天然气集输脱水脱硫工艺研究及发展方向

张远德 汪鸿鹏 郭天林

1新疆油田试油公司 2青海油田采油三厂 3青海油田边远油田开发公司

天然气集输脱水脱硫工艺研究及发展方向

张远德1汪鸿鹏2郭天林3

1新疆油田试油公司 2青海油田采油三厂 3青海油田边远油田开发公司

天然气脱水的目的是保证天然气集输过程不析出液态水，不形成水合物，减小对管道和设备的腐蚀。甘醇脱水是世界上使用最为广泛的脱水技术，常用的是三甘醇（TEG）脱水，目前国内外开始重视甘醇脱水法和低温分离综合脱水的方法，其净化效果好，处理量大，自动化程度高，而且脱水的同时也脱油。在天然气中常含有H2S、CO2和有机硫化物，这些气相杂质的存在会造成金属材料腐蚀，并污染环境。利用元素钨、钼制取的化合物能够同时进行脱硫制硫，该法将成为液相氧化法脱硫工艺中一个值得重视的热点技术。

天然气；脱水；脱硫；水合物；三甘醇；MDEA

天然气作为一种绿色洁净能源，其开发和利用越来越受到人们的重视，不同的国家对天然气质量都有相应的净化标准[1]。天然气中一般含有水、硫化氢及二氧化碳等附属物，这些附属物的存在会对集输系统造成非常大的伤害，不仅影响天然气在输气管道的输送，而且给其后续处理工艺带来了较大影响[2]。要大力发展天然气工业，首先必须研究发展天然气集输净化工艺，以解决天然气的输运储备损害、无害利用的难题。

1 脱水工艺

在生产开发阶段，天然气总是被水所饱和，随着天然气的采出，地层中的水也被带到地面。在集输储备系统中，水主要会腐蚀、冻堵输送管线，造成管道积液，降低输气能力，加剧酸性组分（CO2、H2S）对钢铁的腐蚀，极有可能发生二氧化碳腐蚀开裂及硫化氢应力腐蚀开裂。

1.1 天然气水合物的预防

在低温高压下，输气管线容易生成天然气水合物。除此之外，由于气体流向突变产生的搅动，压力的波动，流速过快形成紊流，以及微小水化晶体的诱导等影响，都可能加速生成天然气水合物。预防地下天然气水合物生成措施包括：

（1）提高节流前天然气的温度。节流压降不变，提高节流前天然气温度，使之高于水合物生成的温度，可达到预防目的。加温方法有水套炉加热法和蒸汽加热法。

（2）注入抑制剂。在气流中加入吸水性极强的抑制剂后，抑制剂与水蒸气结合形成冰点很低的溶液，使天然气中水蒸气含量减少，使气流在较低温度（-30～-50℃）下不生成水合物。抑制剂的种类很多，有甲醇、乙二醇、二甘醇、氯化钙水溶液等，工程中使用最多的是乙二醇。

1.2 脱水工艺对比

天然气脱水的目的是保证天然气集输过程不析出液态水，不形成水合物，减小对管道和设备的腐蚀。目前天然气的脱水方法应用较广泛的有溶剂吸收法脱水、固体吸附法脱水和低温分离法脱水。另外在生产实际中，应根据天然气脱水深度的要求选择适当的脱水工艺。天然气脱水方法对比见表1。

在现场实际脱水方法应用中，固体吸收法应用不多，普遍采用的是溶剂吸收法和低温冷凝法。其中溶剂吸收法中甘醇脱水是世界上使用最为广泛的脱水技术，常用的是三甘醇（TEG）脱水。三甘醇脱水具有工艺成熟可靠、流程简单、投资及操作费用较低、能耗低等优势，在国内外管输天然气脱水工艺中得到了广泛应用。

2 脱硫工艺

在天然气中常含有H2S、CO2和有机硫化物，这三者并称酸性组分（或酸性气体）。这些气相杂质的存在会造成金属材料腐蚀，并污染环境。当天然气作为化工原料时，它们还会导致催化剂中毒，影响产品质量[3]。

2.1 脱硫方法

国内外脱硫方法有近百种，这些方法可分为干法和湿法两大类。湿法脱硫按溶液的吸收和再生性质，又可分为化学吸收法、物理吸收法和直接氧化法三类。干法脱硫工艺主要有海绵铁和分子筛两种。湿法脱硫处理量大，操作连续，适用于天然气处理量大、硫化氢含量高的场合。分子筛法同时具有脱硫和脱水的性能，油田轻烃回收装置中的干燥再生流程实际上就成了脱硫装置。干法脱硫效率较高，脱硫剂一般不能再生，干法脱硫工艺简单、投资少，适用于分散、小型、低含硫天然气的脱硫，在目前工业上应用较少。

表1 天然气脱水方法对比

2.2 工艺对比

湿法脱硫方法基本原理和优缺点对比见表2。

从对比方法可知，化学吸收法脱硫效果在一定程度上较其他方法好，在实际应用中，四川石油管理局开发的新型选择性脱硫溶剂——甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液、环丁砜（MEDA）水溶液，投入使用后，取得了非常好的效果，并且已在该油田推广使用。原因在于醇胺法是天然气脱硫最常用的化学吸收方法，以它们处理含酸性组分的天然气，然后以克劳斯法装置从再生酸气中回收元素硫，是天然气脱硫工业上最基本的技术路线[4-5]。

表2 天然气脱硫方法对比

3 脱硫工艺发展方向

就目前的干法和湿法两大脱硫工艺而言，干法工艺主要适用于气体精细脱硫，其硫容量相对较低，脱硫剂大多不能再生，需要废弃。湿法工艺能够适应较高负荷的脱硫要求，应用面较宽，其中尤以液相氧化法应用较为突出，如今用的较多的是铁基工艺。研发组成相对简单、稳定性好且脱硫效率高的氧化—还原脱硫洗液是液相氧化法发展的一个重要方向，目前，研究人员越来越重视这方面的发展。利用丰产元素钨、钼制取的化合物能够同时进行脱硫制硫，与铁法相比，该工艺廉价、高效且易于再生，将成为液相氧化法脱硫工艺中一个值得重视的热点技术。

[1]冯叔初，郭揆常．油气集输与矿场加工[M]．东营：中国石油大学出版社，2006.

[2]苏欣，袁宗明．天然气净化工艺综述[J]．宁夏石油化工，2005(2）：1-5.

[3]王念兵，王东芳，张辉．天然气三甘醇脱水系统工艺技术[J]．油气田地面工程，2003，22（5）：80.

[4]王遇冬，王登海．MDEA配方溶液在天然气脱硫脱碳中的选用[J]．石油与天然气化工，2003，32（5）：291-294.

[5]蔡培，王树立，赵会军．天然气脱硫工艺的研究与发展[J]．管道技术与设备，2008（4）：17-19．

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.029

（栏目主持 张秀丽）