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新型溶剂高效吸收净化高酸性石油天然气技术开发研究

章建华  
【摘要】:近几年来我国石油天然气工业发展迅速。新开发的川东北普光气田是世界上罕见的高酸性气田。为适应严格的天然气净化要求,确保川气东送的质量,研发我国具有自主知识产权的高选择性吸收脱除H2S、有机硫等杂质组分的溶剂,是中国石油化工股份有限公司确定的“第二道防火墙”。这对于高酸性石油天然气高效脱硫溶剂的国产化,对于我国天然气净化装置“安稳长满优”运行均具有重要意义。 本文以提高有机硫化物在溶剂中的溶解和传质性能为导向,借助热力学和动力学分析以及量子化学理论计算方法,设计了明显能动改进溶剂脱除有机硫性能的复配溶剂UDS组成的基本构成,得到的新型UDS溶剂在高效脱除H2S的同时能够显著提高有机硫脱除效率。 动力学分析和量子化学计算结果表明,UDS溶剂中具有环状结构的MOR组分能够有效促进COS-Am两性离子的脱质子反应,并能够显著提高COS的水解反应速率,改善COS的化学脱除率,SUL组分则对COS和硫醇等有机硫分子具有良好的物理溶解性能,两种因素的共同作用赋予了UDS溶剂良好的有机硫脱除性能。 随后,本文在静态平衡测定装置和填料塔中研究了羰基硫、甲硫醇、乙硫醇、异丙硫醇和正丙硫醇5种模型化合物在UDS溶液中的溶解平衡行为和传质性能。结果表明,在相同的气相分压条件下,各硫醇平衡溶解度的大小顺序为:甲硫醇乙硫醇异丙硫醇正丙硫醇。有机硫化物在UDS溶剂中的亨利常数小于MDEA溶剂.,传质性能因子大于MDEA溶剂,表明有机硫化物在UDS溶剂中的溶解和传质两方面性能均高于MDEA溶剂。 此外,本文还分别研究了UDS溶液对不同金属材质的腐蚀性和抗发泡性能。结果表明,缓蚀剂的添加促进了金属表面钝化膜的形成,有效降低了UDS溶液对不锈钢和碳钢的腐蚀速率,相同条件下的腐蚀性低于MDEA溶液。通过向UDS溶液中添加20 ppm的DF-E后,其抗发泡性能能够得到有效改善。 同时,在不同压力条件下进行了UDS溶剂净化模拟试验和以实际高酸性石油天然气为原料的侧线试验。试验结果均表明,UDS溶剂不仅表现出与国外引进MDEA溶剂同等的H2S脱除效果,而且具有明显优越的有机硫脱除性能,当UDS-F含量在20%以上时,UDS溶剂对有机硫的脱除率较MDEA溶剂高出30-40个百分点。UDS溶剂对CO2的脱除效果同时能够满足净化指标要求。 在模试和侧线试验所取得的良好脱硫效果的基础上,在普光天然气净化厂进行了UDS溶剂的工业应用试验。结果表明,在工业装置目前操作条件下,维持尾气处理单元投用的完整工艺流程,应用UDS和MDEA溶剂,经一级吸收后COS含量分别约为165mg/m3和220 mg/m3。在停用水解反应器的工艺条件下,应用UDS溶剂,净化气中COS含量在135 mg/m3以下,产品气质量满足二类天然气指标要求。UDS溶剂对COS的总体脱除率较MDEA溶剂高出约20~27个百分点。达到相近再生效果的情况下,UDS和MDEA溶剂所需再生蒸汽单耗相当。在相近的操作条件下,应用UDS溶剂的净化装置的闪蒸气流量和闪蒸气中有机硫含量均低于MDEA。


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