能源化工—第14章天然氣凈化課件

1、第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化 天然氣凈化的目的主要是將天然氣凈化的目的主要是將天然氣中的硫、天然氣中的硫、CO2CO2及水含量等降及水含量等降至所要求的指標(biāo)，由此還衍生出至所要求的指標(biāo)，由此還衍生出回收硫資源及使排放的尾氣質(zhì)量回收硫資源及使排放的尾氣質(zhì)量符合環(huán)境法規(guī)要求等問(wèn)題符合環(huán)境法規(guī)要求等問(wèn)題。 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化 天然氣脫硫 Desulfurization天然氣凈化 天然氣脫水NG Purification Dehydration 硫磺回收 Sulphur Recovery 尾氣處理 Tail Gas Clean-Up

2、 Processes 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化 由氣井井口采出或從砂場(chǎng)分離器分出的天然氣往往含有由氣井井口采出或從砂場(chǎng)分離器分出的天然氣往往含有些酸性組分，些酸性組分，這些酸性組分一般是硫化氧（這些酸性組分一般是硫化氧（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，通常也叫酸氣或酸性氣體（）等，通常也叫酸氣或酸性氣體（acid gas）。）。 天然氣脫硫脫碳目的是脫除天然氣脫硫脫碳目的是脫除H2S和部分和部分CO2和有機(jī)硫。這是天然氣凈化工藝的和有機(jī)硫。這是天然氣凈化工藝的核心部分，其脫硫

3、方法類別特別多，但主導(dǎo)工藝是醇胺法核心部分，其脫硫方法類別特別多，但主導(dǎo)工藝是醇胺法危害：危害：1.天然氣中含有的這些酸性組分時(shí)，會(huì)造成全屬腐蝕，并且污染環(huán)境。天然氣中含有的這些酸性組分時(shí)，會(huì)造成全屬腐蝕，并且污染環(huán)境。 2.當(dāng)天然氣用作化工原料時(shí)，它們還會(huì)引起催化劑中毒，影響產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)天然氣用作化工原料時(shí)，它們還會(huì)引起催化劑中毒，影響產(chǎn)品質(zhì)量。 3.CO2含量過(guò)高，會(huì)降低天然氣的熱值。含量過(guò)高，會(huì)降低天然氣的熱值。 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化 14.1.1 醇胺與醇胺與H2S、CO2的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng) 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化常規(guī)胺法工藝流程 1原料氣原料氣 2

4、濕凈化氣濕凈化氣 3閃蒸氣體閃蒸氣體 4酸氣酸氣 5貧液貧液 6富液富液A吸收塔吸收塔 B閃蒸罐閃蒸罐 C貧富液換熱器貧富液換熱器 D再生塔再生塔 E重沸器重沸器 F貧液冷卻器貧液冷卻器 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化流程敘述 含硫天然氣自吸收塔底進(jìn)入與由上而下的醇胺液逆流接觸，脫除酸氣后從吸收塔頂部出來(lái)，成為濕凈化氣。吸收了硫化氫的醇胺液叫富液，從吸收塔底出來(lái)后進(jìn)入閃蒸罐降壓閃蒸，脫除烴類氣，再經(jīng)貧富液換熱器升溫后進(jìn)入再生塔解吸，再生完全的醇胺液叫貧液，經(jīng)降溫后泵送回吸收塔頂部繼續(xù)循環(huán)使用。 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化醇胺法脫硫的典型工藝流程醇胺法脫硫的典型工藝流程 14

5、.1.2 工藝過(guò)程工藝過(guò)程 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化 與天然氣脫硫脫碳相比，脫水方法的類別要簡(jiǎn)單得多。脫水目的是為了防止與天然氣脫硫脫碳相比，脫水方法的類別要簡(jiǎn)單得多。脫水目的是為了防止天然氣在輸送、加工處理過(guò)程中有水冷凝出來(lái)進(jìn)而帶來(lái)腐蝕問(wèn)題，同時(shí)也可防止天然氣在輸送、加工處理過(guò)程中有水冷凝出來(lái)進(jìn)而帶來(lái)腐蝕問(wèn)題，同時(shí)也可防止水合物、冰生成堵塞管線和設(shè)備。水合物、冰生成堵塞管線和設(shè)備。第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化危害危害 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化天然氣脫水的方法天然氣脫水的方法 ， （1 1）冷凍分離法）冷凍分離法通過(guò)將

6、天然氣冷卻，使其中大部分水蒸氣冷凝出來(lái)。從天然氣的最大體積含通過(guò)將天然氣冷卻，使其中大部分水蒸氣冷凝出來(lái)。從天然氣的最大體積含水量與壓力、溫度的關(guān)系中可知，當(dāng)壓力一定時(shí)，天然氣的含水量與溫度成水量與壓力、溫度的關(guān)系中可知，當(dāng)壓力一定時(shí)，天然氣的含水量與溫度成正比，所以含一定量水蒸氣的天然氣，當(dāng)溫度降低時(shí)，天然氣中的水蒸氣就正比，所以含一定量水蒸氣的天然氣，當(dāng)溫度降低時(shí)，天然氣中的水蒸氣就會(huì)凝析出來(lái)，這就是低溫分離法的原理會(huì)凝析出來(lái)，這就是低溫分離法的原理. .（2 2）固體干燥劑吸附法）固體干燥劑吸附法利用固體干燥劑對(duì)水蒸氣的吸附能力，將天然氣中的水蒸氣吸附下來(lái)，固利用固體干燥劑對(duì)水蒸氣的吸附

7、能力，將天然氣中的水蒸氣吸附下來(lái)，固體干燥劑喪失能力后，用高溫氣流對(duì)干燥劑進(jìn)行再生，再生的干燥劑重復(fù)體干燥劑喪失能力后，用高溫氣流對(duì)干燥劑進(jìn)行再生，再生的干燥劑重復(fù)利用。利用。（3 3）溶劑吸收法）溶劑吸收法利用溶劑或溶液對(duì)水蒸氣的吸收能力，將天然氣中的水蒸氣吸收下來(lái)。吸收水蒸氣利用溶劑或溶液對(duì)水蒸氣的吸收能力，將天然氣中的水蒸氣吸收下來(lái)。吸收水蒸氣后的溶劑或溶液（生產(chǎn)上稱為富液）經(jīng)再生后，溶劑或溶液可循環(huán)使用。這是目前后的溶劑或溶液（生產(chǎn)上稱為富液）經(jīng)再生后，溶劑或溶液可循環(huán)使用。這是目前天然氣工業(yè)中應(yīng)用最普遍的脫水方法。天然氣工業(yè)中應(yīng)用最普遍的脫水方法。第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈

8、化（1 1）冷凍分離法）冷凍分離法第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化（2 2）固體干燥劑吸附法）固體干燥劑吸附法第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化（3 3）溶劑吸收法）溶劑吸收法用溶別吸收法脫水，雖然有多種溶劑（或溶液）可以選用，但絕大多數(shù)用溶別吸收法脫水，雖然有多種溶劑（或溶液）可以選用，但絕大多數(shù)裝置都用甘醇類溶劑。甘醇是直鏈的二元醇，其性質(zhì)介于一元醇與三元裝置都用甘醇類溶劑。甘醇是直鏈的二元醇，其性質(zhì)介于一元醇與三元醇之間。低碳的二元醇均有良好的水溶性。甘醇類化合物具有很強(qiáng)的吸醇之間。低碳的二元醇均有良好的水溶性。甘醇類化合物具有很強(qiáng)的吸水性水性.其溶液冰點(diǎn)較低，所以廣泛應(yīng)用于天

9、然氣脫水裝置。三甘醇水溶液其溶液冰點(diǎn)較低，所以廣泛應(yīng)用于天然氣脫水裝置。三甘醇水溶液是天然氣工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的脫水溶劑。是天然氣工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的脫水溶劑。 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化三甘醇脫水三甘醇脫水第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化三甘醇三甘醇 化學(xué)名：化學(xué)名：三乙二醇三乙二醇 HOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OH 從結(jié)構(gòu)上看，甘醇有兩個(gè)從結(jié)構(gòu)上看，甘醇有兩個(gè)羥基，存在氫鍵作用。當(dāng)天然羥基，存在氫鍵作用。當(dāng)天然氣與甘醇充分接觸時(shí)，甘醇靠氣與甘醇充分接觸時(shí)，甘醇靠氫鍵作用會(huì)與天然氣中的水汽氫鍵作用會(huì)與天然氣中的水汽分子結(jié)合成

10、締合物而脫除水份，分子結(jié)合成締合物而脫除水份，吸水后的溶劑經(jīng)加熱可實(shí)現(xiàn)再吸水后的溶劑經(jīng)加熱可實(shí)現(xiàn)再生。生。第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化主要設(shè)備作用 吸收塔 氣液傳質(zhì)場(chǎng)所，氣相中水份轉(zhuǎn)入TEG中 閃蒸罐 使富液閃蒸除去進(jìn)入富液的輕組份，減輕再生塔負(fù)荷 貧/富液換熱器 使貧液溫度下降，富液溫度提高，充分利用熱能 緩沖罐 儲(chǔ)存液體 過(guò)濾器 除去腐蝕產(chǎn)物，減少發(fā)泡的可能性 -三三甘甘醇醇閃閃蒸蒸罐罐三三甘甘醇醇再再生生器器第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化 天然氣凈化領(lǐng)域內(nèi)硫

11、磺回收通常系指克勞斯工天然氣凈化領(lǐng)域內(nèi)硫磺回收通常系指克勞斯工藝。通過(guò)該工藝，可以把天然氣中脫除下來(lái)的酸氣藝。通過(guò)該工藝，可以把天然氣中脫除下來(lái)的酸氣通過(guò)克勞斯反應(yīng)，使通過(guò)克勞斯反應(yīng)，使H2S轉(zhuǎn)化為元素硫，從而充分轉(zhuǎn)化為元素硫，從而充分回收利用了寶貴的硫資源，同時(shí)也達(dá)到了保護(hù)環(huán)境回收利用了寶貴的硫資源，同時(shí)也達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的目的。的目的。14.3 硫磺的回收硫磺的回收第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化脫硫后的含硫氣體通常用克勞斯脫硫后的含硫氣體通常用克勞斯(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硫回收裝置硫回收裝置第第14

12、14章章 天然氣凈化天然氣凈化 2H2S +SO2 2H2O+(3/x)Sx (轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化) x=2 H=51.71kJ/mol x=6 H=-84.99kJ/mol x=8 H=-100.65kJ/mol在常溫下硫蒸汽的形態(tài)主要是在常溫下硫蒸汽的形態(tài)主要是S6,S8 900 C S2 1700 C S操作條件不同可得出不同單質(zhì)硫形態(tài)。操作條件不同可得出不同單質(zhì)硫形態(tài)。含硫氣中少量其它組分可發(fā)生一些副反應(yīng)：含硫氣中少量其它組分可發(fā)生一些副反應(yīng)： CH4+2O2 CO2 + 2H2O 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O含硫氣體在燃燒爐中發(fā)生如下反應(yīng)含硫氣體在燃燒爐中發(fā)生如下反應(yīng) H2S

13、+1.5O2 H2O+SO2 H=-519.16kJ/mol第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化各種形態(tài)的各種形態(tài)的S也有相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)：也有相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)： 3S2 S6 4S2 S8 4S6 3S8反應(yīng)十分復(fù)雜，但主要反應(yīng)還是燃燒和轉(zhuǎn)化反應(yīng)。反應(yīng)十分復(fù)雜，但主要反應(yīng)還是燃燒和轉(zhuǎn)化反應(yīng)?？藙谒狗蚧腔厥展に嚪椒藙谒狗蚧腔厥展に嚪椒?直流法：直流法： 酸氣全部進(jìn)入燃燒爐，配給空氣使酸氣中全部烴類燃燒及酸氣全部進(jìn)入燃燒爐，配給空氣使酸氣中全部烴類燃燒及1/3H2S氧化成氧化成SO2，進(jìn)而再與剩下，進(jìn)而再與剩下2/3H2S反應(yīng)生成反應(yīng)生成S。反應(yīng)爐轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)爐轉(zhuǎn)化率6070%，再入多級(jí)轉(zhuǎn)化

14、，再入多級(jí)轉(zhuǎn)化器、冷卻器進(jìn)一步提高硫收率，最后進(jìn)入尾氣處理單元或灼燒排空。器、冷卻器進(jìn)一步提高硫收率，最后進(jìn)入尾氣處理單元或灼燒排空。 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化兩級(jí)催化轉(zhuǎn)化的克勞斯直流工藝流程圖兩級(jí)催化轉(zhuǎn)化的克勞斯直流工藝流程圖第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化 原料酸氣原料酸氣1/3進(jìn)入燃燒爐，使烴類完全燃燒，進(jìn)入燃燒爐，使烴類完全燃燒，H2S全部氧化成全部氧化成SO2，經(jīng)廢熱鍋，經(jīng)廢熱鍋爐后與另外爐后與另外2/3原料酸氣混合進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器，再冷卻、轉(zhuǎn)化原料酸氣混合進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器，再冷卻、轉(zhuǎn)化第第1

15、414章章 天然氣凈化天然氣凈化直流法與分流法工藝對(duì)比第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化硫磺回收的催化劑硫磺回收的催化劑活性氧化鋁：由氧化鋁水合物脫水得到?；钚匝趸X：由氧化鋁水合物脫水得到。 目前較多應(yīng)用鋁土礦催化劑，主要成分是氧化鋁水目前較多應(yīng)用鋁土礦催化劑，主要成分是氧化鋁水合物。通常將其制成塊狀或條狀以降低床層阻力，合物。通常將其制成塊狀或條狀以降低床層阻力，脫水活化溫度控制在脫水活化溫度控制在400 500 C. 使用過(guò)程中，催化劑可能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型而降低活性。或使用過(guò)程中，催化劑可能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型而降低活性。或者因表面粘上硫、焦油或生成硫酸鋁都可使催化劑者因表面粘上硫、焦油或生成硫酸鋁都可

16、使催化劑活性降低。使用一定時(shí)期后要進(jìn)行活化再生以恢復(fù)活性降低。使用一定時(shí)期后要進(jìn)行活化再生以恢復(fù)活性。使用較長(zhǎng)時(shí)期，再生次數(shù)多后應(yīng)更換催化劑?；钚浴Ｊ褂幂^長(zhǎng)時(shí)期，再生次數(shù)多后應(yīng)更換催化劑。活性氧化鋁活性氧化鋁第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化 硫磺回收裝置排出的尾氣有時(shí)可能含高硫磺回收裝置排出的尾氣有時(shí)可能含高達(dá)百分之幾的含硫物，直接外排導(dǎo)致環(huán)境污達(dá)百分之幾的含硫物，直接外排導(dǎo)致環(huán)境污染，因此必須建設(shè)尾氣處理裝置，把尾氣中染，因此必須建設(shè)尾氣處理裝置，把尾氣中硫化物吸收掉，達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)。硫化物吸收掉，達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)。14.4 14.4 尾氣處理尾氣處理 第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1414章章 天然氣凈化天然氣凈化第第1