高效有机硫脱除溶剂CT8-24的工业应用.pdf

化工进展 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2020 年第 39 卷第 8 期 开放科学（资源服务）标识码（OSID） 高效有机硫脱除溶剂CT8-24的工业应用 杨超越 1，2，易铧1，2，刘可1，2，何金龙1，2，倪伟3，常宏岗1，2，胡超4，胡天友1，2， 陈世明 5，陈文科4 （ 1中国石油西南油气田公司天然气研究院，四川 成都 610213；2国家能源高含硫气藏开采研发中心，四川 成都 610213；3中国石油西南油气田公司气田开发管理部，四川 成都 610056；4中国石油西南油气田公司重庆 天然气净化总厂，重庆 401220；5中国石油西南油气田公司川东北作业公司，四川 成都 610056） 摘要针对常规甲基二乙醇胺 （MDEA） 脱硫溶剂对有机硫脱除率不高、含有机硫的天然气脱硫后不能满足 GB178202018对管输气要求的问题，中国石油西南油气田公司天然气研究院开发了高效有机硫脱除溶剂CT8-24， 在室内研究以及中间放大试验的基础上，在重庆天然气净化总厂引进分厂400104m3/d装置上进行了工业应用。考 察了溶剂在不同循环量、处理量、吸收塔板数以及再生温度等条件下的吸收性能，确定了较适宜的工艺操作参数。 结果表明，将引进分厂400104m3/d装置原用的MDEA水溶液改换为CT8-24后，装置运行平稳。在35层吸收塔板 下，产品中H2S含量＜6mg/m3，总硫＜20mg/m3，达到GB178202018的要求。同时分析研究了CT8-24类物理-化 学溶剂对MDEA脱硫装置的适应性，为其他净化厂气质达标改造工作奠定了坚实基础。 关键词天然气；净化厂；有机硫；脱硫；气质达标 中图分类号TE644文献标志码A文章编号1000-6613（2020）08-3371-09 Industrial application of efficient organic sulfur removal solvent CT8-24 YANG Chaoyue1，2，YI Hua1，2，LIU Ke1，2，HE Jinlong1，2，NI Wei3，CHANG Honggang1，2，HU Chao4， HU Tianyou1，2，CHEN Shiming5，CHEN Wenke4 1Research Institute of Natural Gas Technology, PetroChina Southwest Oil 2 National Energy R 3 Gas Field Development Management Department, PetroChina Southwest Oil 4 Chongqing Natural Gas Purification Plant General, PetroChina Southwest Oil 5 CDB Operating Company, PetroChina Southwest Oil purification plant; organic sulfur; physical-chemical solvent; desulfurization; purified gas reach standard 我国对商品天然气中总硫及H2S含量指标的要 求越来越严格，GB 178202018天然气标准 于2018年11月19日正式发布[1]，其中天然气技术 指标进一步提高，尤其总硫的指标较2012版本有 了数量级的提升。对于原料气中有机硫含量较高的 气质，采用常规的甲基二乙醇胺（MDEA）溶剂脱 硫后难以满足GB178202018的要求[2]。针对此类 气质的有机硫脱除，国内外最常用的是物理-化学 脱硫溶剂[3-4]，其中以Sulfinol-M 和Sulfinol-D 最具 有代表性[5]。中国石油西南油气田公司天然气研究 院（以下简称天然气研究院）针对原料气中有机硫 的脱除，开展了溶剂研发以及室内脱硫性能评价， 研发了高效有机硫脱除溶剂CT8-24[6]，并在处理量 1104m3/d的装置上进行了中间放大试验。在此基 础上，中国石油西南油气田公司重庆天然气净化总 厂引进分厂 （以下简称引进分厂） 进行了工业应 用，取得了较好的效果。 1高效有机硫脱除溶剂CT8-24及工 业应用装置 1.1高效有机硫脱除溶剂CT8-24 CT8-24是天然气研究院自主研发的可同时脱 除H2S、CO2和有机硫的脱硫溶剂，其属于砜胺类 物理-化学溶剂体系，配方中包含MDEA、环丁砜 以及有利于脱硫性能提升的关键组分等。物理-化 学溶剂脱硫是国内外净化厂用于脱除H2S和有机硫 的最常用方法[7]，最具有代表性的是Sulfinol-M和 Sulfinol-D。经实验室脱硫性能对比评价表明，在 同等评价条件下 CT8-24 对有机硫的脱除率高于 Sulfinol-M溶剂。 在实验室中，对比了 CT8-24 与 Sulfinol-M 在 相同条件下的脱硫性能。实验数据如表1所示。 对比表1中数据可以看出，在6.0MPa吸收压 力、0.75m填料高度、气液比833的条件下，CT8- 24 对羰基硫 （COS） 脱除率比 Sulfinol-M 提高了 25.1，对硫醇脱除率提高了13.7，净化气中H2S 含量从11mg/m3降至低于1mg/m3。 2014年，天然气研究院在川西北气矿天然气 净化厂的有机硫脱除中试装置上开展了相关试验工 作，考察了CT8-24在不同气液比等条件下的吸收 性能。 表2为吸收压力6.0MPa、填料高度4.0m、贫液 入塔温度3840℃的条件下气液比变化对CT8-24吸 收效果的影响。在6.0MPa吸收压力和4.0m填料高 度、气液比低于700的情况下，CT8-24对有机硫 （主要为硫醇）脱除率＞77。从有机硫脱除率变化 的趋势来看，气液比越低越有利于有机硫脱除。因 此，物理-化学溶剂装置在设计时常采用低气液比。 1.2工业应用装置 重庆天然气净化总厂引进分厂（以下简称引进 分厂）共有3列净化装置，Ⅰ列为400104m3/d、Ⅱ 列为 200104m3/d、Ⅲ列为 80104m3/d，其中 400 104m3/d净化装置为20世纪70年代末从日本千代田 公司成套引进，于1980年12月建成投产。该装置 表1Sulfinol-M及CT8-24在相同操作条件下的脱硫性能对比 溶液 Sulfinol-M CT8-24 原料气 H2S/ 2.05 2.09 2.11 2.09 CO2/ 3.04 3.06 3.07 3.09 有机硫/mgm−3 547.58 535.20 541.33 543.16 净化气 H2S /mgm−3 10.82 11.66 0.67 0.69 CO2/ 0.55 0.56 0.28 0.29 有机硫/mgm−3 220.51 98.51 130.85 35.65 H2S脱除率 / 99.9644 99.9624 99.9979 99.9978 CO2脱除率 / 82.73 82.54 91.33 91.08 有机硫脱除率 / 61.57（COS） 82.44（硫醇） 77.02（COS） 93.76（硫醇） 注本表中工艺操作条件为处理量500L/h、溶液循环量0.6L/h、气液比833、填料高度0.75m、贫液入塔温度3840℃、吸收压力6.0MPa。 3372 第 8 期杨超越等高效有机硫脱除溶剂CT8-24的工业应用 最初设计处理卧龙河高含硫天然气，原料气中H2S 体积分数为4.04.5，有机硫10001200mg/m3， 吸收压力6.27MPa，溶液循环量242m3/h，吸收塔 板数35层，脱硫溶剂为二异丙醇胺-环丁砜溶液[8]。 后来经过多次技术改造，装置用于处理低含硫天然 气，脱硫溶液改为单纯的MDEA水溶液，吸收塔贫 液入口改为14层和20层。引进分厂脱硫工艺流程 图如图1所示。 根据试验期间引进分厂原料气的测定情况，原 料气气质成分如下，H2S 为 710g/m3，CO2为 47 51g/m3，总有机硫为2432mg/m3。原用MDEA在此 气质条件下，有机硫脱除率约10。 随着我国产品天然气气质标准日益严格，最新 标准GB178202018规定进入长输管网的天然气 需满足新标准中一类气的要求，即 H2S≤6mg/m3、 CO2含量≤3、总硫含量≤20mg/m3，该标准的过渡 期为2020年12月31日。由于单纯的MDEA水溶液 对有机硫的脱除效果较差[9-10]，无法满足新标准的 要求，2019年6月，引进分厂将400104m3/d净化 装置吸收塔塔板数增加至35层，溢流堰高增加到 表2不同气液比下CT8-24的吸收性能数据 气液比 350 350 350 400 400 400 450 450 450 500 500 500 700 700 700 原料气 H2S/ 6.4 6.5 6.4 6.7 6.1 6.1 6.6 6.6 6.6 6.5 6.5 6.7 6.4 6.7 6.3 CO2/ 4.38 4.44 4.43 4.55 4.75 4.17 4.51 4.51 4.52 4.61 4.48 4.55 4.37 4.53 4.53 有机硫/mgm−3 401.85 391.55 391.39 405.39 409.12 389.32 444.4 460.6 399.2 452.72 473.26 445.18 433.2 512.61 472.44 净化气 H2S/mgm−3 0.85 0.65 0.7 1.95 1.2 1.87 2.47 1.38 1.83 13.29 14.54 14.98 179.29 183.24 195.31 CO2/ 0.26 0.28 0.26 0.6 0.52 0.5 0.9 0.89 0.81 1.27 1.2 1.15 2.15 2.33 2.22 有机硫/mgm−3 6.81 6.43 7.21 15.09 17.06 15.56 42.7 41.3 42.3 50.48 59.63 56.54 108.72 120.64 120.62 脱除率/ H2S 99.9992 99.9994 99.9993 99.9981 99.9988 99.9981 99.9976 99.9987 99.9982 99.9869 99.9858 99.9858 99.8200 99.8243 99.8001 CO2 94.69 94.37 94.75 88.22 90.19 89.19 82.10 82.30 83.94 75.18 75.87 77.31 55.15 53.25 55.31 有机硫 98.48 98.53 98.35 96.67 96.26 96.40 91.38 91.96 90.51 89.96 88.65 88.60 77.12 78.61 76.72 图1工艺流程简图 3373 化工进展2020 年第 39 卷 120mm，并于 2019 年 7 月上旬将该装置原用的 MDEA水溶液改造为CT8-24高效有机硫脱除溶剂。 装置吸收压力约4.7MPa，溶液循环量≤80m3/h。 2溶剂改换为 CT8-24 的脱硫效果 考察 影响脱硫溶液吸收效果的因素主要有溶液 循环量、原料气气量、吸收塔板数、再生塔顶 温度等。将引进分厂 400104m3/d 装置改造为 CT8-24 溶剂后，在不影响装置正常生产的情 况下，考察了该溶剂在不同溶液循环量、不同 处理量、不同吸收塔板数以及不同再生塔塔顶 温度等条件下的吸收性能。 2.1不同溶液循环量下CT8-24的吸收性能 在 处 理 量 175104188104m3/d、 吸 收 压 力 4.664.67MPa、吸收塔板数35层、贫液入塔温度 2833℃、再生塔顶温度107109℃、酸气分离器压 力 8085kPa、溶液水体积分数 1520 的条件 下，考察了溶液循环量对CT8-24脱除H2S、CO2和 有机硫的影响，结果如表3以及图2图4所示。 从图2图4可以看出，在处理量基本保持不变 的条件下，溶液循环量由38m3/h增加到50m3/h，有 机硫脱除率由 52.09 提高到 60.77，产品气中 H2S含量由2.20mg/m3降低至2.06mg/m3，说明增加 溶液循环量将有利于有机硫和H2S的脱除。这主要 是因为随着溶液循环量的增加，溶液的酸气负荷逐 渐下降，而随着溶液酸气负荷的降低，溶液中的有 效胺增加，溶液pH会逐渐上升，吸收推动力增加， 使吸收反应向正方向进行的速度增加，从而使脱硫 溶液对呈酸性的有机硫和H2S的脱除率增加。但增 加溶液循环量也会使CO2的共吸收率增加，使溶液 的选择性变差，影响酸气中的H2S含量。根据试验 表3不同溶液循环量下CT8-24的吸收性能数据 原料气量 /104m3d−1 182.4 174.5 179.9 178.2 180.1 178.4 200.7 188.1 溶液循环量 /m3h−1 38 38 38 38 38 38 45 50 原料气 H2S/gm−3 7.11 8.08 7.70 7.73 7.09 7.40 8.60 8.09 CO2/gm−3 50.08 48.53 49.20 47.95 48.59 50.63 46.08 48.40 总有机硫/mgm−3 32.91 33.49 34.59 34.32 32.69 32.58 28.94 31.15 产品气 H2S/mgm−3 2.48 2.57 2.28 2.03 2.09 2.44 2.24 2.06 CO2/ 1.45 1.44 1.39 1.34 1.37 1.50 1.18 1.34 总硫/mgm−3 18.26 18.01 18.72 18.37 17.70 18.64 14.19 14.16 图2不同溶液循环量对有机硫脱除率的影响 图3不同溶液循环量下产品气中的H2S含量 图4不同溶液循环量对CO2共吸收率的影响 3374 第 8 期杨超越等高效有机硫脱除溶剂CT8-24的工业应用 结果，在 180104～200104m3/d 的处理下，采用 38～45m3/h的循环量较为合适。 2.2不同处理量下CT8-24的吸收性能 在吸收塔板数35层、溶液循环量6870m3/h、 吸收压力 4.694.73MPa、贫液入塔温度 2833℃、 再生塔顶温度 107109℃、酸气分离器压力 80 85kPa、溶液水体积分数1520的条件下，考察 了不同处理量对CT8-24脱除H2S、CO2和有机硫的 影响，结果如表4所示。 从表4可以看出，在吸收塔板数35层、溶液循 环量 6870m3/h 的操作条件下，处理量由 222.4 104m3/d增加到278.6104m3/d，产品气中H2S含量仍 能＜6mg/m3，虽总硫数值上有所增加，但总硫含量 仍能＜20mg/m3；随着处理量的增加，产品气中 CO2含量有所上升，溶液的选择性有所提高，有利 于减少脱损和酸气H2S浓度的提高。根据试验结 果，采用35层吸收板、6870m3/h的循环量时，为 了使产品气中H2S含量稳定＜6mg/m3，处理量控制 在260104m3/d以下较为合适。 2.3不同吸收塔板数下CT8-24的吸收性能 在处理量212222104m3/d、吸收压力4.7MPa、 溶液循环量6870m3/h、贫液入塔温度2933℃、再 生塔顶温度 107109℃、酸气分离器压力 80 85kPa、溶液水体积分数1820的条件下，分别 了考察吸收塔板数35层和17层时对CT8-24吸收性 能的影响，结果见图5和图6。 由图5和图6可知，随着吸收塔板数的增加， 产品气中H2S含量降低，有机硫脱除率增加，说明 增加吸收塔数将有利于H2S和有机硫的吸收。CT8- 24为物理-化学溶剂，该溶剂在使用过程中为了增 加有机硫的脱除率，水体积分数通常控制在15 20，由于水含量较低，对H2S的吸收相对于单纯 的MDEA水溶液来说要稍为慢一些，因此需要的吸 收塔数也要稍多一些。针对引进分厂400104m3/d 装置来说，为了提高有机硫脱除率，同时又使产品 图5不同吸收塔板数对产品气中H2S含量的影响 图6不同吸收塔板数对有机硫脱除率的影响 表4不同处理量下CT8-24吸收性能数据 日期 7月22日 7月23日 7月23日 7月24日 7月24日 7月25日 7月25日 7月26日 7月26日 7月27日 7月27日 7月28日 原料气流量 /104m3d−1 222.4 246.2 242.9 248.3 249.4 260.7 263.0 255.7 268.0 278.6 277.2 277.1 溶液循环量 /m3h−1 69.3 69 68.7 68.8 68.5 68.8 68.4 68.8 68.3 69.9 68.5 70.8 原料气 H2S /gm−3 9.61 9.82 9.37 8.70 8.85 8.88 9.55 7.58 9.83 8.93 9.32 9.26 CO2 /gm−3 47.80 48.47 50.33 46.45 46.74 42.60 49.46 48.89 47.28 48.82 48.10 47.46 总有机硫 /mgm−3 31.17 27.64 28.62 28.49 28.52 29.62 28.02 29.02 26.40 28.41 26.15 27.55 产品气 H2S /mgm−3 2.56 0.81 1.55 1.67 1.99 2.20 2.70 2.23 5.02 4.22 5.33 3.70 CO2 / 1.22 1.23 1.27 1.27 1.26 1.19 1.32 1.40 1.38 1.31 1.35 1.34 总有机硫 /mgm−3 13.91 13.10 13.06 12.99 12.8 14.53 13.55 13.74 12.27 13.60 12.91 12.87 总硫 /mgm−3 16.32 13.86 14.52 14.56 14.67 16.60 16.09 15.84 17.00 17.57 17.93 16.35 3375 化工进展2020 年第 39 卷 气中的H2S含量更低，采用35层吸收塔板较为合 适。在35层吸收塔板下进行吸收将比采用17层塔 板吸收需要的循环量更低，更有利于节能降耗。 2.4不同再生塔顶温度下溶液的再生和吸收性能 在处理量 233104235104m3/d、吸收塔板数 35层、溶液循环量6869m3/h、贫液入塔温度30 32℃、酸气分离器压力8283kPa、溶液水体积分 数1718的条件下，考察了不同再生塔塔顶温 度对溶液再生和吸收性能的影响，数据见表5。 从表5可以看出，再生塔塔顶温度由109℃降至 105℃，重沸器蒸汽流量由10.32t/h降至8.58t/h后， 溶液的再生效果并未明显变差，产品气中H2S含量和 有机硫脱除率变化不大。由于夏天原料气温度和贫 液温度较高，需要控制贫液再生质量更好（贫液中 H2S和CO2含量更低）才能达到更好的吸收效果。因 此，针对CT8-24脱硫溶剂，在夏天把再生塔塔顶温 度控制在108℃较为合适，其余时间可将再生塔塔顶 温度控制在约105℃，以达到节能降耗的目的。 3CT8-24对MDEA脱硫溶剂装置的 适应性分析 CT8-24属于砜胺类物理化学溶剂，其配方中 主要有MDEA、环丁砜以及增加脱硫性能的关键组 分。此类溶剂除CT8-24外，还有国外已工业化应 用的Sulfinol-M[11]以及各高校在开展研究尚未工业 化应用的砜胺类物理-化学溶剂[12-13]。因目前国内 净化厂基本都采用MDEA进行脱硫[14]，脱硫装置按 照MDEA化学溶剂进行设计。在GB178202018新 要求下，部分净化厂面临达标压力，需要通过升级 溶剂来实现气质达标。但升级溶剂时需配合装置适 应性改造，才可发挥出物理-化学溶剂的最佳脱硫 效果。故分析此类溶剂对MDEA脱硫溶剂装置的适 应性，对今后气质达标改造工作非常有必要。 3.1H2S、 CO2在砜胺类物理-化学溶剂中的反应 机理 在以环丁砜、MDEA和水为主的物理-化学溶 剂中，与H2S和CO2发生化学反应的是MDEA；环 丁砜为物理溶剂，不与酸气发生化学反应。故在 MDEA水溶液以及SF-MDEA-H2O溶液中，发生的 化学吸收过程是一致的，总反应方程式如式1 和式2。 H2S R3N       R3NHHS-（1） CO2 R3N H2O       R3NH HCO-3（2） 从式2可以看出，CO2与MDEA的反应必须在 有H2O存在的条件下才能进行。 按照Bronsted-Lowry酸碱理论，水和环丁砜都 属于既能作为酸又能作为碱的中性溶剂。表示溶剂 本身电离能力强弱的参数是溶剂的质子自递常数和 介电常数。25℃时水的自递常数见式3。 K自[]OH-[]H 10-14mol/L （3） 由于水的介电常数为78.39，能减弱相反电荷 间的吸引力，有助于化合物在水中的离解。而25℃ 下，环丁砜的自递常数[15]见式4。 K 自[ ] C4SO2H- 7[] C4SO2H 9 2.82 10-24mol/L（4） 环丁砜自递常数远小于水，可认为在纯环丁砜 中不存在电离平衡，属于非质子溶剂。故它作为溶 剂，酸性和碱性都弱于水，且环丁砜介电常数为 43.3，远小于水，使得化合物在环丁砜中的离解要 比在水中困难得多[16]。 3.2MDEA水溶液和砜胺溶液碱性比较 对于 MDEA 与 H2S 的反应，分为以下两个 步骤。 首先MDEA在水中发生电离，存在以下平衡， 见式5。 R3N H2O    Kb R3NH OH- （5） Kb为 MDEA 的碱平衡常数，根据 Bronsted- Lowry酸碱理论，水在反应中起到酸的作用。同时 体系中水离解平衡见式6。 H2O    K自 OH- H （6） 根据上述两个反应方程式5及式6，得出表 示 MDEA 离解平衡方程式以及离解平衡常数 Ka， 表5不同再生塔塔顶温度下CT8-24的吸收性能数据 原料气量 /104m3d−1 235.4 245.8 232.9 溶液循环量 /m3h−1 68.2 68.1 68.6 再生塔塔顶 温度/℃ 109.2 107.9 105.1 重沸器蒸汽 流量/th−1 10.32 9.62 8.58 原料气 有机硫 /mgm−3 28.72 27.72 24.23 产品气/mgm−3 H2S 4.44 3.19 4.16 有机硫 13.19 12.80 11.36 贫液/gL−1 H2S 0.011 0.013 0.012 CO2 0.13 0.029 0.16 有机硫 脱除率/ 54.07 53.82 53.11 3376 第 8 期杨超越等高效有机硫脱除溶剂CT8-24的工业应用 见式7。 R3NH      Ka K自/Kb R3N H （7） 代表碱性强弱的参数是化合物的 pKa值， pKa−lgKa，pKa7则为碱，且pKa值越大说明化合物 碱性越强。 在实验室中采用电位滴定法测定MDEA的pKa 值，以滴定体积为横坐标，相应的溶液pH为纵坐 标作图，绘制pH-V曲线。从pH-V曲线中可求得 滴定终点，进而得到滴定终点一半处所对应的pH， 即为MDEA的表观pKa值。测定了20℃无限稀释的 MDEA水溶液的pKa8.704，如图7所示。 然而MDEA在环丁砜SF-H2O中的碱性与在纯 水溶液中有明显不同，如前所述，环丁砜与H2O相 比，K自变小，MDEA在其中的离解变得困难，pKa 值变小，碱性减弱。 在实验室测定 SF-MDEA-H2O 体系中，考察 MDEA的pKa值随SF浓度的变化关系，结果如图8。 实验结果表明，在SF-MDEA-H2O中，随着环丁 砜浓度增加，MDEA在其中的pKa值降低，碱性降低。 在公开报道的文献中[17]，采用拟平衡常数的方法 关联了两种砜胺溶液的pKa值与酸气负荷之间的 关系。 溶液 A （SF∶MDEA∶H2O45∶40∶15） 中 pKa值与酸气负荷之间的关系见式8。 pKa7.3181.13832as-0.9154ac-0.6761a2 s1.898a 2 c （8） 溶液 B （SF∶MDEA∶H2O30∶50∶15） 中 pKa值与酸气负荷之间的关系见式9。 pKa7.821-0.2310as0.3268ac1.1842a2 s1.034a 2 c （8） 式中，as为H2S的酸气负荷；ac为CO2的酸气负 荷。当 as0、ac0 时，既溶剂还未接触酸气时， MDEA在溶液A中的pKa值为7.318，在溶液B中的 pKa值为7.821。溶液B的碱性强于溶液A，但均弱 于MDEA水溶液的碱性。 3.3MDEA水溶液和砜胺溶液酸气负荷比较 根据国内公开发表的文献报道[18]，从物理-化 学溶剂吸收过程的总反应方程式，可以导出在一定 的溶剂组成下，系统达到吸收平衡时H2S和CO2的 分压可通过式10和式11计算。 Ps 1 Ksas as ac 1 - as- ac （10） Pc 1 Kcac as ac 1 - as- ac （11） 式中，Ps、Pc分别为系统达到平衡时H2S、CO2 在溶剂中的蒸气分压；Ks、Kc为分别为H2S、CO2的 总包平衡常数。 联合混合酸气在 MDEA 水溶液以及 MDEA 在 SF-H2O溶液中的溶解度曲线，可计算得到溶剂的 平衡酸气负荷。在几种气质条件下的酸气负荷计算 结果如表6[19-21]。 从表 6 中可以看出，压力在 3.35.5MPa、吸 收平衡时，MDEA 水溶液的总酸气负荷都大于 图7MDEA在水溶液中pKa值测定 表6不同气质条件下MDEA水溶液和砜胺溶液负荷比较 原料气 H2S/ 7.22 0.2 1.25 2.5 2.63 原料气 CO2/ 5.14 1.9 1.25 5.0 1.04 压力 /MPa 3.3 4.0 4.0 4.0 5.5 溶剂 MDEA 溶液B MDEA 溶液A MDEA 溶液A MDEA 溶液A MDEA 溶液A 平衡负荷 as 0.56 0.70 0.082 0.058 0.431 0.36 0.31 0.42 0.70 0.64 ac 0.37 0.08 0.668 0.161 0.356 0.06 0.58 0.17 0.19 0.04 总负荷 0.93 0.78 0.75 0.219 0.787 0.42 0.89 0.59 0.89 0.68 图8不同环丁砜浓度下MDEA碱性变化 3377 化工进展2020 年第 39 卷 SF-MDEA-H2O溶液的总酸气负荷。以装置压力为 4.0MPa、酸气中H2S和CO2含量均为1.25时为例， 使用40 MDEA水溶液时，平衡总负荷可达0.787， 而使用 SF-MDEA-H2O 溶液的总酸气负荷仅能达 到0.42。 3.4塔板数、 溢流堰变化 物理吸收速率远低于化学吸收，故物理-化学 溶剂对有机硫的脱除要求更长的气液接触时间。一 般物理-化学溶剂在装置设计上要求较低的气液比 和较高的塔板数及溢流堰高度。如引进分厂最初按 照物理-化学溶剂进行设计时，塔板数为35层，溢 流堰高度为150mm。而目前按MDEA溶剂设计的 装置普遍塔板数和溢流堰高度较低，溢流堰大部分 为2550mm，非常不利于砜胺溶剂对有机硫的脱 除。在本次引进分厂试验时，MDEA溶剂使用14/ 20层塔板，溢流堰高度为50mm，净化气总硫不能 达到≤20mg/m3的指标要求。而将塔板数增加至35 层，溢流堰高度增加至120mm，溶剂升级为CT8- 24有机硫高效脱除溶剂后，净化气总硫≤20mg/m3， 达到GB 178202018指标要求。 3.5循环量变化 在物理-化学溶剂体系中，因环丁砜加入，使 得MDEA在SF-H2O溶剂中的碱性减弱，溶剂体系 的酸气负荷降低。故要与MDEA水溶液达到相同的 H2S净化度，物理-化学溶剂需更大循环量，再生蒸 汽量也会随之增加；如果无法增大循环量，则需要 降低处理量。在本次试验中，在使用MDEA溶剂脱 硫时，处理量约为200104m3/h时，循环量为34 37m3/h，溶剂升级为CT8-24后，处理量不变，要达 到相同的H2S净化度，循环量应采用3845m3/h。引 进分厂400104m3装置最初建设时，循环泵最高为 242m3/h，但多次技术改造后循环泵目前最大仅为 80m3/h，故要确保净化气中H2S＜6mg/m3，处理量应 控制＜260104m3/h。 4结论 2019年7月CT8-24在引进分厂工业试验的条 件为吸收压力4.7MPa，循环量约70m3/h，吸收塔 板数为 35 层。将引进分厂 400104m3/d 装置原用 的 MDEA 水溶液改换为 CT8-24 高效有机硫脱除 溶剂后，装置运行平稳。在 35 层吸收塔板下， 产品中H2S含量＜6mg/m3，总硫＜20mg/m3，达到 GB 178202018的要求。因MDEA类化学溶剂与 CT8-24类物理-化学溶剂在脱硫机理上有所不同， 故两种溶剂在装置设计时有所不同，主要表现在吸 收压力、吸收塔板数、溢流堰高度、溶液循环量等 方面。国内现有大部分净化厂是根据MDEA脱硫溶 剂进行装置设计，若要进行溶剂升级改造来满足最 新气质要求，在MDEA溶剂升级为CT8-24高效有 机硫脱除溶剂前，应配合装置的适应性改造，以达 到最佳的脱硫效果。 通过对引进分厂装置适应性改造以及溶剂升 级，实现了老厂的气质达标。本次CT8-24高效有 机硫脱除溶剂工业应用，积累了详实的基础数据和 可靠的现场经验，为我国天然气净化厂全面达到 GB 178202018天然气的要求奠定了基础。 参考文献 [1] 杨超越， 常宏岗， 何金龙， 等. 基于GB 178202018的天然气净化 工艺探讨[J]. 石油与天然气化工， 2019， 48 （1） 1-6. 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