天然氣凈化工藝設計的要點論文
摘要：我國傳統的天然氣凈化方式主要采用胺法脫硫脫酸工藝，該工藝操作簡便，對于設備要求程度較低，但是隨著現代天然氣使用量的劇增，傳統的脫硫脫酸工藝也出現了許多新問題，例如裝置中出現攔液問題，制約了天然氣凈化效率；溶液發泡導致天然氣凈化結果不達標準等。為了解決日益突出的天然氣凈化問題，有必要對現階段天然氣凈化工藝設計的要點進行分析探討，并在傳統設計方法的基礎上，利用現代化技術，進行一定程度的優化和改良。
關鍵詞：天然氣凈化；工藝設計；脫硫脫酸；優化措施
1天然氣原料的氣分離系統
在天然氣進行凈化之前，首先需要對天然氣原料氣進行分離操作，以此除去混雜在原料氣中的雜質和污物。傳統的胺法脫硫脫酸由于缺少氣分離步驟，導致后期凈化過程中溶液發生變質、發泡等問題，其最主要原因就是天然氣中混有緩蝕劑、固體顆粒物和帶電粒子。考慮到分離過程可能出現分離不完全，在進入凈化過程中溶液中含有污染物，因此需要在天然氣進入吸收塔之前加設兩級分離設置，從而最大限度的保證天然氣的純凈度。其中第一層分離采用臥式重力分離器，利用重力作用將溶液中的雜質沉淀析出，以此減少后續操作過程中凈化設備的負荷。重力分離器內部設置天然氣粒子通過標準，通常情況下，重力分離器的內部結構只允許粒子直徑<100μm的粒子通過，其他粒子則被析出。第二層分離采用過濾分離，其作用主要是對第一層分離進行優化和檢查，起到雙重保障的作用。而且過濾分離的入口與臥式重力分離器的出口緊密相連，并且在入口出安裝了絲網除霧器，將氣流中的顆粒物或其他粒子直徑大于10μm的霧滴、粒子阻擋在過濾分離器外部。通過兩級分離作用，基本上達到了除雜的目的。
2胺液吸收塔和再生塔
2.1吸收塔的主要控制方法
吸收塔作為胺液處理的第一站，主要作用是向胺液中充氣（H2S、CO2等氣體物質），從而保證胺液充分吸收這些氣體。為了最大限度的保證吸收塔的工作效率，需要做到兩個基本保障點：其一是保證進入吸收塔的天然氣純凈度要高，防止充氣過程中雜質與胺液發生化學反應。這一點通過架設兩級分離裝置基本可以保證。其二是要求胺液本身具有較高的純凈度。只有兩個保障點同時滿足，吸收塔的充氣吸收工作才能高效進行。
2.2再生塔的主要控制方法
再生塔與吸收塔在作用上是相反的，它主要是利用塔內溫度、壓強等條件，將胺液中的H2S、CO2等氣體析出，從而保證胺液可以實現循環利用。為了保證胺液氣體析出效率的最大化，溫度需要控制在120℃-150℃之間，溫度過低會導致氣體析出不徹底，溫度過高則有可能使得胺液表層氣化。壓強的控制要求根據塔內胺液的容量和再生塔的設置有關，需要根據實際情況具體設置。一般情況下，再生塔內部的溫度條件系統安置在塔頂，通過提升溫度、加熱上層空氣、熱化溶液的方式，實現塔內溫度的調控。
3富液閃蒸罐和富貧液換熱器
3.1富液閃蒸罐
該裝置的主要作用是解析并過濾胺液中含有的烴類化合物。進入閃蒸罐的富液降壓后釋放出的烴類經過閃蒸塔脫除H2S后可作為燃料氣進入燃料氣系統，這部分烴類不能進入再生塔，如果酸氣中烴類含量高，會對下游的硫磺回收裝置產生較大影響。進入閃蒸罐的富液溫度不能高于75℃，流速不能超過2.0m/s。閃蒸罐優化設計推薦最小停留時間為20min。閃蒸罐內部的液位調控功能對于整個操作流程具有重要作用。其液位調控的主要裝置是液位上升控制管道，安裝在再生塔的液位調節閥附近，并且要盡量靠近閃蒸罐的上部，方便最大限度的對胺液進行閃蒸。有時為了操作方便，調節閥可能會安裝在閃蒸罐的下放，在這種情況下，需要對閥門和管道進行防腐蝕操作，避免閃蒸過程中析出的酸性氣體（液體）對設備造成腐蝕破壞。同時，閃蒸罐內的溫度要控制在100℃到120℃之間，溫度過低會影響氣體析出效率，溫度過高咋會導致氣體在閃蒸罐上部堆積，并與冷凝液發生反應，腐蝕閃蒸罐上頂面。
3.2貧富液換熱器
我國傳統的天然氣凈化操作中的貧富液換熱器大多使用管殼式換熱器，但是隨著新技術的'發展和天然氣凈化操作流程的改良，這種管殼式換熱器已經難以適應大規模、高負荷、高質量的天然氣凈化要求。近年來，板式換熱器以其熱傳導效率快、體積小使用方便以及使用性強等特點，逐漸被多數天然氣凈化企業所采用，逐步取代了傳統的管殼式換熱器。
4胺液過濾和惰氣保護系統
4.1胺液過濾
文章開頭提到，胺液本身的純凈度是保證天然氣凈化的關鍵因素。因此，在許多關鍵的操作裝置中都安裝有胺液過濾器，從而保證每個操作過程中的胺液具有較高的純度，符合凈化設計要求。胺液過濾的方式在各種裝置中不盡相同，采用最多的方式有兩種：機械過濾和活性炭過濾。其中活性炭過濾主要適用于貧液過濾器，因為該過程中的胺液流量大，需要持續工作，而活性炭具有極高的循環使用價值，既能夠滿足胺液過濾的要求，也能保證長時間工作而不出現過濾問題。
4.2惰性保護系統
為防止胺液與空氣中的氧氣接觸生成不可再生的化學降解產物，導致設備腐蝕和胺液發泡，應當采用惰性氣體保護胺液，對胺液儲罐、胺液低位配制罐等進行惰性氣封。常用氮氣進行氮封，若天然氣處理廠內無制氮裝置，也可用凈化天然氣進行氣封。為安全起見，應將水封罐連續排放的少量氣體引至高處排放。
參考文獻：
[1]關昌倫.脫硫裝置工藝設計要點[J].天然氣工業,2013,15(3):68-71.
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