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陈赓良 的个人博客

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配方型溶剂及其应用(一)

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一.什么是配方型溶剂

N-甲基二乙醇胺(MDEA)是美国Fluor公司于1950年代开发的新型选择性脱硫溶剂,具有选择性高、能耗低、腐蚀性小等一系列优点,是当前应用最广泛的天然气、炼厂气、煤制气及还原吸收法尾气处理用的脱硫脱碳溶剂。据2017年统计,我国已建的48套脱硫脱碳装置中,使用MDEA水溶液及配方型溶剂的达44套,占总数的92%。

工业上需要进行脱硫脱碳的原料天然气类型十分复杂,常规的MDEA水溶液不可能解决所有的矛盾。以我国当前生产的含硫天然气为例,按其脱硫脱碳要求至少可区分为以下3种比较特殊的类型(见表1)。与此同时,我国对净化气质量也提出了更高要求;于2012年发布了经修订的GB17820,对一类气的CO2和有机硫化合物含量均规定了更严格的技术指标(见表2)。

(1)原料气中H2S和CO2的含量均不太高,特别是CO2的含量低于一类商品天然气国家标准(GB17829-2012)规定的2%(体积分数),但CO2/H2S比例甚高(超过10,甚至达到100以上)。此时对MDEA溶剂的要求是在保证H2S净化度的前提下,尽可能加强溶剂的选吸性能以降低能耗,并改善进硫磺回收装置的酸气质量。重庆天然气净化总厂长寿净化分厂和忠县净化分厂所处理的原料气即属此类型,采用的配方型溶剂可称为加强选吸型(Ⅰ型)。

(2)长庆油田净化一厂和二厂所处理的原料天然气中,H2S含量很低,但CO2含量超过5%(体积分数),故CO2/H2S比相当高(超过100)。此时要求溶剂有相当的脱碳能力和必要的化学活性,当常规的MDEA水溶液在工况条件下难以同时兼具这2种功能时,应采用脱硫脱碳型的配方型溶剂(Ⅱ型)。目前工业上常用的有两种脱硫脱碳型配方溶剂:混合胺与活化MDEA。

(3)川渝地区部分气田所产天然气中不仅H2S和CO2含量甚高,还含有相当数量的有机硫。如普光气田原料气有机硫含量约为340mg/m3,罗家寨气田约为400 mg/m3;又如重庆天然气净化总厂引进分厂在上世纪80年代初期所处理的原料气中有机硫含量则高达1000mg/m3以上。处理此类原料气的配方型溶剂需具备有效地脱除有机硫化合物的能力,故可称之为脱有机硫型(Ⅲ型)。

二.加强选吸型配方溶剂

1.CT8-5溶剂在重庆天然气净化总厂长寿分厂的应用

CT8-5是天然气研究院开发成功的Ⅰ型溶剂,其性能与美国Dow公司出品的Ucarsol HS-101溶剂类似。它比MDEA水溶液有更好的脱硫选择性,再生酸气中H2S浓度也有明显提高。由于特殊添加剂的加入,不仅溶液再生所需蒸气量减少,过程能耗进一步降低,且提高了溶液的抗发泡能力。

表2    GB17820-2012规定的技术指标


重庆天然气净化总厂长寿分厂的天然气脱硫装置设计处理量为4×106m3/d,操作压力3.4MPa。原料气组成:H2S  0.20%,CO2  1.52%。吸收塔有16块塔板,实际在第8块塔板处进贫液。该厂原设计使用MDEA水溶液进行选吸脱硫,后在流程与设备不作任何更动的情况下改为使用CT8-5溶剂。装置投产一次成功,1998年开工以来运转平稳。表3示出了该装置典型的操作数据,其中CT8-5为实测数据,而MDEA的数据是使用AMSIM软件的模拟计算结果。  表中国数据表明,以CT8―5取代MDEA后,不仅再生蒸汽用量下降了10%以上,再生酸气中H2S含量由约30%提高到约39%,对硫回收装置的平稳运转也十分有利。


2.CT8-5溶剂在胜利炼油厂尾气处理装置上应用

加强选吸型溶剂另一个重要的应用是在SCOT法尾气处理装置上,用于对加氢后的克劳斯尾气进行选择性吸收。齐鲁石化公司胜利炼油厂的SCOT法尾气处理装置始建于1982年,原用DIPA溶剂对加氢尾气进行选择性吸收。1980年代中期该厂与天然气研究院合作,将选吸脱硫溶剂改为MDEA。1997年该厂又与天然气研究院合作,将SCOT法装置上的选吸脱硫溶剂改为CT8-5。表4所示为这2种溶剂在胜利炼油厂同一套尾气处理装置上使用情况的对比。表中数据说明在装置正常运转时,相对于MDEA,CT8-5每小时可减少溶液循环量2~4吨(减少11%~25%),减少蒸气耗量0.25~0.50吨(减少8%~18%)。


(未完待续)