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1、118石 油 与 天 然 气 化 工 CHEM ICAL EN G IN EER IN G O F O IL & GAS 2007 分子筛吸附法在高酸性天然气脱水中的应用罗小军 刘晓天 万书华(中石油西南油气田公司罗家寨气田地面工程建设项目部 ) 摘 要 天然气脱水方法有低温分离法 、溶剂吸收法 、固体干燥剂吸附法 。本文对采用吸附法脱水的原因 、分子筛吸附剂的选择 ,以及吸附脱水的原理 、罗家寨气田分子筛脱水工艺流程的确定和可行性进行了阐述 ,并提出了操作中需注
2、意的问题和建议 。关键词 分子筛 吸附法 脱水 应用 罗家寨气田为高酸性天然气气田 ,其酸性组分H2 S含 量 为 9. 5% ～ 11. 5% , CO2 含 量 为 5% ～10% ,到净化厂的集输干线长达 29. 2 km ,在输送过程中会析出游离水 ,不但容易形成水合物堵塞管道 ,而且会对管线造成严重腐蚀 。因此 ,各单井站的天然气集中脱水处理后输送 ,对集输干线的管理 、安全运行和维护都具有重要意义 。1 高酸性天然气脱水方法选择天然气常用的脱水方法有低温分离法 、溶剂吸收法和固体干燥剂吸附法 。低温分离法一般采用注醇节流膨
3、胀制冷 ,一般和轻烃回收过程相结合 ,适合于高压且有足够自由压降可利用的天然气 。气田运行一定年限后压力降低不能满足制冷要求时 ,需外补冷或增压后节流 ,非常不经济 。故不考虑该方法 。溶剂吸收法是根据吸收原理 ,采用一种亲水液体与天然气逆流接触 ,从而脱出气体中的水蒸汽 。其中由于三甘醇 ( TEG)的热稳定性好 ,易于再生 ,携带损失量小 ,露点可降至 - 34℃,因此 TEG得到了普遍的运用 。固体吸附法是利用多孔的干燥剂表面吸附湿天然气中的水分子以脱除天然气中饱和水 。该类方法中分子筛脱水应用最广泛 ,技术成熟可靠 ,脱水后干气水露点可
4、达到 - 100℃,操作简单 ,占地面积小 ,对进料气的温度 、压力和流量变化不敏感 。TEG工艺和固体吸附脱水工艺相比 , TEG工艺具有投资较低 ,再生所需热量小 ,操作成本相对更低 ,压降小等特点 。但 TEG工艺往往用于天然气脱硫后的脱水或 H2 S含量低于 2%的低酸性天然气脱水 ,用于高酸性天然气脱水将存在以下问题 :(1) 采用常规的 TEG流程 ,其闪蒸气和再生气中 H2 S含量将分别达到 65%和 35%以上 ,经过焚烧后 , SO2 排放量超过国家允许的排放标准 。(2) 当高含硫天然气与 TEG溶液接触 , H2 S会溶
5、解到 TEG溶液中生成具有腐蚀性酸性化合物 ,其溶解量随分压的增加而增加 ,不仅会导致溶液 pH值下降 ,而且也会使 TEG变质 。对于罗家寨气田气质条件 , 1 L 三甘醇溶液中将溶解 150 L H2 S。(3) TEG脱水装置本身就存在腐蚀问题 ,处理高含硫天然气则腐蚀更加严重 。主要来自 TEG的热降解 、氧化降解及与 H2 S、CO2 反应产生的化学降解物引起装置严重腐蚀 。(4) 进入 TEG溶液中的固体杂质 、盐分 、缓蚀剂 、液烃和降解产物会引起溶液发泡 ,造成吸收塔顶大量雾沫夹带 ,势必增加 TEG溶液损失 。而固体吸附剂脱水
6、的再生气返回原料气中 ,没有废气排放 ,也没有动力设备与高酸性气体接触 ,更不会有发泡等问题 ,装置操作简单 ,自动化程度高 ,在国外高含硫气田开发中有成功的运用 ,因此 ,罗家寨高含硫气田拟采用固体吸附剂脱水工艺 。2 吸附剂的选择固体吸附法脱水主要采用的吸附剂有活性氧化 第 36卷 第 2期 分子筛吸附法在高酸性天然气脱水中的应用119铝 、硅胶和分子筛 。在较高温度下分子筛的湿容量比其他吸附剂高活性氧化铝主要成分为部分水合的 、多孔和无得多 ,见图 2[ 1]。由图 2可知 ,各种吸附剂的湿容量定形的氧化铝
7、 ,并含有少量的其他金属化合物 。其干燥后的气体露点可达 - 60℃,由于氧化铝呈碱性 ,可与无机酸发生化学反应 ,故不宜处理酸性天然气 。硅胶是一种晶粒状无 定形 氧化 硅 , 分 子式 为SiO2. nH2 O。硅 胶 干 燥 后 的 气 体 露 点 可 达 到 -60℃,再生温度比活性氧化铝和分子筛都低 ,吸水能力强 ,但容易被液态水损坏和缓蚀剂腐蚀 ,从而使其结构受到破坏并影响其脱水能力 。分子筛是一种硅铝酸盐类晶体 (人工合成沸石 ) ,呈球形或圆柱形颗粒状 。分子筛的化学式为 :M x[ (A lO2 ) x ( SiO2 ) y
8、]. z H2 O [M =Na, K, Ca,M g ]分子筛与活性氧化铝 、硅胶相比 ,具有以下特点 :(1) 分子筛的吸附选择性强 。分子筛对水
