摘要：天然气作为一种高效、便利的清洁能源，在我国的能源结构中扮演着越来越重要的角色。然而，开采出的天然气往往含有大量的H2S、CO2、水以及其他固体杂质，不仅会对设备造成损害，也会对环境造成污染，因此天然气净化工艺的水平及其优化显得尤为重要。本文主要通过介绍我国常用的脱硫脱碳净化工艺，并对相关设计要点进行优化分析，以便为相关的研究工作及实际生产工作提供指导。
关键词：天然气净化工艺；设计要点；发展目标；优化分析
天然气不仅是世界上重要的清洁能源，也是我国能源结构中的重要组成部分。由于未经净化的天然气多含有硫化物、二氧化碳以及水等有害物质，且往往含有砂砾以及铁锈等固体杂质，容易造成设备仪表损坏，以及管线、设备的腐蚀。目前我国主要的天然气净化方法为脱硫脱碳。天然气净化过程中由于工艺的选择、设备的选型以及工艺设计等方面存在的不足，使得天然气净化过程中会出现拦液以及溶液发泡等现象。为了更好解决日益突出的天然气净化问题，针对现阶段天然气净化工艺设计的要点进行分析探讨，并在传统设计方法的基础上，利用现代化技术，进行一定程度的优化和改良。
1天然气的净化工艺
1.1天然气脱硫
天然气中存在酸性气体（H2S、CO2）杂质主要的危害包括：增加天然气对金属的腐蚀；当利用天然气作化工原料时，还会使催化剂中毒，影响产品和中间产品的质量；污染环境；降低天然气的热值。脱硫的主要方法有化学吸收法、物理吸收法、直接氧化法等。
图1醇胺法的典型工艺流程
1.2天然气脱水
天然气中存在游离水，降温升压后会形成水合物腐蚀或堵塞设备管道，需要在温度高于水合物生成时将原料气中的水脱除。常用方法有冷却法、溶剂吸收法和固体吸附法。
图2吸附法脱水两塔工艺流程
1.3其他杂质的脱除
天然气中的微量汞也会造成铝合金材料腐蚀环境污染等，目前采用可再生的HgSIV吸附材料，可同时对气体进行干燥和出去Hg，且除Hg的性能特别好。为了防止冷却过程结冰，液化前要将重烃组分分离，常采用部分冷凝法。
2 天然气净化工艺的设计要点和优化
2.1原材料气分离系统及优化分析
原料气分离是天然气净化的第一步也是非常重要的一步。在使用胺法装置时，由于原料气夹带污染物，常常会引发热阻增加、溶液发泡和腐蚀等问题。其中常见的污染物有：气田水、防冻剂以及固体杂质等，这些污染物会对吸收塔造成一定的干扰，对天然气净化也会产生一定的影响。为了更好地改善这种情况，在天然气进入吸收塔之前加设两级分离设置，从而最大限度的保证天然气的纯净度。首先就是结合装置的机构特点，第一级可以运用重力分离的手段，第二级运用过滤分离的手段，这样的工作模式可以让过滤分离器的负荷得到降低，污染物的瞬间流量即便是增加也能迅速沉降分离，避免了工艺运用中一些污染物进入到重要的装置中，对工艺的运用造成不利影响。整个原料气分离系统所分离的污染物粒径由大到小，在重力分离器内，既可分离瞬间流量很高的液体物流（尤其是在上游管道通球时），又可使粒径＞100 μm的固体或液体缓冲沉降分离。
2.2胺液吸收塔和再生塔
吸收塔的主要作用是利用胺液吸收H2S、CO2，为了保障吸收塔的正常工作，需要保证吸入气体的纯净度，以使胺液与一些天然气杂质尽可能少的发生化学反应或不发生化学反应，且保障较高的胺液纯净度。通过有效控制塔盘板的间距可有效防止气泡现象的发生，同时也可有效的控制维修成本。此外合理计算浮阀数可确定鼓泡面积、设计合理的贫液进口也可降低CO2的吸收率。
再生塔的的功能与吸收塔是相反的，主要是利用温度、压力等条件析出主要作用是胺液中H2S、CO2，从而保证胺液的重复可循环利用。但是前提是温度满足条件的情况下，通常温度控制在120℃-150℃之间。压强的控制要求根据塔内胺液的容量和再生塔的设置有关，需要根据实际情况具体设置。一般情况下，再生塔内部的温度条件系统安置在塔顶，重沸器的安装位置是需要谨慎研究的。必须通过一系列计算才能够选择一个正确的位置。
2.3胺液过滤和惰性气体保护系统
如前所述，胺液本身的纯净度对保证天然气的净化起到关键作用，由此需要安装胺液过滤器以保证胺液的纯度。胺液的过滤方法主要有机械过滤和活性炭过滤，两种方法各有侧重点。设计要点是在过滤器的支持下将一些有害物质除去，选择合理的过滤手段，保证对杂质进行彻底过滤。为了确保胺液过滤保护系统的正常运行，可将磁棒置于系统的滤袋中，以确保含铁杂质的有效滤除；也可采用富液全过滤方式，减少设备的占地面积及维修成本；采用可靠的天然气软化水水洗工艺，增加回收处理装置，增强各种杂质的过滤效果。
为了防止胺液跟氧气接触会产生不可再生的化学降解物，需要惰性气体来保护胺液，常用的惰性气体主要是氮气，也可使用净化的天然气。为了最大限度的保证安全，需结合行业操作规范，选择合理的惰性气体进行气封处理。
2.4贫富液换热器和富液闪蒸罐
传统的贫富液换热器大多使用管壳式换热器，但难以满足日益增长的大规模、高负荷的的天然气净化需求，近些年来逐渐被体积更小、热导率更高的板式热水器所替代。富液闪蒸罐目的在于排除胺液中的溶解及烃类，降压后释放的H2S可作为燃料转入下一个系统，为更好控制富液的温度和流速，在进行富液闪蒸罐的优化设计时，应设定最小停留时间为20min。
2.5其他部件
要保证天然气的净化质量就必然离不开液体过滤器和原料气分离器等重要设备，而防腐和预防杂物堵塞才能保障这些设备的正常运行。在选择滤芯时要考虑其是否耐用、高效以及价格合理，在选择清洗拆卸工艺时则
要注重简洁和快速。
转动设备最重要是确保接触介质部位的材料能够抗腐蚀并且耐磨，此外安装断电时的自启动装置也能预防突然断电这样的紧急情况，在一定程度上还能提高转动设备效率，延长使用寿命。
3结论
综上所述，天然气净化工艺水平的高低直接影响整个流程的运作。采用可靠的工艺技术能提高净化效率、降低成本。在实际生产过程中，需要技术人员了解净化工艺的主要特点以及优化的方法，不断对净化工艺进行优化，让净化工艺的真正运用效果不断提升。而在具体操作中，需要针对天然气净化工艺的一些设计要点，在设计工艺时对每个系统进行完善和分析，提升工艺生产的整体水平。
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论文作者:吴明霞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/24
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