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1、天然气脱汞工艺技术洪1梁金川1严启团2军3蒋王(1.西南石油大学2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院)(3.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司)摘要世界大多数天然气气田都含有单质汞和汞的化合物,天然气中的汞含量一般在1μg/m3～200μg/m3。在天然气液化、凝液回收等低温系统中,汞不仅会腐蚀铝制的板翅式换热器,还将导致天然气化工中的贵金属催化剂中毒。目前,天然气脱汞主要采用化学吸附工艺,该工艺在天然气脱汞装置中得到了广泛应用,其脱汞深度可达0.01μg/m3。本文分析了化学吸附工艺的脱汞原理、脱汞
2、剂特性和应用以及影响脱汞效率的因素。通过对载硫/银活性炭、载银分子筛和专用脱汞剂等主要脱汞剂的特性进行分析与对比,提出了主要脱汞剂的适用条件。对于不同用途和不同处理工艺的天然气,其汞含量的限值要求也是不同的。从环保、安全等因素考虑,推荐商品管输天然气中汞含量小于28μg/m3,要求天然气液化及天然气凝液回收等装置中原料气的汞含量小于0.01μg/m3。关键词天然气脱汞工艺吸附剂汞含量限值DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2011.01.007大多数天然气中都含有微量有害元素汞,并且在
3、不同的气田中汞含量的差异很大,一般在1μg/m3～200μg/m3[1]。汞具有高挥发性、高毒性、强腐蚀性,并且天然气中的汞还会引起天然气化工中催化剂(铂、钯、镍、铬等)中毒。因此,安全开发和利用含汞天然气,保护人身安全,防止汞污染环境的有效措施是将天然气中的汞脱除,降低天然气中汞含量[1-12]。本文分析了天然气脱汞的方法、原理、技术特点,评价了脱汞工艺的应用条件和效果,这将对我国含汞气田的安全开发和利用有一定指导意义。然气中汞主要是以单质汞的形式存在,有机汞的含量相对较低,所以在天然气脱汞工艺中一般不考
4、虑脱除有机汞,其化合物形式和沸点如表1[13-14]所示。已报道过的天然气含汞量较高的地区有东南亚、南美、北非等,一些地区和部分气田中的天然气汞含量见表2[2,6,15-20]。表2某些地区及部分气田天然气汞含量汞含量μg/m3汞含量μg/m3地区地区欧洲南美北美中东远东北非100～15069～1190.005～40<5050～30050～80荷兰Groningen印度尼西亚马来西亚泰国湾美国墨西哥湾新疆雅克拉0.001～180250～3001～200100～4000.02～0.04311天然气中汞的分布及
5、存在形式表1天然气中汞的存在形式及其沸点汞的种类沸点,℃Hg(CH3)2Hg(iC3H7)2Hg(C3H7)2Hg(C4H9)2Hg961701902063573天然气脱汞工艺随着石油天然气工业对汞腐蚀造成危害的重视,国内外已在天然气中汞腐蚀机理和脱汞工艺方大多数天然气气田都含有汞及其化合物,在天天然气脱汞工艺技术27第40卷第1期面做了相关研究,国外开发了多种天然气脱汞工艺并得到了商业化应用。现国内在天然气脱汞方面采用的是载硫活性炭脱汞工艺,并且已有了国产化的脱汞载硫活性炭,已在国内某LNG脱汞装置得到了
6、应用,可将天然气中的汞含量从235μg/m3脱除至0.005μg/m3,脱汞效果非常好[5]。但国内目前在其它天然气脱汞工艺方面还没有实质性进展,国外其它天然气脱汞工艺在国内也尚无应用实例。目前,天然气脱汞工艺有化学吸附、溶液吸收、低温分离、阴离子树脂和膜分离等[5,9,18-27],天然气脱汞工艺的特性如表3[5,9,18-27]所示。低温分离工艺是利用低温分离原理实现汞脱除,分离的汞将进入液烃、污水中,造成二次污染,增加其处理难度;溶液吸收工艺脱汞效果差,吸收溶液腐蚀性强,饱和吸收容量较低,脱除的汞进入
7、吸收溶液中也将造成二次污染;膜分离脱汞及阴离子树脂脱汞工艺的使用范围较窄,工业化装置应用较少。化学吸附脱汞工艺在经济性、脱汞效果和环保等方面都优于其它脱汞工艺,在天然气脱汞装置中得到广泛应用,其脱汞深度可达0.01μg/m3。铝和分子筛,脱汞剂的反应物质多数采用硫、银、碘等物质。天然气脱汞装置中应用较多的脱汞剂是载硫/银活性炭氧化铝、载银分子筛、专用脱汞剂。4.1载硫/银活性炭4.1.1脱汞原理及特性活性炭并不是依靠其强吸附能力来脱汞,而是作为一种载体,使反应物质(一般为硫或银)能够均匀地分布其中。活性炭载
8、入硫/银后,可使反应物质的表面积增加0.01m2/g,大大改善了反应物质对汞蒸气的吸附能力。该脱汞工艺的基本原理是活性炭中的反应物质与汞反应(齐化反应)生成汞齐,汞齐停留在活性炭载体中,达到天然气与其中的单质汞分离的目的,从而将天然气中的汞脱除,其化学反应式分别为:2Hg+S2→2HgSHg+Ag→HgAg载硫/银活性炭脱汞工艺流程一般分为预处理单元和脱汞单元两个部分[6,21,28]。预处理单元是对原料天然气进
