸法至今仍然被广泛接受，与其他脱酸技术相比，醇胺法比较成熟，并在多数脱酸装置上进行了实际验证，适用性广。天然气脱酸技术要更加注重传统工艺和创新工艺相结合，例如，新型生物脱硫技术和常规脱酸装置的组合，可采用的生物脱硫技术工艺简单，耗能低、投资少等优点，达到提高脱硫效率、以低投资成本为宗旨。国产脱酸气工艺还可以从国外引进技术，解决了国内工艺技术上存在的困难，融合国内外技术优势，着眼设备优势重组，形成独立的工艺包，可以应对设备在运行过程中出现的气质变化、扩能及其他问题使天然气装置得以顺利低耗地运行。参考文献[1]