(完整版)天然氣凈化工藝

CompanyLOGO天然氣凈化工藝天然氣凈化的意義磨溪氣田雷一1氣藏是一個已開發(fā)13年，累積產(chǎn)氣量達60億m3,

帶水高含硫干氣氣藏。

H,S

質(zhì)量含量平均達28g/sm3左右體積含量平均達2%。平均水氣比10m3/(10'sm3)。

由于H,S氣體是一種帶臭雞蛋味的無色強腐蝕性劇毒氣體，對人畜具有致命危害，對集輸管線與設(shè)備具有強烈腐蝕性，

一旦腐蝕穿孔或泄漏將造成不可估量的嚴重后果(2003年12.23事故既是明證，這次事故造成243人死亡),因此對于含硫氣井井口裝置，集氣管網(wǎng)和處理設(shè)備必須采用成本比普通管材貴數(shù)倍的特殊抗硫管材。這必將造成含硫氣藏開發(fā)投資大幅增加。天然氣凈化的意義H,S燃燒以后將生成SO,,SO,

一旦與大氣接觸將形成酸雨，酸雨的形成還將造成嚴重大氣污染和環(huán)境破壞，這是一個文明社會所不允許的。此外，雷一氣藏還產(chǎn)出少量的具有一定腐蝕性的高礦化度(含鹽量達25×10?ppm)

地層水(即“黑鹵”),微量的CO?,CO

,水蒸汽，厭氧微生物和固相雜質(zhì)，這些物質(zhì)必將對管

網(wǎng)的安全運行造成危害(如產(chǎn)生腐蝕，增大輸差，減小輸氣量，加大磨損，產(chǎn)生"冰堵",影響計量精度，加大維護費用，縮短運行壽命),因此必須對原料氣進行脫硫脫水，氣液分離和過濾等天然氣凈化處理工序。天然氣凈化的意義為了實現(xiàn)雷一1氣藏的合理，安全，高效開發(fā)，依據(jù)經(jīng)過石油天然氣總公司批準的《雷一1氣藏開發(fā)方案》在磨溪氣田北部(距遂寧市區(qū)約7km)

建成了兩套設(shè)計處理能力分別為80×10?m3/d和50×10?m3/d的天然氣凈化裝置(兩套裝置實際處理能力共計為125×10?m3/d)。

通過一系列天然氣凈化工藝，不僅滿足了雷一1氣藏帶水含硫原料氣向商品氣轉(zhuǎn)化的工程要求，而且還可回收大量的經(jīng)濟價值較高的一種重要工業(yè)原料——硫磺(單質(zhì)S。,S,呈黃色針狀晶體)。按照雷一氣藏含硫量和凈化廠處理能力，日回收硫磺約35噸，年回收硫磺約12600噸，按目前硫磺市場價(約1000元/噸),僅此一項即可產(chǎn)生經(jīng)濟收入約1260×104元。天然氣凈化的意義硫磺是一種用途十分廣泛的戰(zhàn)略物質(zhì)

除來源于含硫天然氣外，硫磺的另一來源主要是礦物硫(既硫鐵礦FeS),

硫磺不僅是生

產(chǎn)三大強酸之一的硫酸的主要原料，同時

也是生產(chǎn)炸藥，合成磺類藥品，工業(yè)漂染

和消毒的主要原料。因此，天然氣的凈化，

礦物硫的提煉是影響國民經(jīng)濟命脈的重要工業(yè)領(lǐng)域。磨溪氣田集氣管網(wǎng)示意圖北干線含硫氣單井南干線射洪末站商品氣集輸總站

聯(lián)合站商品氣含硫氣非含硫氣單井天然氣

凈化廠集氣站集氣站成都重慶天然氣凈化工藝

脫硫裝置操作規(guī)程脫水裝置操作規(guī)程80萬硫磺回收裝置操作規(guī)程

分-1102

-1103

分-1103冷-1104

泵-1104

f-

1013爐-1301氣爐-1304反-1301

反-1302

爐-130冷-1302爐-1305冷-1303反-1303磨溪氣田80萬方天然氣凈化裝置工藝流程示意圖泵-1101

換-1201-1202容-1203爐-13分-1301語-1201泵-12012-1201

-1202

塔-1102冷-1304換-1102分-1105爐-1303冷-1.01塔-1101令-1102-1101原料氣組成

：CH?≥94%C2H?≤3%H?S:1.95%

(實際值)CO?

:0.5%

(據(jù)化驗分析數(shù)據(jù)約為0.15%左右)H?O:

含飽和水凈化氣組成：H?S<10mg/m3水露點：

-5℃(脫硫單元凈化氣為飽和態(tài)濕氣)

出廠壓力：2000～3800KPa原料氣處理原料氣進廠壓力：3920KPa原料氣進廠溫度：20℃原料氣進廠流量：80×104m3/d含硫天然氣壓力3.92MPa,

溫度為10~20℃(H?S

含量為28g/m3

左右)經(jīng)聯(lián)合站，進入重力沉降分離器(分-1101)分離出其中的游離水和固

體雜質(zhì)后，進入濾管式原料氣過濾分離器(濾-1101),進一步除去殘存的游離水和微小雜質(zhì)。

較干凈的原料氣進入吸收塔(塔-1101)底部，從下向

上流動，與從上向下的MDEA

貧液(濃度40%重)接

觸。原料氣處理

分-1101

濾1101

塔1101原料氣天然氣脫硫工藝原理本裝置利用有機溶劑甲基二乙醇胺(MDEA)選擇性脫除

性能，采用濃度為40%的MDEA水溶液通過氣液逆流接觸進行脫硫。MDEA

溶液在脫硫過程中的化學(xué)反應(yīng)如下：主反應(yīng)：H?S+R?R'N—→R?R'NH++HS-(瞬時反應(yīng))CO?+R?R'N

(不反應(yīng))副反應(yīng)：

CO?+H?O-→H++HCO?

(極慢反應(yīng))R?R'N+H+—→R?R'NH+

(瞬時反應(yīng))R?R'N+H2O—→R?R'NH++HO-(慢反應(yīng))(R代表-C?H?OH基團或-CH?(OH)-CH-CH?-基團及CH?-)×MDEA

濃度：40%(重)水：60%(重)MDEA

的理化性質(zhì)：沸點247.2℃,分子量119.17凝固點-21℃,相對密度1.0418

比熱2.24MDEA

化學(xué)溶劑

塔1103分1101

濾1101分1101

濾1101原1101容1302脫硫裝置的工藝流程1102拎1103分1103冷110+濾103塔1101分1102殺04塔1102分105換1101換1102原料氣冷1101濾102脫硫裝置的工藝流程簡述如上圖，胺液由泵-1101A/B

升壓后分一小股到塔-

10

s

洗滌柱，主流進入吸收塔第14層塔盤，根據(jù)需要可開啟進18層乃至20層塔盤的支流，由上向下流動。胺液吸收了H?S和少量的CO?

后變成富液，經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥LIC-1101

離開吸收塔，減壓至590KPa

進入閃蒸罐，在閃蒸罐內(nèi)閃蒸出溶解

在富液中的烴類氣體，閃蒸氣由下而上與由上而下的MDEA

貧液逆流接觸，脫出閃蒸氣中的H?S

氣體進入燃料氣分配罐(容-1107)作為工廠燃料。從閃蒸罐出來的富液經(jīng)

富液過濾器(濾-1104A/B)

過濾溶液中的雜質(zhì)和降解物后，

進入貧富液換熱器(換-1101)預(yù)熱升溫至(85～95℃),經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥LIC-1103

進入再生塔上部。脫硫裝置的工藝流程簡述

該富液從上而下流動與從下而上流動的蒸汽逆流

接

觸解析出其中的H?S

和CO?,

再生所需要的熱量通過重

沸器(換-1102)提供。脫除了H?S

和CO?

溫度為112~

11

5℃的貧液自再生塔(塔-1102)底部進入貧富液換熱

器(換-1101A/B),

溫度降至70℃左右

，經(jīng)胺空冷器

(冷-1101),冷卻至55℃以下，再經(jīng)后冷器冷卻至

40℃左右，分出約占總量10%的溶液過濾(濾-1102

和濾-1103),除去其中的固體雜質(zhì)和降解產(chǎn)物，過濾

后的溶液與主流溶液匯合進入泵-1101A/B

人口。吸收溫度對天然氣中酸氣的脫除效率有重要的影響，溫度低溶液吸收能

力高，貧液的酸氣平衡壓力低，凈化氣中的酸氣濃度低。但是溶液溫度

過低，溶液粘度會上升，影響傳質(zhì)速度，脫硫效率下降，不利于凈化氣

質(zhì)量；溶液溫度較高，貧液的酸氣平衡分壓較高，凈化氣含硫高。最佳的貧液溫度是35～38℃左右。B.設(shè)備操作a.設(shè)計循環(huán)量為17.27m3/h,氣液比為1930左右，在實際操作中，可根

據(jù)原料氣的處理量及凈化度，貧液質(zhì)量調(diào)節(jié)。b.吸收塔塔底液位一般控制在50%。此液位須經(jīng)常檢查，保證液位穩(wěn)定，防止竄流事故發(fā)生。c.塔頂與塔底的壓差大小正常值一般在15KPa

以內(nèi)，如超過15KPa

就意

味溶液較臟，有攔液現(xiàn)象。應(yīng)馬上采取措施，降低處理量與溶液循環(huán)量，

以免發(fā)生沖塔現(xiàn)象。脫硫單元及設(shè)備操作吸

收

段A.單元操作吸收了H?S

和少量CO?

及烴類的MDEA

富液，經(jīng)LIC-1101

降至590KPa

進入閃蒸塔下部罐體內(nèi)，閃蒸出溶解在富液中的烴類氣體。閃蒸氣由下而上流動與由上而下流動的MDEA

貧液逆流接觸，脫出閃蒸氣

中的H?S

氣體。脫出H?S

后的閃蒸氣去燃燒氣系統(tǒng)作為工廠用氣。B.設(shè)備操作閃蒸塔為一填料塔，設(shè)計壓力為590KPa,

裝有5/8"×316不銹鋼鮑爾環(huán)。主要作用是進入閃蒸罐的富液放出攜帶的烴類氣體，氣體經(jīng)閃蒸塔

向上流動與向下流動的貧液逆流接觸，將閃蒸氣中的H?S

脫除至20mg/m3

以下，作為工廠燃料氣引入燃料氣系統(tǒng)。閃蒸罐的液位一般控制在50%,由LIC-1103

調(diào)節(jié)回路完成。閃蒸罐的壓力一般控制在50KPa,

由PIC-1103

調(diào)節(jié)回路完成。脫硫單元及設(shè)備操作閃

蒸

段A.單元操作在一定條件時，脫硫吸收效率取決于溶液再生效果，溶液再生效果取決于再生溫度。降低再生溫度，富液中酸氣解析不完全。適當提高再生溫度，

可降低貧液中殘留酸氣含量。但是，再生溫度過高，

一是要增加熱源的

消耗；二是增加溶液的損失，所以重沸器加熱溫度不能過高，溶液再生

溫度控制在120℃。降低再生塔的操作壓力對再生有利，

一般情況控制在60KPa。B.設(shè)備操作a.塔頂溫度。再生塔頂設(shè)計溫度為105℃,由重沸器供入的蒸汽量來控制。此控制回路為溫度~流量串級調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)中，由于TIC-1101

溫度

客觀波動較大，實際用FIC-1105

單回路來控制進換-1102的蒸汽量的大

小。b.

回流量，再生塔回流量設(shè)計值為1.08m3/h,

是由塔頂溫度所決定，操作中只要能控制好塔頂溫度，回流量就能保證正常。脫硫單元及設(shè)備操作再

生

段A.單元操作酸氣系統(tǒng)溶液從再生塔中解析出來的酸氣由再生塔頂(塔-1102)出來(溫度為104℃,壓力80KPa)

經(jīng)酸氣經(jīng)空冷器，冷卻至55℃后進入后冷器(冷-1104),冷卻至40℃,進入

酸氣分離器(分-1103)分離出游離酸水后

，

酸氣去硫回收裝置。分離出的酸水則通過

回流泵(泵-1104)打入再生塔(塔-1102)頂

部作回流。從甘醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以看出，甘醇分子結(jié)構(gòu)中有兩個羥基，存在氫鍵的作用，當天然氣與甘醇充分接觸時，甘醇靠氫鍵的作

用將會與天然氣中的水汽分子結(jié)合成締合

物，從而脫出天然氣中的水分。吸收水分的甘醇可通過加熱蒸發(fā)其水分而得到再生。脫水裝置工藝原理

分子式比重沸點(℃)冰點(℃)再生溫度(℃)分解溫度(C)分子量C?H??O?1.1254285.5-7.2204206.7150.17三甘醇的物化性質(zhì)

脫水裝置的工藝流程分1102塔1201容I2031201

202泵1201換1201換1202凈化氣塔1101濕凈化氣由胺吸收塔(塔-1101)頂進入甘醇(T

EG)濕凈化氣分離器(分-1102)分離，除去夾帶的溶液后經(jīng)氣帽進入脫水塔(塔-1102)下部，與頂部進入的貧甘醇(濃度為98.75%)下行逆流接觸，吸收下水分后，干凈化氣經(jīng)塔內(nèi)氣/液換熱器(E-1050)

與貧TEG

換熱后經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥PIC-1102

輸入用戶，

一部分干凈化氣經(jīng)燃料氣壓力補充閥(PIC-1102)

去燃料

氣罐(容-1107)作為補充用氣。脫水裝置的工藝流程簡述

脫水裝置的工藝流程簡述吸收了水分后的富甘醇由塔下部出來經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥(c1201)去甘醇重沸器(換-1201/2)精餾柱內(nèi)上部盤管換熱，換熱后到甘醇閃蒸罐(容-1203),閃蒸出吸收的甲烷氣體，

閃蒸氣去容-1107,富甘醇由容-1203底出來經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥LC-1202

到固體過濾器和活性碳過濾器(濾-1201/1202),

除去固體雜質(zhì)后進入TEG

換熱器(換-1202換熱),換熱后進

入甘醇重沸器蒸餾段(換-1201)上部，由明火加熱，使富甘

醇中的水分釋放出來排入大氣。貧甘醇由換-1201下部出來進入換-1202,與富甘醇換熱后進入甘醇循環(huán)泵(泵-1201A/B)

增壓后進入塔-1201內(nèi)氣-液換熱器熱量被干凈化氣帶走，貧甘醇溫度降至60℃,進入甘醇脫水塔頂?shù)谝粚铀P。脫水裝置工藝說明離開胺吸收塔的濕凈化氣體是在與含水的MDEA

溶液接觸后而含有飽和水，因此，必須進行氣體脫水才能符合露點的標準。氣體進入甘醇吸收塔中的塔盤以前，首先要通過分離器，從而除去由于脫硫不正常時可能存在的少量夾帶胺。富甘醇再生是把甘醇加熱超過水的沸點，在重沸氣204℃的溫度下，熱再生只能使甘醇濃度達到99.1%(w),

超過這個溫度再生會使甘醇降解。如果要求濃度達到99.1%

以上時，應(yīng)采用干天然氣來汽提該貧液。甘醇再生的重沸器里裝有汽提塔，使用最少的汽提氣，正常情況下是不需要汽提塔，在寒冷冬天月份應(yīng)采用它來降低氣體露

點

。甘醇重沸器是直接火焰加熱，甘醇再生塔直接安裝在甘醇重沸器的頂部，再生塔是從水中分離出甘醇的二元分餾塔，塔頂采用回流以增加塔的溫度梯度和防止塔頂甘醇蒸汽的損失。甘醇閃蒸罐是使氣體蒸氣從富液中排放出來并利用排出的氣體作工廠的燃料。閃蒸罐還能從甘醇中分離出夾帶的烴液。脫水裝置工藝說明

80萬硫磺回收裝置工藝原理硫磺回收裝置采用Claus法制硫，即將來自脫硫單元的酸性接引入反應(yīng)爐內(nèi)，同時引入空氣。嚴格控制酸氣與空氣的比例，使酸氣中烴類全部氧化，

一部分H?S

燃燒生成SO?

和水，其反應(yīng)如下：CnHm+(n+m/4)O2→nCO?+m/2H?O(n為烴中碳原子數(shù)；

m

為烴中氫原子數(shù))H?S+3/20?

→SO?+H?O+

熱量酸氣中剩余的H?S

與生成的SO,

按如下反應(yīng)：2H?S+SO?

→3/xS,+2H?O+

熱量上述反應(yīng)主要在反應(yīng)爐中完成，反應(yīng)氣體在廢熱鍋爐中釋放出熱量，被冷卻的過程氣中生成的單質(zhì)硫被冷凝分離出來

，出廢熱鍋爐的過

程氣中，還有相當數(shù)量的H?S

與SO,

存在，因此設(shè)置了三級催化反應(yīng)爐。通過天然氣加熱爐，控制進入反應(yīng)器的過程氣在最佳反應(yīng)溫度經(jīng)催化反應(yīng)生成單質(zhì)硫，最終使硫回收率達到95.07%.硫磺回收裝置的工藝流程分1103機1冷-1302反-1302反-1313冷-13M

分-1311素去型引說爐

·135硫磺回收裝置工藝流程簡述來自脫硫單元的酸氣經(jīng)酸氣分離器(容-1302)分離后

機(機-1301),送來的空氣按一定比例引入反應(yīng)爐(爐-1301)內(nèi)，將酸性氣體中的CH4

及其他烴類全部燃燒，1/3的H?S

燃燒生成SO?,

在反應(yīng)爐內(nèi)反應(yīng)釋放出的高溫隨反應(yīng)氣體通過廢熱鍋

爐，過程氣溫度降至300℃。反應(yīng)生成的單質(zhì)硫被(冷-1301)

冷凝為液相，從過程氣中得到分離并排至液硫罐。被冷卻的過程氣中還含有約30～40%的H?S

和SO,

未反應(yīng)，故被引入一級再熱爐，與燃燒天然氣生成的高溫SO?

氣體混合升溫至最佳反應(yīng)溫度，進入一級轉(zhuǎn)化器中，經(jīng)催化反應(yīng)生成單質(zhì)硫。過程氣進入(冷-1302)冷凝冷卻，使其降溫至硫露點以下，硫蒸汽被冷凝成液相而分離出來.硫磺回收裝置工藝流程簡述剩余過程

氣繼續(xù)引入二級再熱爐，與再熱爐燃燒天然氣生成的高溫SO?

氣體混合升溫至240℃,再進入第二級轉(zhuǎn)化器，經(jīng)過二級轉(zhuǎn)化器的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，將過程氣進入(冷-1303)冷凝冷卻，使其降溫至硫露點以下，硫蒸汽被冷凝成液相而分離出來；再將剩余過

程氣繼續(xù)引入三級再熱爐，與再熱爐燃燒天然氣生成的高溫SO?

氣

體混合升升溫至220℃,再進入第三級轉(zhuǎn)化器，經(jīng)過三級轉(zhuǎn)化器的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，將過程氣進入(冷-1304)冷凝冷卻，使其降溫至硫露點以下，硫蒸汽被冷凝成液相而分離出來，其中硫蒸汽被冷凝并捕集分離下來過程氣被