天然气脱酸(醇胺法)概要课件.ppt
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- 天然气 脱酸 醇胺法 概要 课件
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1、油气集输工作内容油气集输工作内容天然气净化、加工流程框图天然气净化、加工流程框图气体气体净化净化气体气体加工加工第二部分第二部分 天然气脱酸天然气脱酸有剧毒,污染环境,燃烧产生二氧化硫等污染空气有剧毒,污染环境,燃烧产生二氧化硫等污染空气增加天然气对金属腐蚀增加天然气对金属腐蚀H2S(25.35,23.37 MJ/m3)降低天然气的热值降低天然气的热值(31.4 MJ/m3)。硫磺回收(硫磺回收(1000/吨)吨)含有含有H H2 2S S和硫化物的天然气称为酸性天然气。和硫化物的天然气称为酸性天然气。不含不含H H2 2S S的天然气称为的天然气称为“甜气甜气”、脱硫气。、脱硫气。天然气中存
2、在酸性气体(天然气中存在酸性气体(H H2 2S S、COCO2 2)影响:)影响:2003年12月23日的晚上9点55分,重庆开县高桥镇小阳村,罗家16号井发生特大井喷责任事故,混有剧毒硫化氢毒气的天然气冲天而起,冲高30米左右,243人失去了宝贵的生命。氢脆:氢脆:H H2 2S S的氢原子渗入钢材,在钢组织缺陷处结合成氢的氢原子渗入钢材,在钢组织缺陷处结合成氢分子,产生极大的压力使裂纹沿平行于钢材表层方向分子,产生极大的压力使裂纹沿平行于钢材表层方向扩大,并产生鼓泡。扩大,并产生鼓泡。硫化物应力开裂:硫化物应力开裂:金属在拉应力和酸性环境中(金属在拉应力和酸性环境中(含含H H2 2S
3、S,硫化物和,硫化物和水水)形成电化学腐蚀,产生原子氢和)形成电化学腐蚀,产生原子氢和Fes,Fes,原子氢通过原子氢通过表层的表层的FeSFeS渗入金属晶格,是金属韧劲下降,在金属渗入金属晶格,是金属韧劲下降,在金属组织缺陷处原子氢聚集成氢分子,使金属内部产生极组织缺陷处原子氢聚集成氢分子,使金属内部产生极大的局部应力,在外载荷和内应力的作用下韧性降低大的局部应力,在外载荷和内应力的作用下韧性降低的金属突然开裂并迅速扩大,这种现象为硫化物应力的金属突然开裂并迅速扩大,这种现象为硫化物应力开裂开裂一、脱酸气方法一、脱酸气方法间歇法间歇法化学吸收法化学吸收法物理吸收法物理吸收法混合溶剂吸收法混合
4、溶剂吸收法直接氧化法直接氧化法膜分离法膜分离法按操作特点、按操作特点、脱酸原理,脱酸原理,脱酸工艺可分:脱酸工艺可分:一、脱酸气方法一、脱酸气方法1 1、间歇法、间歇法 按脱酸气原理可分为:按脱酸气原理可分为:(1 1)化学反应法:)化学反应法:有明显的有明显的化学反应化学反应,与酸气的反应物,与酸气的反应物不能再生,作为废弃物处置,故仅用于气量小、含酸气不能再生,作为废弃物处置,故仅用于气量小、含酸气浓度低的场合。比如海绵铁法脱除酸气。浓度低的场合。比如海绵铁法脱除酸气。(2 2)物理吸附法:)物理吸附法:没有明显的化学反应,只是单纯的没有明显的化学反应,只是单纯的吸吸附附,比如用分子筛脱除
5、酸气。,比如用分子筛脱除酸气。特点:脱酸设备只能批量生产,不能连续生产特点:脱酸设备只能批量生产,不能连续生产。2 2、化学吸收法、化学吸收法 在一个塔器内以弱碱性溶液作为吸收剂与酸气反应,在一个塔器内以弱碱性溶液作为吸收剂与酸气反应,生成某种化合物。生成某种化合物。在另一塔器内,改变工艺条件在另一塔器内,改变工艺条件(加热、降压、汽提等加热、降压、汽提等)使化学反应逆向进行,碱性溶液得到再生,恢复对酸气的使化学反应逆向进行,碱性溶液得到再生,恢复对酸气的吸收能力,使天然气脱酸气过程循环连续进行。吸收能力,使天然气脱酸气过程循环连续进行。各种醇胺溶液是化学吸收法中使用最广泛的吸收剂,各种醇胺溶
6、液是化学吸收法中使用最广泛的吸收剂,有一乙醇胺有一乙醇胺(MEA)(MEA)二乙醇胺二乙醇胺(DEA)(DEA)二甘醇胺二甘醇胺(DGA)(DGA)甲基二乙醇胺甲基二乙醇胺(MDEA)(MDEA)二异丙醇胺二异丙醇胺(DIPA)(DIPA)等。等。3 3、物理吸收法、物理吸收法 以有机化合物作为溶剂,在高压、低温下以有机化合物作为溶剂,在高压、低温下使酸气组分使酸气组分溶解溶解于溶剂内。吸收了酸气的溶剂于溶剂内。吸收了酸气的溶剂又在低压、高温下释放酸气,使溶剂恢复对酸又在低压、高温下释放酸气,使溶剂恢复对酸气的吸收能力,使脱酸过程循环持续进行。气的吸收能力,使脱酸过程循环持续进行。物理溶剂再生
7、时所需的加热量较少,适用物理溶剂再生时所需的加热量较少,适用于天然气内酸气负荷高,要求同时进行天然气于天然气内酸气负荷高,要求同时进行天然气脱水的场合。如冷甲醇法。脱水的场合。如冷甲醇法。4 4、混合溶剂吸收法、混合溶剂吸收法 以物理溶剂和化学溶剂配制的混合溶剂以物理溶剂和化学溶剂配制的混合溶剂作为吸收剂,兼有物理吸收和化学吸收剂作作为吸收剂,兼有物理吸收和化学吸收剂作用。用。如:砜胺法。如:砜胺法。5 5、直接氧化法、直接氧化法 对对H H2 2S S直接直接氧化氧化使其转化成元素硫,使其转化成元素硫,如:如:Claus(Claus(克劳斯克劳斯)法。法。在天然气工业中常用于天然气脱出酸在天
8、然气工业中常用于天然气脱出酸气的处理,适合于处理流量小、酸气浓度气的处理,适合于处理流量小、酸气浓度很高的原料气很高的原料气 。6 6、膜分离法、膜分离法 是利用气体中各组分通过薄膜是利用气体中各组分通过薄膜渗透渗透性性能的区别,将某种气体组分从气流中分离能的区别,将某种气体组分从气流中分离和提浓,从而达到天然气脱酸性气的目的。和提浓,从而达到天然气脱酸性气的目的。适用于从天然气内分出大量适用于从天然气内分出大量COCO2 2的场合。的场合。利用气体混合物中各组分在某种溶剂内的溶解性利用气体混合物中各组分在某种溶剂内的溶解性差别,使易溶解的气体溶解于溶剂中而从气体中分出,差别,使易溶解的气体溶
9、解于溶剂中而从气体中分出,这一过程称为这一过程称为吸收吸收。易溶解的气体组分称为易溶解的气体组分称为溶质溶质,溶剂称,溶剂称吸收剂吸收剂。根据是否有明显的化学反应,吸收又分为两类:根据是否有明显的化学反应,吸收又分为两类:(1 1)物理吸收:)物理吸收:吸收过程中没有明显的化学反应,只是吸收过程中没有明显的化学反应,只是单纯的物理溶解过程。单纯的物理溶解过程。(2 2)化学吸收:)化学吸收:吸收过程中存在明显的化学反应,产生吸收过程中存在明显的化学反应,产生新的物质。新的物质。二、吸收与解吸二、吸收与解吸1 1、吸收、吸收 随着吸收的不断进行,吸收剂内溶质浓随着吸收的不断进行,吸收剂内溶质浓度
10、逐步增大,气液相的溶质浓度差减小,传质度逐步增大,气液相的溶质浓度差减小,传质速率减慢,最后降为零,气液相达到平衡,称速率减慢,最后降为零,气液相达到平衡,称为为吸收平衡吸收平衡。此时,溶剂中溶质浓度达到。此时,溶剂中溶质浓度达到最大最大值。值。气液平衡时,溶剂中的溶质浓度称为平气液平衡时,溶剂中的溶质浓度称为平衡溶解度,简称衡溶解度,简称溶解度溶解度。吸收特性吸收特性影响溶解度大小的因素有:影响溶解度大小的因素有:(1 1)压力:系统压力对溶解度的影响很小,常可忽略;压力:系统压力对溶解度的影响很小,常可忽略;(2 2)温度:温度对溶解度的影响较大,随温度上升,溶解度温度:温度对溶解度的影响
11、较大,随温度上升,溶解度下降;下降;(3 3)物系组成:一定温度下,溶解度仅和物系组成有关。物系组成:一定温度下,溶解度仅和物系组成有关。另外吸收还具有另外吸收还具有选择吸收性选择吸收性和和吸收热效应吸收热效应:吸收总具有一定的选择性,要选择对酸气溶解度大的溶吸收总具有一定的选择性,要选择对酸气溶解度大的溶剂与酸性天然气接触,才能脱除天然气内所含的酸气组分。剂与酸性天然气接触,才能脱除天然气内所含的酸气组分。溶剂吸收溶质时,被吸收气体组分由气态变成液态,会产溶剂吸收溶质时,被吸收气体组分由气态变成液态,会产生溶解热。即使物理吸收也会产生热效应;若为化学吸收,生溶解热。即使物理吸收也会产生热效应
12、;若为化学吸收,还伴随产生反应热。因而,随吸收过程的进行,溶液温度必还伴随产生反应热。因而,随吸收过程的进行,溶液温度必将升高。将升高。解吸是从溶液内分出溶质的过程,也称为吸解吸是从溶液内分出溶质的过程,也称为吸收剂的再生。解吸是吸收的逆过程。收剂的再生。解吸是吸收的逆过程。影响解吸的因素主要是:影响解吸的因素主要是:(1 1)温度:)温度:温度越高越有利于解吸;温度越高越有利于解吸;(2 2)压力:)压力:压力越低越有利于解吸。压力越低越有利于解吸。2 2、解吸、解吸 生产上常用的解吸方法生产上常用的解吸方法:用不含或少含溶质的惰性:用不含或少含溶质的惰性气或水蒸汽与富含溶质的溶液接触,或加
13、热或减压或既气或水蒸汽与富含溶质的溶液接触,或加热或减压或既加热又减压使溶液汽化,从而分出被吸收的溶质。加热又减压使溶液汽化,从而分出被吸收的溶质。3 3、吸收、吸收-解吸系统解吸系统 吸收吸收-解吸解吸 吸收剂溶液吸收溶质。吸收剂溶液吸收溶质。吸收剂溶液内溶质浓度逐吸收剂溶液内溶质浓度逐步增大并趋于平衡溶解度,步增大并趋于平衡溶解度,此时该吸收剂逐步丧失对此时该吸收剂逐步丧失对溶质的吸收能力。溶质的吸收能力。富含溶质的吸收剂溶液富含溶质的吸收剂溶液称为称为富液富液。吸收吸收再生再生 通过解吸使富液释通过解吸使富液释放吸收的溶质,恢复其放吸收的溶质,恢复其吸收剂原有的吸收能力,吸收剂原有的吸收
14、能力,再生后、恢复吸收能力再生后、恢复吸收能力的溶液称为的溶液称为贫液贫液。填料塔或板式塔填料塔或板式塔一、醇胺与酸气的反应一、醇胺与酸气的反应 二、醇胺法脱酸气原理流程二、醇胺法脱酸气原理流程 三、常用吸收剂三、常用吸收剂四、胺法及其改进工艺四、胺法及其改进工艺五、主要设备五、主要设备 六、操作六、操作第三节第三节 化学吸收法化学吸收法一、醇胺与酸气的反应一、醇胺与酸气的反应 在醇胺分子结构内有在醇胺分子结构内有一个胺基和至少一个羟基一个胺基和至少一个羟基。羟基可降低醇胺蒸气压,增加在水中的溶解度;羟基可降低醇胺蒸气压,增加在水中的溶解度;胺基使水溶液呈碱性,促进对酸性组分的吸收。胺基使水溶
15、液呈碱性,促进对酸性组分的吸收。1、醇胺的分子结构醇胺的分子结构 均为可逆反应。均为可逆反应。在在低温低温下,反应向右进行,醇胺溶液吸收下,反应向右进行,醇胺溶液吸收H H2 2S S和和COCO2 2酸气,酸气,生成胺盐并放出热量生成胺盐并放出热量;在在较高温度较高温度下,反应向左进行,溶液内的胺盐分解,放下,反应向左进行,溶液内的胺盐分解,放出酸气,溶液得到再生。出酸气,溶液得到再生。2、醇胺与酸气的主要化学反应、醇胺与酸气的主要化学反应低温低温高温高温二、醇胺法脱酸气原理流程二、醇胺法脱酸气原理流程1 1一入口涤气器;一入口涤气器;2 2一吸收塔;一吸收塔;3 3一一“甜气甜气”出口分离
16、器;出口分离器;4 4一循环泵;一循环泵;5 5一贫胺冷却器;一贫胺冷却器;6 6一闪蒸罐;一闪蒸罐;7 7一除固过滤器;一除固过滤器;8 8 一碳粒过滤器;一碳粒过滤器;9-9-增压泵;增压泵;10-10-缓冲罐;缓冲罐;1 11 1一贫富胺液一贫富胺液换热器;换热器;1212一再生塔;一再生塔;1313一回流冷凝器;一回流冷凝器;1414一回流泵;一回流泵;1515一重沸器;一重沸器;1616一回流罐一回流罐1、基本工艺流程、基本工艺流程13%固液杂质固液杂质 3755768888105分离出气体中可分离出气体中可能携带的胺液能携带的胺液 38827688高温使胺盐分高温使胺盐分解放出酸气
17、溶解放出酸气溶液得到再生液得到再生醇胺溶液吸收并醇胺溶液吸收并和酸气发生化学和酸气发生化学反应形成胺盐反应形成胺盐54-6254-62高温水蒸汽高温水蒸汽 回收装置生回收装置生产硫磺或送产硫磺或送至火炬灼烧至火炬灼烧 1151202 2、胺液分流流程、胺液分流流程 在原料气酸气分压相当高的情况下,将再生塔出来的半贫液抽在原料气酸气分压相当高的情况下,将再生塔出来的半贫液抽出大部分送至吸收塔中部入塔,而经过重沸器进一步汽提了的贫出大部分送至吸收塔中部入塔,而经过重沸器进一步汽提了的贫液则送至吸收塔顶入塔保证净化气的质量。液则送至吸收塔顶入塔保证净化气的质量。贫液与半贫液分流流程贫液与半贫液分流流
18、程3 3、几个吸收塔富液共用一个换热再生系统的、几个吸收塔富液共用一个换热再生系统的流程流程 在某些情况下,天然气净化厂内几个吸收在某些情况下,天然气净化厂内几个吸收塔的富液可以合并至一套换热再生系统处塔的富液可以合并至一套换热再生系统处理,习惯上简称理,习惯上简称“多合一多合一”流程。流程。“多合一多合一”流程的优点:流程的优点:1 1、节省投资,降低运行管理费用,减少装置、节省投资,降低运行管理费用,减少装置检修费用,缩短检修时间;检修费用,缩短检修时间;2 2、使得装置能耗下降;、使得装置能耗下降;3 3、工厂增减处理量的操作变得非常简单。、工厂增减处理量的操作变得非常简单。三、常用吸收
19、剂三、常用吸收剂 天然气脱酸气工艺中常用的吸收剂有两大类:天然气脱酸气工艺中常用的吸收剂有两大类:(2 2)碳酸钾及带有各种催化剂的碳酸钾溶液,碳酸钾及带有各种催化剂的碳酸钾溶液,主要介绍热碳酸钾。主要介绍热碳酸钾。(1 1)醇胺类醇胺类一乙醇胺一乙醇胺 二乙醇胺二乙醇胺 二甘醇胺二甘醇胺 二异丙醇胺二异丙醇胺 甲基二乙醇胺甲基二乙醇胺 (1 1)在各种醇胺中其分子量最小、碱性最强、与酸气的反在各种醇胺中其分子量最小、碱性最强、与酸气的反应速度最快、酸气负荷最高,能够应速度最快、酸气负荷最高,能够迅速吸收迅速吸收天然气中的天然气中的酸性气体,易于降低天然气中酸性气体浓度,而且脱除酸性气体,易于
20、降低天然气中酸性气体浓度,而且脱除一定量的酸气所需要循环的溶液较少;一定量的酸气所需要循环的溶液较少;(2 2)蒸气压高,挥发性强,溶剂的蒸气压高,挥发性强,溶剂的蒸发损失大蒸发损失大;(3 3)腐蚀性强,溶液浓度低(腐蚀性强,溶液浓度低(1515 20%20%),特殊部位需要),特殊部位需要使用特殊钢材;使用特殊钢材;1 1、一乙醇胺一乙醇胺(MEA)(MEA)一乙醇胺一乙醇胺(MEA)(MEA)的特点:的特点:(4 4)化学稳定性较好,在没有其他化学剂参与时,常沸化学稳定性较好,在没有其他化学剂参与时,常沸点以下温度范围内不会发生降解和分解;点以下温度范围内不会发生降解和分解;(5 5)易
21、氧化变质,因此储罐和缓冲罐应有甜气或氮气为易氧化变质,因此储罐和缓冲罐应有甜气或氮气为覆盖气体;覆盖气体;(6 6)对对H2SH2S和和CO2CO2的吸收无选择性,并且可以得到很高的的吸收无选择性,并且可以得到很高的净化度;净化度;(7 7)与羰基硫与羰基硫(COS)(COS)和二硫化碳和二硫化碳(CS2)(CS2)发生不可逆化学反发生不可逆化学反应,需要配置复活釜。应,需要配置复活釜。1 1、一乙醇胺一乙醇胺(MEA)(MEA)一乙醇胺一乙醇胺(MEA)(MEA)的特点:的特点:(1 1)蒸气压低,挥发性弱,溶剂的蒸发损失小;蒸气压低,挥发性弱,溶剂的蒸发损失小;(2 2)碱性弱,与酸气化学
22、键的结合力弱,所需再生热小;碱性弱,与酸气化学键的结合力弱,所需再生热小;(3 3)腐蚀性较弱,溶液浓度较高(腐蚀性较弱,溶液浓度较高(DEADEA水溶液的质量分数比一水溶液的质量分数比一乙醇胺乙醇胺(MEA)(MEA)高),溶液的循环量较小,再生所需的热负高),溶液的循环量较小,再生所需的热负荷较低;荷较低;(4 4)对对H H2 2S S和和COCO2 2的吸收无选择性,同时也吸收羰基硫的吸收无选择性,同时也吸收羰基硫(COS)(COS)和和二硫化碳二硫化碳(CS2)(CS2),而且与,而且与COSCOS、CS2CS2生成的化合物能再生,生成的化合物能再生,因而不需要设置复活釜。因而不需要
23、设置复活釜。2 2、二乙醇胺、二乙醇胺(DEA)(DEA)二乙醇胺二乙醇胺(DEA)(DEA)的特点:的特点:二甘醇胺二甘醇胺(DGA)(DGA)的特点:的特点:(1 1)蒸气压低,挥发性弱,溶剂的蒸发损失小;蒸气压低,挥发性弱,溶剂的蒸发损失小;(2 2)H2SH2S净化程度高,即使贫液温度高达净化程度高,即使贫液温度高达5454也可保证也可保证H2SH2S净化度,因此溶液冷却可仅使用空冷而不用水净化度,因此溶液冷却可仅使用空冷而不用水冷,故适用于沙漠及干旱地区;冷,故适用于沙漠及干旱地区;(3 3)腐蚀性略低于腐蚀性略低于MEAMEA,二甘醇胺(,二甘醇胺(DGADGA)水溶液的质)水溶液
24、的质量分数比一乙醇胺(量分数比一乙醇胺(MEAMEA)高,溶液的循环量较小,)高,溶液的循环量较小,再生所需的热负荷较低;再生所需的热负荷较低;(4 4)对对H2SH2S和和CO2CO2的吸收无选择性,同时也吸收羰基硫的吸收无选择性,同时也吸收羰基硫(COS)(COS)和二硫化碳和二硫化碳(CS2)(CS2)并与之发生不可逆化学反应。并与之发生不可逆化学反应。(5 5)凝固点低(凝固点低(-12.5-12.5),适宜在高寒地区使用。),适宜在高寒地区使用。3 3、二甘醇胺、二甘醇胺(DGA)(DGA)二异丙醇胺二异丙醇胺(DIPA)(DIPA)特点:特点:(1 1)蒸气压低,挥发性弱,溶剂的蒸
25、发损失小;蒸气压低,挥发性弱,溶剂的蒸发损失小;(2 2)腐蚀性弱,溶液浓度高,溶液的循环量小,再生所腐蚀性弱,溶液浓度高,溶液的循环量小,再生所需的热负荷低;需的热负荷低;(3 3)低压下能选择性地脱除低压下能选择性地脱除H2SH2S,但随着压力提高选择,但随着压力提高选择性下降,在较高压力下能同时脱除性下降,在较高压力下能同时脱除H2SH2S和和CO2CO2;(4 4)二异丙醇胺(二异丙醇胺(DIPADIPA)能脱除羰基硫)能脱除羰基硫(COS)(COS),而且易,而且易再生。再生。相应的工艺过程称相应的工艺过程称ADIPADIP,ADIPADIP工艺也用于工艺也用于LPGLPG脱脱除除H
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