高压酸性天然气脱CO2工艺探讨.pdf

1 2 CHEN ⅡCAL ENGI NEERI NG DES I GN 高压酸性天然气脱 C O 2工艺探讨 刘春明 何浩丁宇张国文新疆石油勘察设计院克拉玛依8 3 4 0 0 0 摘要 介绍采用聚7 , --醇二甲醚净化天然气，显示出良好的应用价值，是一种值得推广的天然气脱碳的 新工艺。 关键词N H D溶剂天然气净化脱碳 1概述 天然气中存在大量 C O 不仅腐蚀设备造成安 全问题 ，同时 C O 排放带来严重 的环境 问题 。天 然气脱除 C O 方法主要有溶剂吸收法、变压吸附 法、低温分离法及膜分离法等。低温分离法存在 低温及设备选材 问题 ；变压 吸附法 和膜 分离法存 在能耗及烃 类气体损失 大 的问题。因此 ，大规模 的天然气净化工艺大 多采用 溶剂吸收法 ，目前 以 醇胺溶液化学吸收脱 H S 、C O 工艺 占主导地位。 本文结合阿克莫木气 田天然气 处理 工艺 ，利 用聚乙二醇二甲醚 N H D 溶剂的物理特点，介 绍一种脱除天然气中 C O 的新工艺和新方法。 2 N H D溶剂 聚乙二醇二 甲醚 ，又名多 乙二 醇二 甲醚是 2 0 世纪 6 O年代美国联合化学公司开发的一种酸性气 体物理吸收溶剂 ，为无色 或淡 黄色透 明液体 ，对 H S 、C O 等酸性气体有很强 的吸收能力 ，同时可 吸收 C O S 、C S 2 、C H S H、C H S等 有机 硫 化 物， 该溶剂商品名称为 S e l e x o l 塞勒克索尔 。 杭州化工研究所和南化 集 团公 司研究 院 于 2 0世纪 8 O年代在研究 S e l e x o l 溶液 的基础 上开 发了 N HD溶液 ，成分为聚乙二醇二甲醚的同系物 ， 分子量 2 8 0～3 l 0 ，凝 固点 一2 9一一2 2 ℃。该 溶剂 拥有 良好 的化学 和 热稳 定性 ，吸收及 解 吸热 低 ， 不氧化、不降解、不起泡，溶液无毒无味，不污 染环 境、对碳 钢无 腐蚀 ，同时溶 液蒸 气压 极 低 ， 基本不存在挥发损失问题。N H D溶液脱除 C O 效 率在物理吸收法 中较高 ，在 高压、低温状 态下 吸 收效果尤为显著。 N H D溶液脱酸 陛气的缺点是 1 虽然溶 剂损耗少 ，但循环量 大造成溶剂 购置费用偏高 。 2 溶剂本身不对碳钢造成腐蚀 ，但酸性 气 中若含大量水 分则会形成酸性溶 液，从而腐蚀设 备和管路 。 3 溶液虽对 甲烷亲 和力差 ，但 由于 甲烷 分 压高， 加上溶液粘度大易产生夹带，从而造成烃 类气体损失。同时，该溶液对烃的溶解度随碳原 子数上升而迅速提高 ，这在含水状态中尤为明显 。 4 吸收速度慢。 天然气 中各组分在 N H D溶剂中的溶解度见表 1 以C H 溶解度为 1 为基准值 。 表 1 各种气体在 N H D溶液中的相对溶解度 3 阿 克 莫 木 气 田 天 然 气 脱 水 和 脱 烃 工 艺 挲 釜 阿克莫木气田属于高压干气气藏，含凝析油 醇，低温浅冷分离脱水、脱烃工艺。该气 田天然 刘春明工程师。2 0 0 2年毕业于西南石油大学汕气储运专业。一直从事油气田地而勘察设计工作。联系电话 0 9 9 1 3 7 8 2 6 5 1 ， E ma i l l c h mi n g - x j p e t r o c h i n a ． c o rn ． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 ， 2 1 2 刘春明等 高压酸性天然气脱 C O 2工艺探讨 l 3 阿克莫木气田天然气脱水和脱烃工艺见图1 。 图 1 天然气脱水和 脱烃工艺流程 从气 田来高压天然气 31 0 。 N m ／ d ，1 0 MP a ， 2 0 E经生产分离器初步分离后注人乙二醇，通 过气 一气换热器预冷至 一 2 C后进行节流膨胀进低 温分离器 6 ． 3 M P a ， 一2 0 C ，低温分离器底部分 离出凝析油及乙二醇水溶液去下游装置，顶 部分离 出低温干气换热后可做产品气外输 。 4 天然气脱 C O 2 工艺 国内高含 H s气田较多，而高含 C O 气 田较 少，大多酸性气田以脱 H s工艺为主、脱除 C O 为辅，采用的净化工艺方法主要为醇胺溶液化学 吸收法 。 本文结合 阿克莫木气 田天然气 处理 工艺 ，采 用常规 D E A醇胺法脱 C O 与采用 N HD溶剂物理吸 收 C O 进行工艺及经济效益对比与分析。 4 ． 1 D E A脱 C O 2 工艺 D E A脱 C O 属于化学溶剂吸收法 ，D E A溶剂需 配比一定量水分 ，在水溶液条件发生化学反应生成 胺基甲酸盐，从而实现脱除天然气中 C O 。脱碳装 置位于气 一 气换热器前端 ，即前置脱碳 ，见图 2 。 图2 D E A脱 C O 2 工艺流程 来 自气 田 的 高 压 天 然 气 31 0 。 N m ／ d ， 1 0 M P a ， 2 0 ℃经分离器初步分离出C O 2 ，与闪蒸 塔后的闪蒸气加压后汇合进分离器再次气液分离， 气相进 D E A吸收塔底部，与塔顶下降 D E A贫液逆 流吸收，塔顶脱碳湿气 9 ． 8 M P a ，3 5 ℃去天然 气脱水和脱烃装置。塔底 D E A富液经节流、闪蒸 、 换热后进再生塔进行溶液再生 ，再 生塔采 用导热 油加热，顶部蒸发出富 C O 水蒸汽去回收装置， 底部 D E A贫液循环利用。 4 ． 2 N H D脱 C O 2 工艺 N H D脱 C O 属于物理吸收法，N H D溶液在低 温、高压条件下吸收尤为有利，无需游离水存在， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 C I - I E MI C A L E N G I N E E R I NG D E S I GN 4 ．Y -- 设计 2 0 1 1 ， 2 1 2 吸收后的 N H D富液在减压条件下闪蒸即可再生。 脱碳装 置位 于气 一气 换热 器后 端 ，即后 置脱碳。 低温增加了 N HD吸收 C O 能 力 ，天然气经脱水 、 脱烃再脱碳后减少了烃类气体损失。脱碳后的净 化气可直接作为商品气外输 ，其工艺流程见 图 3 。 图 3 N H D脱 C O 2工艺流 程 气 一气换热器 中的低温干气 2 ． 7 X 1 0 。 N m ／ d ，6 ． 3 MP a ，一 5 C与循环闪蒸气汇合后 进 N H D 脱碳塔底部，与塔顶下降 N H D溶液逆流吸收，塔 顶脱碳 净化气 6 ． 3 M P a ， 一3 ℃ 换热 后直接 外 输 ，塔底 N H D富液经 2级液力透平减压后进塔闪 蒸再生， 塔顶闪蒸出 C O 去回收装置，底部 N H D 贫液循环利用。 4 ． 3 两种脱碳工艺对比 4 ． 3 ． 1 吸收剂 吸收剂对 比见表 3 。 表 3吸收剂对 比 从吸收剂对 比可以看出，N H D溶液无毒、无 腐蚀性、不燃，安全性要高于 D E A溶剂。但是， D E A脱碳需在水溶液条件下脱酸，从而加重了设 备腐蚀 。 从适应性来看 ，N H D溶剂脱碳属于物理吸收 ， 高压、低温条件下吸收尤其有利，而 D E A脱碳属 于酸碱反应，对天然气组成、操作压力、温度的 要求比较严格，尤其当天然气重烃含量较高时， 易出现溶剂发泡 、污染 和损耗等 问题 ，适 应性不 如 N H D溶剂 。 4 ． 3 ． 2 工艺参数 工艺参数对比见表 4 。 表4 工艺参数对比 4 ． 3 ． 3 运行能耗和物料损耗 运行能耗和物料损耗对 比见表 5 。 从吸收剂再生能耗来看，D E A溶液需降压加 热再生，在燃气消耗的同时，增加 了溶剂损失。 N H D溶剂性质稳定，在真空条件下即可实现溶液 的再生 ，能耗 明显低于 D E A溶液。 从两种脱碳 方法运行 总能耗可 以看 出 ，N H D 运行能耗和物耗 主要在于压缩机 动力消耗 和烃类 气体溶解损失上，但因采用透平能量回收及无燃 气消耗 ，总运行能耗明显低于 D E A脱碳工艺。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘春明等 高压酸性天然气脱 C O 工艺探讨 1 5 表 5 运行 能耗和物耗对 比 从运行管理及维护上看 ，N HD工艺流程简单 、 易于操控 ，适应 性强 ，溶剂 安全 、无毒 ，性 质稳 定、运行周期长，不存在腐蚀、溶剂变质等问题。 同时 ，该工程 N HD脱碳塔操作压力较低 、无需再 生塔及加热热源，这在投 资及运行上具有明显 优势。 4 ． 3 ． 4 设备及投资 设备及投资对 比见表 6 。 表 6 设备及投资对 比 前置分离器 1座 高压 脱碳塔 l 座 高压 闪蒸塔 1座 再生装置 再生塔 l座 冷换设备 3座 循环压缩机组高压 1 套 1 0 M P a 液力透平机 无 提升泵 1座 高压 设备及管啪 发 材 不锈钢 装置费用， 万元 7 2 0 0 溶剂费用， 万元 3 0 0 无 1 座 中压 2座 高压 1座 、中压 1 座 闪蒸罐 1座 2座 中压 1 套 6 ． 4 MP a 2套 3 座 中、低压 碳钢 2 2 0 o 】 2 o o 从设备及投资对 比可 以看 出，D E A脱 碳采用 前置脱碳、高压设备及不锈钢材料制造，其设备 投资费用及制作难度显著增加，大幅高于 N H D脱 碳装置 ，且 N H D脱碳 中压循环压缩机组可与天然 气脱水 、脱烃工艺 富气压 缩机采用 同一机组 ，进 一 步减少了设备投资费用。 4 ． 3 ． 5 评价 N H D脱碳装置采用后置脱碳，即对脱水和脱 烃后 的低温干气 进行脱碳 ，低温促 进脱碳 ，脱烃 后 干气能够有效减少烃类气体溶解损失 。 D E A溶液脱碳净化程度较高，溶液循环量也 明显低于 N HD溶液 ，但溶液易污染并易 出现发泡 问题。N H D法虽然净化精度不高，但 N H D溶剂脱 碳只需满足商品天然气要求即可， 无需深度脱碳。 N H D脱碳装置费用仅相 当于 D E A脱碳装置 的 1 ／ 3 ，而 N H D溶剂费用却相当于 D E A溶剂的4 倍 ， 可见 N H D脱碳工艺的投资重点在溶剂购置费用上。 D E A溶液存在降解和发泡要定期更换 的问题 ， NH D溶剂性质稳定。长远看采用 N HD溶剂还是有 利的。 N H D脱碳主要问题①溶剂循环量大；②净 化程度不高；③有一定的烃损失 ，对含重烃量高 的天然气脱碳不利。 5 结语 综上所述 ，该工程 N HD脱碳工艺除溶剂 费用 及 c O 净化程度不如常规 D E A脱碳工艺外，其它 如装置费用、运行能耗、管理维护和职业卫生等 方面均有比较明显的优势。N H D溶剂脱硫、脱碳 是一种在天然气净化工艺中值得推广的新方法。 参考文献 1 C r a l G ．S wa n s o n ，J r ．用 S E L E X O L溶剂脱 除二 氧化碳 工艺 的新发展 [ J ] ．美国国家能源期刊，1 9 9 4 ， 4 9 8 3 3 ． 2 李正西 ． 聚乙二醇二甲醚的合成、应用及市场分析 [ J ] ． 贵州化工 ，2 0 0 3 ，2 8 2 6 ． 3 何生厚．高含硫化氢和二氧化碳天然气 田开发工程技术 [ M] ．北京中国石化出版社． 收稿 日期 2 0 1 01 02 8 上接第1 1 页 1 7 Ma n n i n e n M ，Ta i v a s s a l o V a n d Kall i o S ．On t h e Mi x t u r e Mo d e l f o r M u l t i p h a s e F l o w [ M] ．T e c h n i c a l R e s e a r c h C e n t e r o f F i n l a n d， 1 9 9 6． 1 8 Ba n d o Y，Ku r a i s h i M，e t a 1 ．Th e Ch a r a c t e ris t i c s o f a Bu b b l e C o l u mn w i t h a G a s s u c t i o n t y p e S i m u l t a n e o u s G a s - l i q u id I n j e c t i o n - n o z z l e[ J ] ．I n t e rn a t i o n a l C h e m i c al E n g i n e e ri n g ，1 9 9 0 ， 3 07 2 97 3 7 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 2-2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m