常规和非常规天然气的净化工艺技术与应用

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1、常规和非常规天然气的净化工艺技术与应用兰治淮刘清源陈理（四川省达科特能源科技有限公司，成都610041）摘要：随着我国能源消费结构的改善以及巨大市场需求的刺激，常规与非常规天然气的开采量将进入高峰期，与之息息相关的净化工艺技术也将走上新的台阶。本文介绍了四川省达科特能源科技有限公司在常规与非常规天然气净化方面（脱硫、脱水、变压吸附脱碳、脱汞、变压吸附脱除与回收C2及C3以上烃类、煤层气变压吸附脱氧及脱氮等）的一系列工艺技术，说明了各工艺技术的特点及应用情况，最后提出了将这些净化工艺技术大规模推广应用的建议。1前言天然气作为世界公认的最清洁的化石能源，在各国的能源消

2、费结构中扮演着越来越重要的角色。据BP世界能源统计2011资料，天然气在美国2010年能源总消费所占比例已高达27.17%，而我国仅占4.03%。随着我国经济持续稳定增长以及节能减排、低碳环保的动力驱使下，天然气产业发展将进入一个前所未有的持续高峰期，而与天然气产业发展息息相关的是天然气的净化工艺技术的发展。根据生成原因的不同，天然气可分为常规天然气和非常规天然气。常规天然气指采自气田的天然气（常规非伴生气）和采自油田的天然气（常规伴生气），而非常规天然气可分为致密气（Tightsandgas）、煤层气（Coalbedmethane）、页岩气（Shalegas）和

3、天然气水合物（Gashydrates）。针对常规天然气的净化工艺技术，如脱硫、脱碳、脱水、硫磺回收及尾气处理工艺技术已相对较为成熟，但是对于天然气中的其它微量杂质如汞等，国内多数天然气厂还未加以净化处理。此外，可作为常规天然气有力补充的非常规天然气的净化工艺技术，特别是煤层气的净化，仍处于从研究到工业应用的阶段，极大限制了对其的大规模开发利用。四川省达科特能源科技有限公司结合自身丰富的气体分离吸附剂研究、生产与工艺设计的经验优势，经过多年的技术开发，形成了一系列的常规和非常规天然气的完整净化工艺技术体系，并已进行了或正在进行相应的工业示范。本文即是对该净化工艺技术

4、体系做一详细的介绍。2常规天然气净化工艺技术与应用2.1常规净化工艺技术常规天然气的常规净化工艺主要包括脱硫脱碳、脱水、硫磺回收及尾气处理工艺[1]，目前国内在引进国外工艺技术、设备及工艺包的基础上进行了消化吸收并加以总结创新，取得了较大的发展。四川东北部普光气田天然气含硫含碳量均较高，其总净化能力达120×108m3/a，规模为世界第二、亚洲第一，而且硫磺回收生产能力达240×104t/a，为世界第一，在常规净化方面为其它大型气田天然气的净化提供了良好的示范和借鉴作用[2]。天然气脱硫脱碳主要应用醇胺溶液吸收工艺，近年来多采用甲基二乙醇胺（MDEA）或混合胺（M

5、DEA+DEA）吸收工艺，具有较好的无机硫和CO2脱除效果，而对于其中的有机硫，国内外多采用砜胺法或物理溶剂法（如多乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯等）进行脱除。天然气经脱硫脱碳后，需进行脱水工艺操作，脱水工艺可分为吸收法和吸附法，吸收法多采用三甘醇（TEG）脱水，吸附法主要是利用固体吸附剂如硅胶、活性氧化铝、分子筛等，其中分子筛的脱水精度可低于1ppm，但投资和运行费用相对较大。针对天然气中的无机硫、有机硫、CO2以及水的净化工艺，需结合原料天然气中各物质的含量情况以及不同净化工艺的适用性、经济合理性，综合考虑采用最佳的净化工艺。目前达科特公司已在四川、广西、湖南、重庆

6、等多个地方建有湿法脱硫及尾气硫回收的工业装置，运行效果较为良好。2.2天然气脱碳工艺技术天然气脱碳主要是指脱除CO2，我国多数重要油气田均含有高低不等的CO2，有的气井CO2含量甚至可超过95%。为增加天然气热值、降低输送体积、避免或减少后续加工和输送过程中的堵塞和腐蚀，必须将CO2脱除。另一方面，作为我国三次采油的重点开发工艺，注液化CO2混相驱油（CO2/EOR）又需要大量的CO2，而且由此产生的油田伴生气中含有浓度波动极大的CO2（5%~90%）。因此，对于天然气和三次采油的油田伴生气中CO2的分离回收再利用，具有重要意义。目前国内外天然气脱碳工艺技术主要有

7、胺溶液吸收法、变压吸附法和膜分离法。传统的胺吸收法存在溶剂循环量大、溶剂再生能耗高、对设备腐蚀性大且对原料气CO2浓度波动适应性差等缺点，而膜分离法的甲烷损失大、膜价格较贵且易受污染。鉴于此，采用变压吸附法（PSA）脱除天然气和三次采油的油田伴生气中的CO2，无论在产品纯度和回收率、CO2浓度适应性，还是在投资、能耗、环保方面均具有较大优势。达科特公司针对此技术需求，专门开发了脱碳专用吸附剂DKT-511，其CO2/CH4的吸附比可达50，对原料气CO2浓度波动适应性强并可有效保证甲烷收率（≥99%）。天然气PSA法脱碳工艺技术流程如图1所示，来自气田天然气或油田

8、伴生气经简