第02章 天然气净化.ppt

2天然气净化,,2.1天然气脱硫2.2硫磺回收与尾气处理2.3天然气脱水,天然气化工工艺学第2章,天然气中的硫化物主要是硫化氢H2S存在，同时还可能有一些有机硫化物，如硫醇CH4S、硫醚CH3SCH3及二硫化碳CS2等。,目前的天然气脱硫工艺包括以醇胺法简称胺法为主的化学溶剂法、以砜胺法为主的化学－物理溶剂法、物理溶剂法、直接转化法亦称氧化－还原法、吸附法和非再生法等，其中占主导地位的是醇胺法和砜胺法。,2.1天然气脱硫,,天然气化工工艺学第2章,醇胺法以醇胺水溶液为吸收剂，属化学吸收；砜胺法以醇胺的环丁砜水溶液为吸收剂，是以醇胺的化学吸收和环丁砜的物理吸收联合的化学-物理吸收。主要吸收剂一乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA、二异丙醇胺DIPA与环丁砜组成的砜胺-Ⅱ砜胺法及甲基二乙醇胺MDEA,2.1.1醇胺法和砜胺法,天然气化工工艺学第2章,醇胺属碱性，H2S和CO2为酸性气体，进行基于酸碱中和反应的化学吸收。如,,（快速）,此类吸收是放热反应，在较低的温度70℃下进行，当温度超过105℃后，反应将发生逆转。利用此特性，可实现醇胺溶液循环再生使用。,醇胺法的反应,,天然气化工工艺学第2章,包括吸收、闪蒸、换热、及再生四个环节。吸收脱除酸性气体；闪蒸除去富液中的烃类；换热以富液回收贫液的热量；再生解析出富液中的酸性气体。,2.1.1.1醇胺法和砜胺法工艺流程,,天然气化工工艺学第2章,1－吸收塔；2－再生器；3－再沸器,对于天然气中酸性气体含量高或溶剂循环量大的大型装置，有时采用分流部分半贫液进入吸收塔中部的方法来提高处理效率。,分流法脱硫工艺,图2.2分流法脱硫工艺流程图,天然气化工工艺学第2章,,吸收塔大型装置多使用浮阀塔，小型装置宜用填料塔或筛板塔；再生塔填料塔或板式塔，顶部都安排有回流入塔；再沸器热虹吸式或釜式再沸器，热源以使用饱和蒸汽为宜，小型装置也可用热载体或烟道气加热；,醇胺法和砜胺法装置主要设备,配套设备包括闪蒸罐、过滤器、贫富液换热器、贫液冷却器。,,天然气化工工艺学第2章,MEA法适用于压力较低而对H2S和CO2净化度要求高的工况；DEA法适用于在较高的酸性气体分压下同时脱除H2S和CO2；砜胺法砜胺–Ⅱ型适用于需脱除有机硫及同时脱除H2S和CO2的情况；砜胺一Ⅲ型适用于需脱除有机硫及选择脱除H2S的工况；MDEA法优先用于需选择脱除H2S的工况。,2.1.1.2主要醇胺法和砜胺法的特点和应用范围,,天然气化工工艺学第2章,脱硫化学溶剂包括有机碱前述的醇胺溶液和无机碱活化热钾碱法。,,活化热钾碱法基本工艺流程图,2.1.2天然气脱硫的其他方法,,天然气化工工艺学第2章,,由于酸性气体物理吸收热大大低于其与化学吸收的反应热，故溶剂再生的能耗低；既可以同时脱硫脱碳也可以选择脱除H2S，对有机硫也有良好脱除能力；在脱硫脱碳的同时可同时脱水；不宜用于C2以上烃含量高、尤其是重烃多的气体；溶剂吸收酸性气体的速率慢。,包括冷甲醇法、多乙二醇二甲醚法、碳酸丙烯酯法及N–甲基吡咯烷酮法等，特点如下,2.1.2.1物理溶剂法,,天然气化工工艺学第2章,,NEAG–ⅡSelexol装置工艺流程图,PikesPeakSelexol装置工艺流程图,两种基本流程德国NEAG–Ⅱ和美国PikesPeak装置。差别为再生部分，当用于脱除大量CO2时，此时仅靠溶液的闪蒸而再生。如需达到较严格的H2S，闪蒸后还需气提或真空闪蒸。,物理溶剂法流程,天然气化工工艺学第2章,,其他的化学物理溶剂法,砜胺法是化学溶剂与物理溶剂相组合的代表。除砜胺法外，属于此类的还有Selefining法、Optisol法、和常温甲醇法等。,2.1.2.3化学物理溶剂法,,天然气化工工艺学第2章,硫磺回收系指将脱硫装置再生解吸出的酸性气体中的H2S等转化为硫磺的过程，常用计量空气先将H2S燃烧，再经催化转化为硫磺，即克劳斯工艺。,2.2硫磺回收与尾气处理,天然气化工工艺学第2章,,,,,,,,,,,主要反应,副反应,2.2.1克劳斯工艺,,天然气化工工艺学第2章,H2S转化为硫的平衡转化率图,高温反应区H2S通过燃烧转化为单质硫，生成的硫蒸气以S2为主；平衡转化率随温度同步上升。催化反应区H2S通过燃烧转化为S6和S8，高温区生成的S2液转化为S6和S8；平衡转化率随温度降低而上升。,H2S转化为硫的平衡转化,天然气化工工艺学第2章,包括直流法、分馏法、硫循环法、直接氧化法，以直流法和分流法为主。,,,,,,,,,,,,,,,2.2.1.2工艺流程,天然气化工工艺学第2章,直流法全部酸性气体进入燃烧炉燃烧，按要求配给空气，酸性气体中全部烃类完全燃烧，H2S的1/3氧化生成SO2,并与剩下的2/3的H2S反应生成单体硫。分流法酸性气体分为两股，1/3酸性气体与空气进入燃烧炉将H2S氧化为SO2，然后与旁通的2/3酸性气体混合进入催化转化段。,根据H2S浓度，筛选工艺流程安排,2.2.1克劳斯工艺,分类,天然气化工工艺学第2章,,液相催化剂,,,,,在低于硫露点的温度下继续进行克劳斯反应,将尾气中各种形态的硫均还原为H2S，再将此部分H2S再转化为单质硫,,将尾气中各种形态的硫均氧化为SO2,2.2.2克劳斯尾气处理工艺,还原类,氧化类,低温克劳斯类,固相催化剂,还原–吸收法,还原–直接转化法,还原–直接氧化法,,天然气化工工艺学第2章,吸收法-即采用一种亲水液体与天然气逆流接触，通过吸收来脱除天然气中的水蒸气。,常用的脱水吸收剂的优缺点,2.3天然气脱水,,天然气化工工艺学第2章,即采用固体吸附剂脱水，一般为物理吸附，吸附剂可再生，常用的有活性氧化铝、硅胶及分子筛等。,吸附剂要求多孔性，较大吸附表面积，选择性吸附作用，较高吸附传质速率，再生简便经济，可保持较高的湿容量，良好的化学稳定性、热稳定性、机械强度等。脱水工艺多采用固定床吸附塔工艺，为保证装置连续操作，至少需要两个吸附塔一塔进行脱水操作，另一塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换操作。,2.3.2吸附法,分类,天然气化工工艺学第2章,,直接冷却法水含量随温度降低而减少；加压冷却法将气体加压使部分水蒸气冷凝，并由压缩机出口冷却后的气液分离器中排出；膨胀制冷冷却法利用焦耳－汤姆逊效应使高压气体等焓膨胀制冷获得低温，从而使气体中一部分水蒸气和烃类冷凝析出；机械制冷冷却法以低压伴生气为原料气的露点控制装置中一般采用机械制冷的方法获得低温，使天然气中更多的C5以上轻油和水蒸气冷凝析出。,2.3.3冷却法,