高含硫天然气净化技术新进展与发展方向

高含硫天然气的安全高效净化处理对我国天然气工业发展具有重要意义。为此,在系统回顾我国含硫天然气净化技术的3大发展历程的基础上,围绕天然气气质达标和硫磺回收装置尾气减排2大难题,指出了脱硫脱碳、硫磺回收及尾气处理、净化装置稳定运行3方面研究取得的进展、面临的挑战及攻关方向。研究结果表明：(1)以高含硫天然气有机硫脱除为核心的技术已开发成功并实现工业应用,可实现高含硫天然气达标净化处理,以CT-Redox和CT-LOP工艺为代表的络合铁法脱硫技术则有力地保障了我国高含硫天然气单井脱硫生产;(2)在现有常规与延伸克劳斯硫磺回收配套还原吸收与氧化吸收尾气处理技术基础上,研发的大型硫磺回收装置有机硫水解与尾气高效处理技术可满足日益严苛的国家标准要求,实现装置尾气超低排放;(3)以配方型脱硫胺液复活、高含硫净化厂设备腐蚀防护和净化装置长周期运行风险评价技术为代表的关键技术成效显著,有力地保障了净化装置的长周期安全平稳运行。结论认为,我国高含硫天然气净化技术已全面实现国产化,总体水平与国外相当,部分技术处于国际领先水平,建议在复杂含硫天然气中多组分有机硫深度脱除、净化装置尾气全天候全时段达标、物理化...     

川渝地区含硫天然气净化技术研究

川渝地区天然气田多数为含硫甚至高含硫气田,有的还含有较多二氧化碳和有机硫,这些气田的开发需要解决与天然气净化相关的技术问题。中石油西南油气田公司天然气研究院在该技术领域的研究中,已在醇胺溶剂、物理化学溶剂、配方溶剂、液相氧化还原、干法等脱硫技术及硫磺回收技术方面取得了一系列成果,并在天然气净化中获得成功应用。目前围绕高含硫天然气开发问题,开展了多项天然气净化课题的研究。     

高含硫天然气有机硫脱除技术的研究

用于高含硫天然气有机硫脱除的工艺方法主要有化学物理溶剂法和物理溶剂法。在化学物理溶剂法中,Sulfinol工艺因具有酸气负荷高、再生能耗低、有机硫脱除效果好等优点而得到较广泛的应用。中石油西南油气田公司天然气研究院在高含硫天然气有机硫脱除技术方面进行了大量的研究工作,使能选择性脱除H2S与有机硫的化学物理混合溶剂（MDEA与环丁砜的混合溶剂）在重庆天然气净化总厂得到推广应用,取得了良好的经济和社会效益;针对川东北高含硫天然气的气质特点,开发出了高酸性天然气有机硫脱除溶剂CT8-20;还开展了物理溶剂CT8-21脱除较高含硫天然气中H2S和有机硫性能的研究,取得了较好的效果。     

高含硫天然气净化工艺技术进展

综述了高含硫天然气脱硫的几种主要方法:溶剂吸收法、膜分离法、Hybrisol工艺和Morphysorb工艺,并说明了几种工艺的特点及应用情况,最后指出了高含硫天然气脱硫工艺的发展趋势。     

川渝气田天然气净化技术的进步与发展方向

天然气研究院在天然气净化技术领域辛勤耕耘五十年,共完成科研项目130余项,获国家级奖励5项、省部级奖励14项、地区级奖励48项,形成了13项专利和专有技术.近年来所取得的主要技术进步包括:已掌握的醇胺脱硫脱碳技术得到进一步完善;开发了具有自主知识产权的液相氧化还原脱硫技术;开发了天然气干法固体脱硫工艺和橇装技术,满足了生产需求;通过自主开发形成了配套的硫磺回收催化剂技术;制定了相关标准和规范,为天然气净化领域技术推广提供了依据;在高含硫酸性气田净化技术攻关上取得一批重要成果.天然气净化技术下步攻关方向:(1)加强理论研究;(2)重视醇胺合成技术攻关;(3)强化知识产权自主化;(4)拓展液相氧化还原应用;(5)积极开展生物脱硫技术研究;(6)探索物理分离脱水技术;(7)消除净化装置腐蚀安全隐患;(8)逐步建立净化厂安全平稳运行评价技术体系,提高装置长周期运行效率;(9)加强技术合作;(10)建设一流的重点实验室和完善的中间试验基地.     

高含硫天然气净化厂设计特点

根据正在建设中的罗家寨天然气净化厂工程前期研究、国外考察、科技攻关、引进基础设计及设备采购、制造等情况，结合铁山坡天然气净化厂前期研究和技术交流情况以及高含硫天然气净化厂的特性，介绍了高含硫天然气净化厂主要的设计特点。     

ProMax软件在高酸性天然气净化工艺的应用及研究

ProMax是美国布莱恩研究与工程公司开发的一款应用于天然气净化、炼油加工等领域的工艺流程模拟软件,近年进入国内使用。为了验证ProMax软件的物性库、动力学及计算准确性,并研究天然气净化过程中不同参数的影响规律,结合某大型天然气净化厂脱硫单元工艺流程,采用ProMax基于针对电解质体系开发的Amine Sweetening物性包搭建高酸性天然气脱硫模型进行工艺流程模拟,对天然气脱硫脱碳及COS水解过程操作参数的影响进行计算和分析,将计算结果与装置实际运行数据进行对比,结果表明,该软件对高酸性天然气净化流程模拟计算可靠,可为天然气净化厂的工艺设计及操作优化提供借鉴。     

高含硫天然气净化厂节能措施探讨

能源短缺是我国国民经济持续快速健康发展的一个长期性制约因素，节能降耗是提高经济增长质量和效益的一条十分重要的途径。目前，我国能源利用率约有32％，比国外先进水平低十多个百分点。高含硫天然气净化厂由于H2S含量高，溶液循环量大、工艺流程长，公用工程消耗量大，能耗高。对全厂耗能点及耗能关联因素分析，从优化工艺方案、工艺参数、采用先进节能设备、回收可回收的能量、减少工艺过程能量损失等方面提出了相应的降耗措施，对节能效果明显的措施进行了实例剖析。高含硫天然气净化厂节能的潜力巨大，做好能量的合理、综合利用，降低能耗，具有较好的经济效益和社会效益。     

天然气净化技术研究进展

作者在文中评述了天然气净化使用的几种主要方法如醇胺法、膜处理法等．指出了各方法的优势及目前存在的问题。提出了今后天然气净化工艺发展的一些建议。认为应在成熟的天然气脱硫方法的基础上进一步改进，实现同时脱硫脱碳。并且指出膜分离过程与常规分离过程的组合是今后膜技术发展的一个新动向。[编者按]     

天然气生物脱硫技术及其研究进展

生物脱硫具有净化水平高、流程简单、污染少、能耗低等特点,能有效缓解硫排放引发的环境问题。为此,回顾了生物脱硫技术的发展历程,阐述了天然气生物脱硫技术的基本原理和工艺流程,总结了其技术优势以及国内外应用的概况,重点介绍了中国石油西南油气田公司天然气研究院在生物脱硫工艺技术开发上所取得的一系列成果：形成了适用于高含硫环境下分离筛选脱硫微生物的专利技术;获得了性能优良、具有自主知识产权的天然气脱硫微生物菌种;完成了脱硫溶剂配方体系和菌种培养方案的研究;同时,建立了天然气生物脱硫实验室评价装置,通过关键参数控制及过程优化,使得脱硫效果有了显著提升。最后指出了天然气生物脱硫技术的发展方向：①利用现代生物技术,提高脱硫菌种的性能;②应用流体研究技术,开发高效生物反应器;③完善配套技术研究,真正实现零排放;④优势互补,与现有工艺相结合。     

高含硫天然气脱酸气装置提效降耗优化

为了提高高含硫天然气脱酸气装置的净化气产量并降低净化过程的综合能耗,依据中国石化普光天然气净化厂脱酸气装置的现场运行数据,采用ProMax建立了相应的工艺仿真模型,针对主要操作参数包括甲基二乙醇胺(MDEA)溶液的循环量,浓度和进入一、二级吸收塔的温度等开展灵敏度分析与优化研究,并结合现场实际,在优化工况下,分析原料气负荷降低、压力降低及H——2S含量升高对净化气气质与收率的影响规律。研究结果表明:①降低MDEA溶液循环量、浓度以及进塔温度可提高胺液吸收的选择性,有利于提高净化气的收率,其中MDEA溶液循环量是影响脱酸气装置综合能耗的主要因素;②当原料气负荷、压力以及H2S含量波动时,在优化工况下能够满足高含硫天然气的净化要求;③在低负荷下可通过减少再生蒸汽量和调整胺液进二级吸收塔位置实现节能;④H2S含量每增加1%,需将MDEA溶液循环量提高约20×10~3 kg/h;⑤经过参数优化,在满负荷工况下净化气收率可以提高0.5%,综合能耗降低19.1%。     

天然气制烯烃及GSMTO工艺进展

介绍了天然气制烯烃的３ 种研究方向, 天然气直接制 烯烃; 天 然气经合成气制烯烃; 天然气经甲醇制烯烃 （ Ｇ Ｓ Ｍ Ｔ Ｏ） 。简介了 Ｇ Ｓ Ｍ Ｔ Ｏ 工艺技术, 比较了天然气制烯烃与石脑油制烯烃的经济性, 并介绍了 Ｇ Ｓ Ｍ Ｔ Ｏ 工艺实现工业化的难点。     

新形势下天然气净化技术面临的挑战及下步的研究方向

随着我国经济快速发展,对天然气这种清洁能源的需求不断增长,天然气工业逐渐步入新的发展期。离子液体技术、膜分离、生物脱硫等前沿技术的研究为天然气脱硫技术拓展了新的途径,推动现有技术朝着环保化、精细化、科技化方向发展。随着老气井的增产作业及新气田的开发,原料气气质变化趋向复杂化。为满足国家日益严格的环保标准及国家对能源的战略需求,迫切需要对天然气净化技术的研究方向及发展进行更深入的思考并开展技术攻关。     

风险评价技术在高含硫天然气净化装置长周期运行中的应用

目的 通过风险评价技术为高含硫天然气净化装置查找限制长周期运行的瓶颈问题,提出有效的解决方案,实现高含硫天然气净化装置长周期安全可靠运行。方法 从装置工艺系统安全管理出发,利用HAZOP/LOPA/SIL联合分析法,针对天然气净化厂产品气气质和尾气排放双达标改造工程,对净化装置工艺系统风险进行评估和量化;利用可靠性方框图和故障树方法对再生塔液位联锁回路进行SIL验证和计算。结果 结合净化装置实际案例,从SIS层面和本质安全层面提出了提高SIL等级和泵采用双端面机械密封两个切实可行的措施。结论 风险评价技术能够为实现净化装置长周期运行提供技术保障。     

高含硫天然气过滤单元性能优化

为了避免高含硫天然气湿气输送过程中所夹带的固体颗粒和液体杂质对天然气净化装置和效果的不良影响,在脱硫工艺前端设置了由预过滤器和聚结过滤器所组成的两级过滤单元。针对某高含硫天然气净化厂原料气过滤单元存在的聚结过滤器滤芯压降不上升、无法通过压降来判断滤芯更换时间等问题,利用两级过滤性能评价系统对比了不同过滤性能预过滤器滤芯和聚结过滤器滤芯组合的过滤性能,发现其原因在于聚结过滤器滤芯对亚微米级液滴的聚结性能不理想、预过滤器滤芯和聚结过滤器滤芯的性能不匹配。为此,提出了改进措施:①改进聚结过滤器滤芯的聚结层;②设置疏油型排液层,改变预过滤器滤芯的结构参数,使之与改进后的聚结过滤器滤芯的性能相匹配。实验结果表明:改进后聚结过滤器滤芯的稳态压降较在用滤芯降低75%,对于粒径为0.3μm及以上的液滴过滤效率达到99.99%,同时实现了预过滤器滤芯和聚结过滤器滤芯压降的同步变化。现场试验结果表明:改进后的原料气过滤单元对液体杂质的过滤能力提高了1倍,能更有效地保证后续工艺的安全运行。该研究成果为高含硫天然气过滤元件设计和过滤系统优化运行提供了参考。     

酸气回注技术发展现状及其在中国的应用前景

零排放的酸气回注技术是一种替代硫磺回收工艺的经济可行的酸气处理方法,同时也是一个减少温室气体排放的环保方法。为此,总结了酸气回注技术的发展和应用现状,结合实例对酸气回注和硫磺回收进行了经济技术和环保对比分析,结果表明：酸气回注方案的硫处理费用为1 270美元/t;而硫磺回收的硫处理费用为1 400美元/t,若进一步考虑CO₂排放、硫磺销售等因素,其综合处理费用将超过1 779美元/t。同时,分析了酸气回注在中国的应用需求及条件,展望了该技术在中国的应用前景,指出在下述几种情况下,为了取得最好的经济和环保效益,酸气回注会是一个不错的选择：①老气田气质变化后,硫磺回收装置已不适应生产需要而需改造;②新开发气田太偏远或H₂S含量太低,硫磺回收不经济或工艺技术不好解决;③部分新开发气田的天然气组成不稳定,进行硫磺回收投资大、风险高;④部分碳酸盐岩开发油田伴生气含H₂S,但含量变化大,进行硫磺回收工艺选择难度大;⑤火驱开发油田和采用蒸汽辅助重力泄油开发的稠油油田,其伴生气中H₂S含量大,但气量小,回收不经济;⑥低渗透油田用CO₂提高采收率等。     

高含硫天然气中元素硫含量测定的影响因素分析

准确测定高含硫天然气中元素硫含量对建立气藏硫溶解度模型,预测和处理硫沉积至关重要。为此,通过井口高含硫天然气中元素硫测定技术分析,并根据试验分析结果,揭示了影响元素硫准确测定的各种因素。结果表明：①不同取样位置得到的元素硫测定结果不同,需根据预测目的选择取样位置;②取样容器的结构和容积会影响到元素硫测定结果,使用前应对取样容器的容积进行准确校正;③宜采用抽空容器法和不通过取样分离器的方式来对元素硫进行取样;④样品体积不应采用流量计直接计量,而应采用计算法。结论认为,影响高含硫天然气中元素硫含量准确测定的主要因素是：取样位置、取样容器、取样管线、取样方法、压缩因子计算方法和样品体积计量方式。     

天然气净化装置腐蚀行为与防护

含硫天然气净化过程中存在严重的腐蚀行为。对天然气净化装置开展腐蚀行为研究并提出相应的防护措施,对天然气净化工业的安全生产具有重要意义。调查显示,胺法脱硫脱碳装置腐蚀较严重的部位有：再生塔塔壁及内部构件、贫富液换热器、高温富液管线、重沸器及相连管线等。通过对电化学腐蚀、化学腐蚀、碳酸盐或硫化物等引起的应力腐蚀及氢鼓泡等腐蚀破坏形态分析,结合国内外关于H₂S及CO₂ 腐蚀机理研究,探讨了H₂S、CO₂及热稳定性盐等对脱硫装置腐蚀影响机制,并针对性地提出了天然气净化装置腐蚀防护措施。     

基于大数据的高含硫天然气脱硫工艺优化

为了解决高含硫天然气脱硫工艺中脱硫选择性差、能耗高等问题,提出了基于大数据的高含硫天然气脱硫工艺优化方法。首先,通过工艺流程分析,发现对性能指标有显著影响的决策参数,建立无迹卡尔曼滤波神经网络动态模型,获知了脱硫工艺的潜在规律;然后,针对原脱硫工艺中H_2S、CO_2过分脱除问题,采用偏好多目标优化的方法,分别以H2S浓度逼近2.5 mg/m~3、CO_2浓度逼近2%为目标函数,采用非支配性排序遗传算法对模型进行多目标优化,获得了最佳工艺参数。采集某高含硫天然气净化厂脱硫单元2014年1—12月的生产数据,取前80%数据作为训练集,后20%数据作为测试集,进行了仿真实验。结果表明:1所建立的动态模型能够较好地反映脱硫工艺生产规律;2优化结果建议适当降低一级吸收塔温度,提高二级吸收塔温度,提高闪蒸罐压力,并减少胺液循环量;3优化后净化气中H_2S浓度将由0.62 mg/m~3提高至3.22 mg/m~3,CO_2浓度由1.19%提高至1.99%,脱硫选择性显著提高;4相对胺液循环量下降16.67%,蒸汽消耗量减少,净化气产率提高0.8%,总体实现了增产节能降耗的目的。