[新版]天然气污染装配用主要装备

[新版]天然气污染装配用主要装备 天然气净化装置用主要设备 从井口出来的含HS、CO天然气，在输送前虽然已经内部集输处理，仍不能满足生产、22 生活和商业用气的需要，还需进一步在天然气净化厂中进行脱烃、脱硫、脱水处理，所需的设备主要有脱硫吸收塔、脱水吸收塔、再生塔、三甘醇再生器、过滤分离器、气液分离器、活性炭过滤器等。 1.脱硫吸收塔 脱硫吸收塔(图1)的作用是利用溶剂来吸收天然气中的部分HS，达到管输和满2 足下游用户要求。脱硫吸收塔通常采用的是浮阀塔盘，它具有处理能力大、操作弹性大、塔板效率高、压力降小、气体分布均匀、结构简单等优点。由于对塔盘的密封要求不是很高，故制造和安装都较为容易。 湿净化天然气出口干净化天然气出口 除沫器除沫器 贫醇液入口贫胺液入口 贫胺液入口 富醇液出口除沫器含硫天然气入口 湿净化天然气进口富胺液出口 排污口排污口 图1 脱硫吸收塔 图2 脱水吸收塔 澎(1962-)，男，四川成都人，高级工程师，学士，主要从事石油化工压力容器设作者简介:王 计工作。电话:(028)86014450。 从集输站场来的原料天然气经分离和过滤后，从塔的下部进入，自下而上流动;脱硫剂从塔的上部进入，自上而下流动;两者在塔盘上逆向接触进行传质和传热，经数层塔盘后，原料气中的HS被脱硫剂吸收，成为HS含量在允许范围内的净化气，并从塔顶流出。22 因原料天然气中含有HS等酸性介质，故其材质的选择不但要考虑操作温度、操作压2 力、介质腐蚀性、制造及经济合理等综合因素，还要考虑HS可能引起的应力腐蚀开裂(SSC)2 和氢诱发裂纹(HIC)等因素。通常采用的材料有碳素钢、低合金钢以及不锈钢等，用于壳体的材料通常要进行超声检测。设备要进行整体热处理，焊缝应作硬度检查。 2.脱水吸收塔 脱水吸收塔(图2)的作用是利用溶剂吸收天然气中的水分,保证在输气温度下为干气。脱水吸收塔通常采用的是泡罩塔盘，它具有塔板效率较高、操作弹性较大、处理量较大、不易堵塞、操作稳定可靠等优点。由于溶液循环量较小，因此对塔盘的泄漏密封要求较高。 经脱硫处理后的净化气从脱水吸收塔的下部进入，自下而上流动;三甘醇贫溶液从塔的上部进入，自上而下流动;两种介质在泡罩塔盘上逆向接触进行传质，从而脱除天然气中的部分水分。湿天然气从下向上经数层塔盘后成为输气温度下的干气，并从塔顶流出;三甘醇贫液从上向下经数层塔盘后，因不断吸收水分而成为富液，并从塔的下部流出，然后进入再生系统进行再生;再生后的贫液又从塔的上部进入吸收塔，从而完成了三甘醇的吸收和再生循环过程。 脱水吸收塔的选材应根据其操作压力、操作温度、介质腐蚀性、制造以及经济合理等诸因素来综合考虑。壳体材料通常选用碳素钢或低合金钢，塔盘材料多选用不锈钢。常用材质通常为20R、16MnR、20G、16MnG、20锻件、16Mn锻件、0Cr18Ni10Ti等。 酸气出口酸气出口 回流液入口回流液入口 富胺液入口 富胺液入口 半贫胺液入口半贫胺液出口半贫胺液出口(由重沸器返回) 半贫胺液入口(由重沸器返回) 贫胺液出口贫胺液出口 排污口排污口 图3a 板式再生塔 图3b 填料式再生塔 3.再生塔 天然气净化厂中通常是采用溶剂吸收法来脱除天然气中所含的HS、CO。脱硫剂吸收HS222后由“贫液”变为“富液”。再生塔的作用就是将富液再生成贫液，使脱硫溶剂能循环使用。再生塔可以采用板式塔(图3a)，也可采用填料塔(图3b)。采用何种形式的塔更为经济合理，应根据处理量的大小、溶液的洁净程度等因素来确定。通常，处理量较大时，宜采用板式塔;处理量较小或溶液比较洁净时，可采用填料塔。 吸收了HS的富液在换热到90?左右后，由塔的上部进入塔内自上而下流动，与塔底重2 沸器提供的约120?左右的蒸气逆流接触进行传热传质。富液在向下流动过程中，随着温度的不断升高，其中的HS不断被汽提出来，当到达塔下部最后一层塔盘或集液箱底部(填料2 塔)时，温度达到约120?左右，此时的溶液也称为“半贫液”。半贫液从塔中抽出后进入重沸器中加热，使其部分汽化，以提供塔所需要的汽提蒸汽。当采用热虹吸式重沸器时，重 沸器出口为气液两相，并从塔的下部进入塔内，气相即为向上流动的汽提蒸汽，液相部分流入塔底成为再生后的贫液。被汽提出来的酸性气体(主要是HS、CO和水蒸气的混合物)从22 再生塔顶排出，经冷凝冷却后分为气液两相，气相(即酸气)去硫磺回收装置回收硫磺;液相(即酸性水)打入再生塔顶作为回流。 当采用胺法脱硫时，再生塔接触的介质除酸气(含HS的气体)外，还有碱液。因此2 在材料的选择上，不仅要考虑HS的各种腐蚀，还应考虑高温下碱的各种腐蚀，特别是碱2 性应力腐蚀开裂(碱脆)。通常采用的材料有碳素钢、低合金钢等，用于壳体的材料通常要进行超声检测。设备要进行整体热处理，焊缝应作硬度检查。 4.三甘醇再生器 天然气脱水所采用的方法按其原理分为冷却分离、固体吸附和溶剂吸收三大类。目前天然气净化厂中普遍采用的是溶剂吸收法脱水，所选溶剂大多为三甘醇。三甘醇再生器的作用是将吸附水分后的“三甘醇富液”再生，使其能够循环使用。 三甘醇再生器由三甘醇再生釜、富液精馏柱、汽提柱、三甘醇换热罐、火管加热器和烟囱组成(图4)。 来自脱水吸收塔的三甘醇富液进入富液精馏柱上部的盘管，经换热后加热至约35?进入闪蒸罐闪蒸，闪蒸后的富液经过滤后，进入三甘醇换热罐的盘管，与罐内的温度较高的三甘醇贫液进行换热，温度升至105?后进入富液精馏柱，与来自三甘醇再生釜的蒸汽逆流接触，得到部分提浓;并继续向下进入三甘醇再生釜，富液在釜内被加热至204?，使富液中的水分蒸发，从而除去绝大部分水分;再生后的三甘醇溶液继续向下进入汽提柱，在汽提气的作用下得到进一步提浓，然后进入三甘醇换热罐冷却，从而完成了三甘醇溶液的再生。 再生气出口烟 囱 富液进口 富富液出口液精馏富液进口柱 补充液进口人孔 再 生 釜 气火管加热器提柱排污口 富液进口换 热 罐富液出口 贫液出口排污口 图 4 三甘醇再生器 5.过滤分离器 过滤分离器(图5)的主要特点是在气体分离的气流通道上加上了过滤介质或过滤元件，当含微量液体的气流通过过滤介质或过滤元件时，其雾状液滴会聚结成较大的液滴并和入口分离室里的液体汇合流入储液罐内。过滤分离器可以脱除100%直径大于2微米的液滴和99%的小到0.5微米以上的液滴。图5所示过滤分离器适用于处理湿气，如处理干气则在气体出口处不设丝网除沫器。 快开盲板过滤元件丝网除沫器气体出口气体进口 连通管 连通管连通管 排污口排污口 图5 过滤分离器 6.气液分离器 天然气净化装置中所采用的气液分离器有立式和卧式两种，其基本原理都是利用重力的作用来进行分离的，所以也叫重力分离器。 6.1立式重力分离器:这种分离器的主体为一立式圆筒体，气流一般从筒体的中段以切向或法向的方式进入，顶部为气流出口，底部为液体出口，结构与分离原理如图6.1所示。 出气口 除雾段 压力表安全阀 二级分离段入口 液位控制初级分离段仪表气源 积液段液体出口 控制阀 排污 图6.1 立式两相分离器结构图 立式重力分离器占地面积小，易于清除筒体内的污物，便于实现排污与液位自动控制，适用于处理含液量较大的气体。 6.2 卧式重力分离器:这种分离器的主体为一卧式圆筒体，气流从一端进入，另一端流出，其作用原理与立式重力分离器大致相同。结构与分离原理如图6.2所示。 安全阀安全头压力表气体出口除雾段或二级分离段气体出口入口 初级分离段液位控制积液段 液体出口排污仪表气源控制阀 图6.2 卧式两相分离器结构图 卧式重力分离器和立式重力分离器相比，具有处理能力较大、安装方便和单位处理量成本低等优点。但也有占地面积大、液位控制比较困难和不易排污等缺点。 7.活性炭过滤器 活性炭过滤器是利用活性炭的吸附作用，把聚合物和溶液降解产物等有害杂质除去，这 些杂质靠过滤元件是无法滤掉的。 放空口放空口活性炭装料口 入 口进口瓷 球 活性炭过滤筒 排放口瓷 球活性炭卸料口出口出 口 排空口排污口 排污口排污口 图7a 堆放式活性炭过滤器 图7b 过滤筒式活性炭过滤器 常用的活性炭过滤器有两种型式——堆放式(图7a)和过滤筒式(图7b)。堆放式活性炭过滤器是在筒体内的栅板上先铺一层厚度约200mm的瓷球，然后在瓷球上堆放活性炭，这种型式的处理量较大。过滤筒式活性炭过滤器则是将活性炭装在过滤筒内，这种型式的处理量相对较小，它可通过对过滤筒根数的增减来调节处理量的大小。 天然气净化厂中除脱硫、脱水两大装置外，还有硫磺回收装置、硫磺成型装置、火炬及放空装置等。本文介绍的只是与天然气净化密切相关的脱硫和脱水装置中的主要设备。