醇胺法在酸性天然气脱硫工艺中的应用

2022-10-22

随着国内酸性天然气气田特别是普光等大型气田的大规模开发, 酸性天然气气 (H2S和CO2) 处理压力日益增大, 特别是酸性气体易产生剧毒, 燃烧易产生二氧化硫等污染环境废气而且会造成很大的资源浪费。因此在得到商品天然气之前需进行原料气脱硫处理, 中原油田天然气处理厂在醇胺法酸性天然气脱硫方面积累了丰富的经验, 取得了良好的经济和社会效益。

一、醇胺法脱硫的原理

醇胺法脱硫是一种典型的吸收反应工艺流程, 选择对硫化氢有强吸收能力, 并且化学反应速度较快的醇胺弱碱性的水溶液作为吸收剂。其化学公式原理是在醇胺分子结构内有一个胺基和至少一个羟基, 羟基可降低醇胺法蒸汽压, 增加在水中的溶解度;胺基使水溶液呈碱性, 促进对酸性组分的吸收。其与酸性天然气的主要化学反应均为化学可逆反应, 在低温下, 醇胺溶液吸H2S和CO2酸气, 生成胺盐并释放热能;在较高温下, 溶液内的胺盐分解, 放出酸气, 溶液得到再生。实际操作过程是反应在脱硫塔内, 使其在常温下与干气、液化气逆流接触, 醇胺吸收干气、液化气中的酸性气体H2S (C02) 和其它含硫杂质, 生成酸式硫化胺盐或酸式碳酸胺盐, 当温度升高时, 生成的胺盐又分解, 放出H2S (C02) 气体。脱出的H2S进入硫磺回收装置生产为硫磺, 醇胺则可循环使用。

二、醇胺法常用吸收剂及特点

各种醇胺溶液是化学吸收法中使用最广泛的吸收剂, 醇胺类酸性天然气脱硫工艺中最常用的吸收剂有:一乙醇胺 (MEA) 、二乙醇胺 (DEA) 、甲基二乙醇胺 (MDEA) 、二异丙醇胺 (DIPA) 以及二甘醇胺 (DGA) 等。主要通过酸碱反应以吸收酸气, 升温吐出酸气。其净化度高, 适应性宽、效果显著。本文主要选其中两种吸收性展开特征分析。

1. 一乙醇胺 (MEA) 的特点

(1) 其在各种醇胺类中相对摩尔质量最小、碱性最强, 与酸气反应速率最快, 酸气载荷最高, 能够迅速吸收天然气中的酸性气体, 降低原料气中酸性气体浓度容易, 而且脱除酸气所需循环的溶液量较少;

(2) 蒸气压力高, 挥发性较强, 溶剂的损失蒸发量大;

(3) 溶液浓度较低, 在15%-20%之间, 腐蚀性强, 特殊部位需要供应特殊类型钢材;

(4) 化学稳定性好, 在没有其他化学剂参与反应时, 温度在常沸点以下范围内不会发生分解和降解;

(5) 氧化变质容易, 因此缓冲罐和储罐应有氮气或甜气作为覆盖气体;

(6) 与羰基硫 (COS) 和二硫化碳 (CS2) 发生不可逆化学反应;

(7) 对H2S及CO2的吸收无选择性, 通常能够获得较高的净化度。

2. 二乙醇胺 (DEA) 的特点

(1) 蒸气压力低, 挥发性较弱, 溶剂的蒸发损失量小;

(2) 碱性弱, 与酸气化学键的结合能力较弱, 所需要的再生热小;

(3) 腐蚀性较弱, 溶液浓度较高, 一般DEA水溶液的质量分数比一乙醇胺高, 溶液的循环量较小, 再生所需的热负荷较低;

(4) 对H2S和CO2的吸收无选择性, 同时也吸收二硫化碳 (CS2) 和羰基硫 (COS) , 而且与COS、CS2生成的化合物能够再生。

三、醇胺法脱硫的工艺流程

醇胺法脱硫脱碳的典型工艺流程主要由吸收、闪蒸、换热和汽提四部分组成。其中, 吸收部分是将原料气中的酸性组分脱除至所需指标或要求;闪蒸部分是通过闪蒸将吸收了酸性组分后的溶液在吸收酸性组分时所吸收的一部分烃类除去;换热是回收离开再生塔的贫液热量;再生是将富液中吸收的酸性组分解吸出来转为贫液循环使用。

工艺流程中, 原料气经进口分离器除去游离液体和携带的固体杂质后进入吸收塔底部, 与由塔顶自上而下流动的醇胺溶液逆流接触, 吸收其中的酸性组分。离开吸收塔顶部的是含饱和水的湿净化气, 经出口分离器除去携带的溶液液滴后出装置。通常, 都要将此湿净化气脱水后再作为商品气或管输, 或去下游的NGL回收装置或LNG生产装置。

由吸收塔底部流出的富液降压经过后进入闪蒸罐, 被醇胺溶液吸收的烃类被脱除。然后, 富液经过滤器进入贫富液换热器, 利用热贫液使其加热后进入在低压下控制的再生塔上部, 使一部分酸性成分在再生塔顶部塔板上从富液中闪蒸出来。随着溶液自上而下流至底部, 溶液中剩余的酸性组分就会被在重沸器中加热汽化的气体, 主要是水蒸气进一步汽提出来。因此, 离开再生塔的是贫液, 只含部分未汽提出来的残余酸性气体。此热贫液经贫富液换热器、溶液冷却器冷却和贫液泵增压, 温度降至比塔内气体烃露点高5~6℃以上, 然后进入吸收塔循环使用。有时, 贫液在换热与增压后也经过一个过滤器。

从富液中汽提出来的水蒸汽和酸性组分离开再生塔顶, 经过冷凝器冷却及冷凝后, 冷凝水作为回流返回到再生塔顶部。根据由回流罐分出的酸气组成和流量, 一是去硫磺回收装置, 或是压缩后回注地层以提高原油采收率, 或是经处理后去火炬等。

结论

醇胺法脱硫脱碳工艺虽已有近70年的发展历史, 但迄今仍是天然气和炼厂气净化中应用最广泛的工艺。通过应用醇胺法脱硫工艺应用, 经过脱硫装置脱除的酸性气体, 进而输入硫磺回收装置回收硫磺, 经硫磺成型设施生产出硫磺工业品, 硫磺回收装置尾气经处理燃烧后排放大气, 从而达到了经济效益与社会效益的最大化, 取得了良好的效果。

在众多的脱硫工艺中, 没有十全十美的具有绝对优势的方法, 而是各有其使用范围与特点, 在实际应用时需要根据情况进行相应合适的选择。

摘要：含有H2S和硫化物的天然气称为酸性天然气, 目前天然气脱硫的方法包括物理吸收法、化学吸收法、混合吸收法、膜分离法以及生物脱硫法等多种, 这其中醇胺法化学吸收技术是目前酸性天然气脱硫工艺中最常用的方法, 因其显著的节能、高效等特点, 使其成为国内快速发展的一种脱硫工艺, 本文针对醇胺法的定义、原理、采用的吸收剂及其脱硫工艺与应用范围进行了详细的描述。

关键词：醇胺法,天然气脱硫,化学吸收,应用