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撬裝式天然氣凈化成套設(shè)備天然氣凈化過程基本包括原料氣脫酸、脫水脫汞系統(tǒng)工藝過程,首先經(jīng)過預(yù)處理撬塊的井口氣直接進(jìn)入凈化撬塊,脫酸工藝(主要指二氧化碳和硫化氫)采用溶劑吸收法,吸收劑為MDEA;脫水工藝采用分子篩脫除微量水分;脫除的重?zé)N直接進(jìn)入火炬系統(tǒng)燃燒處理;脫汞工藝采用浸硫活性炭吸附法;
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撬裝式天然氣凈化成套設(shè)備天然氣凈化過程基本包括原料氣脫酸、脫水脫汞系統(tǒng)工藝過程,首先經(jīng)過預(yù)處理撬塊的井口氣直接進(jìn)入凈化撬塊,脫酸工藝(主要指二氧化碳和硫化氫)采用溶劑吸收法,吸收劑為MDEA;脫水工藝采用分子篩脫除微量水分;脫除的重?zé)N直接進(jìn)入火炬系統(tǒng)燃燒處理;脫汞工藝采用浸硫活性炭吸附法;
1、天然氣凈化成套設(shè)備脫CO2工藝選擇
天然氣中含有的CO2統(tǒng)稱為酸性氣體,它們的存在會(huì)造成金屬腐蝕并污染環(huán)境。此外,CO2含量過高,會(huì)降低天然氣的熱值。因此,必須嚴(yán)格控制天然氣中酸性組分的含量,以達(dá)到工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。
用于天然氣脫除酸氣的方法有溶劑吸收法、物理吸收法、氧化還原法和分子篩吸附法。目前普遍*和廣泛應(yīng)用的溶劑吸收法。它是以可逆的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ),以堿性溶劑為吸收劑的脫硫方法,溶劑與原料氣中的酸組分(主要是CO2)反應(yīng)而生成化合物;吸收了酸氣的富液在升高溫度、降低壓力的條件下又能分解而放出酸氣,從而實(shí)現(xiàn)溶劑的再生利用。
溶劑吸收法所用溶劑一般為烷醇胺類,主要有一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二異丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等。本方案從適用性和經(jīng)濟(jì)性的角度考慮,選擇甲基二乙醇胺(MDEA)作為脫除酸性氣體的溶劑。
MDEA(N-Methyldiethanolamine)即N-甲基二乙醇胺,分子式為CH3-N(CH2CH2OH)2,分子量119.2,沸點(diǎn)246~248℃,閃點(diǎn)260℃,凝固點(diǎn)-21℃,汽化潛熱519.16kJ/kg,能與水和醇混溶,微溶于醚。在一定條件下,對二氧化碳等酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力,而且反應(yīng)熱小,解吸溫度低,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,無毒而不降解。
純MDEA溶液與CO2不發(fā)生反應(yīng),但其水溶液與CO2可按下式反應(yīng):
CO2 + H2O == H+ + HCO3- (1)
H+ + R2NCH3 == R2NCH3H+ (2)
式(1)受液膜控制,反應(yīng)速率極慢,式(2)則為瞬間可逆反應(yīng),因此式(1)為MDEA吸收CO2的控制步驟,為加快吸收速率,在MDEA溶液中加入活化劑(R2/NH)后,反應(yīng)按下式進(jìn)行:
R2/NH + CO2 == R2/NCOOH (3)
R2/NCOOH + R2NCH3 + H2O ==R2/NH + R2CH3NH+HCO3- (4)
(3)+(4):
R2NCH3+ CO2 + H2O == R2CH3NH+HCO3- (5)
由式(3)~(5)可知,活化劑吸收了CO2,向液相傳遞CO2,大大加快了反應(yīng)速度。MDEA分子含有一個(gè)叔胺基團(tuán),吸收CO2后生成碳酸氫鹽,加熱再生時(shí)遠(yuǎn)比伯仲胺生成的氨基甲酸鹽所需的熱量低得多。
從能耗、處理規(guī)模和投資運(yùn)行成本等角度,MDEA胺液法是最合適的工藝,因此本方案選擇MDEA胺液法脫酸氣。
2、撬裝式天然氣凈化成套設(shè)備脫水工藝選擇
天然氣中水分的存在往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果:水分與天然氣在一定條件下形成水合物阻塞管路,影響冷卻液化過程;另外由于水分的存在也會(huì)造成不必要的動(dòng)力消耗;由于天然氣液化溫度低,水的存在還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備凍堵,故必須脫水。
天然氣脫水工藝方法一般包括:低溫脫水、固體干燥劑吸附和溶劑吸收三大類。冷凍分離主要用于避免天然氣在溫度低時(shí)出現(xiàn)水合物,然而它所允許達(dá)到的低溫是有限的,不能滿足天然氣液化的要求;溶劑吸收通常包括濃酸(一般是濃磷酸等有機(jī)酸)、甘醇(常用的是三甘醇)等,但這些方法脫水深度較低,不能用于深冷裝置;固體干燥劑脫水法常見的是硅膠法、分子篩法或這兩種方法的混合使用。
天然氣液化脫水必須采取固體吸附法,由于分子篩具有吸附選擇能力強(qiáng)、低水汽分壓下的高吸附特性,以及同時(shí)可以進(jìn)一步脫除殘余酸性氣體等優(yōu)點(diǎn),因此本方案采用4A分子篩作為脫水吸附劑。
3、天然氣凈化成套設(shè)備脫汞工藝選擇
目前,脫汞工藝主要有兩種:即美國UOP公司的HgSIV分子篩吸附法和采用浸硫活性炭使汞與硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化汞并吸附在活性炭上。前者成本高,適用于汞含量高的場合;后者運(yùn)行成本低,適用于汞含量低的場合。
一方面,HgSIV分子篩運(yùn)行成本很高;另一方面,本裝置的原料氣中汞含量比較低。因此,采用浸硫活性炭脫汞,此種工藝本公司已有有成功的使用經(jīng)驗(yàn)。
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