對(duì)天然氣凈化廠(chǎng)尾氣處理相關(guān)問(wèn)題的探討

劉泉洲 張楌 王志剛

陜西省延安市志丹縣長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠(chǎng)第四凈化廠(chǎng) 郵編 717500

一、引言

天然氣在外輸前需通過(guò)溶劑來(lái)吸收除去其中的酸性氣體以使其達(dá)到商品天然氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，吸收了酸氣后的溶液通過(guò)再生塔進(jìn)行再生，再生時(shí)解析出的酸氣從塔頂排出，這就是天然氣凈化后的尾氣。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與改進(jìn)，我國(guó)目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出效果優(yōu)良的尾氣處理技術(shù)工藝，另外，組織生產(chǎn)、設(shè)計(jì)以及研究部門(mén)通過(guò)不斷引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)技術(shù)、進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)等方式，形成國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的尾氣回收成套技術(shù)?，F(xiàn)階段的尾氣處理裝置工藝已經(jīng)開(kāi)始向大型化、自動(dòng)化以及集成化的方向發(fā)展，這一發(fā)展從整體上看有助于節(jié)約成本、降低消耗，降低工廠(chǎng)的故障發(fā)生率，為裝置的整體安全可靠運(yùn)行提供了保證。

二、天然氣凈化廠(chǎng)尾氣組分

要了解天然氣凈化分離后的尾氣中氣體組成成分，須得先知道天然氣原料氣的組成以及天然氣浄化的工藝流程。目前我國(guó)所產(chǎn)天然氣的三分之一以上含有H2S、CO2和有機(jī)硫化合物（這三者統(tǒng)稱(chēng)為酸性組分或酸性氣體）。天然氣凈化后的尾氣中含有體積比為97-98%的CO2、1.5-2.07%的H2S 氣體以及0.33-0.45%的CH4，其它氣體（可能是C2H4氣體或是N2）含量很少。CO2商品氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為氣體中CO2含量需達(dá)到99%以上。由于微量的CH4，氣體很難用溶劑吸收法除去，因此要想得到99%的CO2氣體，必須將尾氣中的H2S 脫除，以使其達(dá)到商品級(jí)CO2的純度要求。上述物質(zhì)的存在，會(huì)對(duì)天然氣的生產(chǎn)及應(yīng)用帶來(lái)諸多不便：天然氣的熱值降低、與天然氣中的水合物作用腐蝕設(shè)備或管線(xiàn)、燃燒之后放出毒氣污染環(huán)境、作為化工原料在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)引起催化劑中毒等。因此，天然氣作為商品外輸之前，必須對(duì)其進(jìn)行凈化處理，使達(dá)到商品天然氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

三、天然氣凈化尾氣中的CO2氣體

CO2在油氣田増產(chǎn)方面可以制備CO2泡沬壓裂液。20 世紀(jì)70 年代，CO2泡沫壓裂技術(shù)在美國(guó)開(kāi)始使用，1982 年后有了較大發(fā)展。在國(guó)內(nèi)，1988 年5 月4 日遼河油田成功地進(jìn)行了氯氣泡沫壓裂的施工：1997年吉林油田引進(jìn)美國(guó)SS 公司的CO2泡沫壓裂設(shè)備，進(jìn)行了油層吞吐和CO2。助排増能壓裂的應(yīng)用試驗(yàn)。CO2泡洙壓裂液是由液態(tài)CO2、水凍膠或線(xiàn)性膠或活性水或烴和各種化學(xué)添加劑組成的液-液兩項(xiàng)混合體系，在向井下注入過(guò)程，隨溫度的升高，達(dá)到31°C 臨界溫度以后，液態(tài)CO2開(kāi)始?xì)饣?，形成以CO2為內(nèi)相，含高分子聚合物的水基壓裂液為外相的氣液兩相分散體系。由于泡沫兩相體系的岀現(xiàn)，使液體粘度増加；同時(shí)，通過(guò)起泡劑和高分子聚合物的作用，大大増加了泡沫流體的穩(wěn)定性。因此，CO2泡沫壓裂液流體具備了壓裂液的必要條件，并擁有了常規(guī)水基壓裂液不能相比擬的多種優(yōu)勢(shì)。室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，CO2泡沬壓裂液體系具有更好的增產(chǎn)效果，這主要是因?yàn)樵趬毫押笃?，CO2可與地層水反應(yīng)生成碳酸使體系的PH 值降低，既可減少對(duì)地層的傷害，同時(shí)可降低釆出流體的表面張力，有助于壓后的返；CO2施工時(shí)是以液態(tài)注入井內(nèi)，液態(tài)CO2密度與水接近，液柱壓力大；因此，CO2泡沫壓裂可用于深層、高壓地層的壓裂而無(wú)需過(guò)高的施工泵壓。

對(duì)CO2的處理方法主要是吸收法，吸收法又分為物理吸收法和化學(xué)吸收法。物理吸收法：在加壓下用有機(jī)溶劑對(duì)酸性氣體進(jìn)行吸收來(lái)分離脫除酸氣成分，并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶劑的再生通過(guò)降壓實(shí)現(xiàn)，因此所需再生能量相當(dāng)少。該法的關(guān)鍵是確定優(yōu)良的吸收劑，所選的吸收劑必須對(duì)CO2的溶解度大，選擇性好、沸點(diǎn)高、無(wú)腐蝕、無(wú)毒性、性能穩(wěn)定。典型的物理吸收法有Shell 公司的環(huán)丁砜法，Norton 公司的聚乙二醇二甲醚法，Lurgi 公司的甲醇法，另外還有N-甲基毗咯烷酮法，粉末溶劑法等?；瘜W(xué)吸收法是使原料氣和化學(xué)溶劑在吸收塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，CO2被吸收至溶劑中成為富液，富液進(jìn)入脫析塔加熱分解出CO2 從而達(dá)到分髙回收CO2的目的。所用的化學(xué)溶劑一般為K2CO3水溶液，乙醇胺類(lèi)水溶液。

四、天然氣凈化廠(chǎng)尾氣中的H2S 氣體

目前，國(guó)內(nèi)外處理硫化氫廢氣的方法很多，依其弱酸性和強(qiáng)還原性而進(jìn)行脫硫可分為干法和濕法。干法是利用硫化氫的還原性和可燃性，以固體氧化劑或吸附劑來(lái)脫硫或直接燃燒，其中包括克勞斯法、氧化鐵法、活性炭法和卡太蘇耳弗法等，濕法按其所用脫硫劑的不同分為液體吸收法和吸收氧化法兩類(lèi)。液體吸收法中有利用堿性溶液的化學(xué)吸收法和利用有機(jī)溶劑的物理吸收法，以及物理化學(xué)吸收法.吸收氧化法主要利用各種氧化劑、催化劑進(jìn)行脫硫。

物理吸收法常用的物理吸收溶劑有甲醇、丙烯碳酸酯、聚乙二醇二甲醚等。對(duì)溶劑的要求為：吸收容量高，對(duì)不需去除氣體的溶解度小，操作溫度下溶劑的蒸氣壓低，粘度小、熱穩(wěn)定好、不與氣體成分反應(yīng)，污染及腐蝕設(shè)備較輕，費(fèi)用合理。吸收液一般是弱堿水溶液?；瘜W(xué)吸收法按吸收劑分為胺法和熱碳酸鹽法兩類(lèi)。胺法用鏈烷醇胺作堿性溶劑，如單乙醇胺、乙二醇胺、二異丙醇胺、甲基二乙醇胺和三乙醇胺等。熱碳酸鹽法的吸收液是加活化劑的碳酸鹽水溶液。碳酸法多用碳酸鉀，也有用碳酸鈉的?；罨瘎榘?硼酸鹽、三氧化二砷或甘氨酸。此外還有物理化學(xué)吸收法：物理化學(xué)吸收法是將物理溶劑和化學(xué)溶劑混合，使其兼有化學(xué)溶劑（特別是達(dá)到較高凈化度的能力）和物理溶劑（主要是再生熱耗低）的特性，但也具備二者的缺點(diǎn)。其典型代表為砜胺法。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，尾氣處理是天然氣處理系統(tǒng)中一個(gè)不可或缺的組成部分，在尾氣處理過(guò)程中，不但可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以在很大程度上控制污染物的排放，為企業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展和環(huán)境保護(hù)提供了可靠的技術(shù)支持。