天然气脱硫工艺的自动控制

2015-01-12吴洋

油气田地面工程 2015年10期

关键词：醇胺贫液塔顶

吴洋

大庆油田工程有限公司

天然气脱硫工艺的自动控制

吴洋

大庆油田工程有限公司

为满足管输或达到商品气质量要求，需对天然气中含有的H2S、CO2和有机硫化合物等酸性气体进行脱除，对大、中型脱硫（碳）装置而言，一般优先考虑采用醇胺法脱硫。采用醇胺法脱硫工艺流程的主要设备有脱硫吸收塔、再生塔，根据工艺介质条件、工艺设备（脱硫吸收塔、再生塔）的结构特性并考虑工艺设备安全，设置满足相应工况的自控设备，采用串级调节、分程控制以及超限报警联锁等多种自动控制方案，实现最佳脱硫效果，保护人员及工艺设备的安全。

天然气脱硫；吸收塔；再生塔；自动控制

1 脱硫的定义与方法

从天然气中脱除酸性组分的工艺过程称为脱硫、脱碳，习惯上统称为天然气脱硫。

脱硫按作用机理可分为化学吸收法、物理吸收法、物理—化学吸收法、直接氧化法、固体吸收/吸附法及膜分离法等。按脱硫剂形态不同可分为固体脱硫法、液体脱硫法[1]。

天然气脱硫（碳）方法尽管很多，但对大、中型脱硫（碳）装置而言，一般总是优先考虑采用醇胺法（化学吸收法的一种）。这是因为该法不但技术成熟，而且溶剂来源方便，有很强的适应性，因此是目前使用最多和最为主要的一种脱硫方法。

醇胺类化合物中至少含有一个羟基和一个胺基，羟基可降低化合物蒸汽压，并增加其在水中的溶解度；而胺基则为水溶液提供必要的碱度，促进对酸性组分的吸收。醇胺与H2S和CO2发生化学反应进而脱除H2S和CO2，反应可逆。

2 天然气脱硫工艺流程

从气井来气首先经过原料气过滤分离器进入吸收塔，含硫天然气自吸收塔底由下而上与醇胺液逆流接触。脱除酸气后从吸收塔顶部出来，成为湿净化气。吸收了H2S的醇胺液叫富液，首先在闪蒸塔内闪蒸至中压，脱除烃类气，然后通过贫富液换热器将贫液中的热量回收后进入再生塔进行解吸。吸收了H2S的富液在换热后，由塔的上部进入塔内自上而下流动，与塔底重沸器提供的蒸汽逆流接触进行传热传质。半贫液从塔中抽出后进入重沸器中加热，使其部分汽化，以提供塔所需要的汽提蒸汽。当采用热虹吸式重沸器时，重沸器出口为气液两相，并从塔的下部进入塔内，气相即为向上流动的汽提蒸汽，液相部分流入塔底成为再生贫液。被汽提出来的酸性气体（主要是H2S、CO2和水蒸气的混合物）从再生塔顶排出，经回流收集罐冷凝冷却后分为气液两相，气相（即酸气）去硫磺回收装置或CO2回收装置；液相（即酸性水）打入再生塔顶作为回流，以保持溶液中水组分的平衡并降低溶剂的蒸发损失。塔底贫液通过贫富液换热器和贫液冷却器将贫液温度降低后，通过泵送回吸收塔顶部继续循环使用。

3 天然气脱硫工艺与控制

天然气脱硫工艺自控流程如图1所示。

（1）脱硫装置经常发生的腐蚀和溶剂发泡、换热设备热阻增加等都与溶液中存在过多的外来物质有关。烃液和固体夹带物通常是引起吸收塔发泡的原因。此外，加入到气井中的缓蚀剂、钻井液及酸化液等都可能带入装置而污染溶液，因此原料气进吸收塔之前应进行分离、过滤。分离器入口设置进装置原料天然气超压联锁保护系统。当原料天然气压力超过设定值时，联锁保护系统开启放空联锁阀。

图1 天然气脱硫工艺自控流程

（2）脱硫吸收塔的作用是利用溶剂来吸收天然气中的H2S从而达到脱硫的目的。工作介质为原料天然气和脱硫剂（醇胺液）。脱硫吸收塔通常采用浮阀塔。从气井来的原料天然气经分离和过滤后，从塔的下部进入，自下而上流动。脱硫剂从塔的上部进入，自上而下流动；两者在塔板上逆向接触进行传质，经数层塔板后，原料气中的H2S被脱硫剂吸收成为净化气，并从塔顶流出。对进吸收塔的原料气及醇胺液进行流量计量、调节以确保原料气与醇胺液能够充分有效地接触；为保证原料气计量精度，按照压力、温度的变化进行全补偿流量计算和累积。脱硫吸收塔的稳定压力是保证脱硫正常运转的重要措施，在净化气输出管线上设置压力控制阀，以维持脱硫吸收塔的稳定压力。脱硫吸收塔液位是保证脱硫装置正常运转的主要参数，当液位过低造成吸收塔高压气体窜入低压闪蒸塔或进入再生塔时，将会造成设备损坏的重大事故。因此，液位控制系统设计应尽可能完善可靠，塔底液位设2个调节阀，当调节阀1不能稳定液位时，调节阀2投入使用，将液位调节到设定值；除设置吸收塔液位调节控制外还应设超低液位联锁保护。

（3）脱硫吸收塔的富液进入低压再生塔，随着压力的降低和温度的提高，在吸收塔中吸收的酸性气体H2S和CO2被解析出来，完成溶液的再生过程。塔顶的回流比改变是再生塔热平衡的直接反应，回流比可由塔顶温度间接控制。通过再生塔底蒸汽流量（主回路）以及塔顶温度（副回路）串级控制，以流量为主调回路，温度为副回路，主调回路为定值控制，副回路为随动控制以达到最佳再生温度，防止产生温度过低影响再生效果及温度过高可能造成的溶液降解等问题。另外回液收集罐的酸水回流控制采用液位调节方式。保证再生塔酸性气体解析的重要控制点在于保持再生塔压力稳定，其方法是设置对回液收集罐压力实行分程控制的调节阀3和调节阀4。正常操作时，控制去硫磺回收装置的调节阀3；当回收装置事故联锁切断酸气时，压力控制自动过渡到通往酸气放空火炬的调节阀4，为保证正常运转时酸气不泄漏，调节阀4应采用调节切断型调节阀。