天然气加工复习资料

1、什么叫天然气，其烃类组成有哪些？

答：天然生成，并以一定压力蕴藏于地下岩层或缝隙中的混合气体。其实质都是指的以烃类为主的一类气体，一般可燃。天然气中的烃类主要包括三种：(1) 烷烃：如甲烷、乙烷、丙烷等(2) 环烷烃：五员环和六员环含量较多(3)芳烃：苯、甲苯及其同系物。 2、天然气中硫化物的测定方法-碘量法

答：碘量法：碘量法属于经典的含硫物测定方法，属还原法。原理是让硫化物高温催化加氢还原成H2S，用Zn(Ac)2溶液吸收H2S，生成ZnS沉淀，加碘液（碘过剩）反应，以淀粉作指示剂用Na2S2O3标准液回滴。碘量法反应式： ZnS + I2 = ZnI2 + S：2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6(连四硫酸钠) 含硫量计算：Ws =（VF-V）N1/2S2O32-×Es：上式中Ws——含硫量（mg）；V——回滴时所用Na2S2O3标准液的体积（ml）；VF——空白试验所耗Na2S2O3体积（ml）；Es——S分子量，N——摩尔浓度 3、热力学抑制剂工作原理及抑制剂类型

答：(1) 原理：向天然气中加入对合物抑制剂后改变水溶液或水合物相的化学位，从而使水合物的形成条件移向较低的温度或较高的压力范围。(2) 抑制剂类型① 电解质类型，如NaCl，CaCl2等无机盐② 醇类，如甲醇，乙二醇

4、动力学抑制剂原理、特点及应用类型

答： ① 原理：在水合物成核和生长的初期中，吸附在水合物颗粒表面，从而防止颗粒达到临界尺寸，或者推迟水合物成核和晶体生长的时间，因而可起到防止水合物堵塞管道的作用。② 特点： 价格高，但使用量远低于热力学抑制剂，操作成本较低。抑制效果不算很好，仅在国外一些油田实验。③ 应用类型：酪氨酸及其衍生物、N－乙烯基吡咯烷酮(NVP)的聚合物 5、常规胺法工艺流程。

1—原料气2—湿净化气3—闪蒸气体 4—酸气5—贫液6—富液A—吸收塔B—闪蒸罐C—贫富液换热器D—再生塔E－重沸器F－贫液冷却器

叙述：含硫天然气自吸收塔底进入与由上而下的醇胺液逆流接触，脱除酸气后从吸收塔顶部出来，成为湿净化气。吸收了硫化氢的醇胺液叫富液，从吸收塔底出来后进入闪蒸罐降压闪蒸，脱除烃类气，再经贫富液换热器升温后进入再生塔解吸，再生完全的醇胺液叫贫液，经降温后泵送回吸收塔顶部继续循环使用。

6、火炬及放空单元的作用

答：保障工艺装置在开、停车以及紧急事故情况下排出原料气、净化气、酸气以及处理工厂排出的污油、分液罐的排出液。一般分别设有高压天然气放空系统和低压酸气放空系统，同时设置有火炬。 7、各种醇胺溶液特点是什么

答：①一乙醇胺法(MEA法)：各种醇胺中，MEA是最强的有机碱，它与酸气的反应最迅速。虽然它与H2S的反应速度快于CO2，但在实际运行中并不显示出具有选择脱除H2S的能力。高净化度；与COS及CS2发生不可逆降解 ；腐蚀限制了MEA溶液浓度及酸气负荷 ; MEA装置通常配置溶液复活设施。②二乙醇胺法的特点如下：用于天然气净化可保证净化度、基本不为COS及CS2降解、DEA法通常不安排溶液复活设施③二异丙醇胺(DIPA法)：蒸汽耗量低、腐蚀轻、降解慢；DIPA的缺点是相对分子质量大，此外其熔点较高导致制备溶液较为麻烦。④二甘醇胺法(DGA法)：高DGA浓度。溶液浓度高达65％、高H2S净化度、二甘醇胺溶液凝固点低。溶液的凝固点低于－40℃。 8、多乙二醇二甲醚法

答：对于天然气脱硫脱碳而言，多乙二醇二甲醚法是物理溶剂法中最重要的一种方法。此法是由美国Allied化学公司首先开发的，其商业名称为Selexol，现已建设50余套工业装置，其中大约三分之一用于处理天然气。使用了通式为CH3(OCH2CH2)nCH3的混合物，其中n=3～9 。以Selexol溶剂对CH4的溶

解度为1.0，则H2S在Selexol溶剂溶解度是CH4的134倍，CO2则是CH4的15.2倍，这些溶解度的差别不仅提供了从天然气除H2S及CO2的可能性，而且也提供了在H2S及CO2同时存在下选择脱除H2S的可能性。与H2S及CO2相比，Selexol溶剂对有机硫也有较好、甚至更好的亲和力，甲硫醇解度为甲烷的340倍，COS为35倍，CS2为360倍，噻吩达到8200倍；Selexol溶剂对水分有极好的亲和力，水分的溶解度为CH4的11000倍，H2S的82倍。可以同时脱硫脱水。较高碳数的烃类在Selexol溶剂中亦有较高的溶解度，因此如何减少烃损失和提高酸气质量将成为需要考虑的重要课题。装置工艺：

图18 NEAG—ⅡSelexol装置 9、影响脱硫脱碳工艺选择的因素 答：①首要因素是能否满足工艺要求，就天然气净化厂而言，酸气脱除的类型可分为同时脱除H2S和CO2、选择性脱除H2S、脱除CO2，此外还有原料气有机硫含量能否满足质量要求，是否需要脱除的问题等；②脱硫脱碳装置如需下游装置配套(如胺法再生产生的酸气需有处理装置)时则应综合考虑；③工艺可能产生的废气、废液、废料及其处理问题；

④工艺的复杂程度，可靠性及工业经验；⑤估计的投资费用；⑥估计的能耗及物料消耗费用；⑦装置建设者的自身经验，这也是涉及工艺取舍的一个因素。 10、天然气脱硫脱碳工艺的选择原则

答：(1) 通常情况通常情况下，规模较大的装置应首先考虑采用胺法的可能性：在原料气碳硫比较高(CO2/H2S大于6)，为获得适于克劳斯装置加工的酸气而需要选择性脱除H2S时，以及其他可以选择脱除H2S的工况，应采用MDEA选吸工艺；在脱除H2S同时亦需脱除相当数量CO2时，可采用MDEA和其他醇胺(如DEA)组合的混合胺法；天然气压力较低，净化气H2S指标要求严格且需要同时脱除CO2时，可采用MEA法、DEA法或混合胺法；在高寒或沙漠缺水地区，可选用DGA法。(2) 原料天然气需脱除有机硫时通常应采用砜胺法：原料气含一定量有机硫需要脱除、且CO2亦需与H2S同时脱除的工况，应选用砜胺Ⅱ型工艺；需要从原料气中选择性脱除H2S和有机硫、可适当保留CO2的工况，应该选择砜胺Ⅲ型工艺；H2S分压比较高的天然气以砜胺法处理时，其能耗显著低于胺法；当砜胺法仍然无法达到所需要的净化气有机硫含量指标时，可继以分子筛法脱硫。(3) 原料气H2S含量低的情况：在原料气H2S含量低、潜硫量不大、碳硫比高且不需要脱除CO2时可以考虑如下工艺：潜硫量在0.5～5t/d之间，可考虑选用直接转化法，如络合铁法ADA－NaOH法或PDS法(酞菁钴磺酸盐液相催化法)等；潜硫量小于0.1t/d时可选用非再生类方法，如固体氧化铁法、氧化铁浆液法；(4) 高压、高酸气浓度的天然气：主要脱除大量CO2的工况，可考虑选用膜分离法、物理溶剂法或活化MDEA法；

需要同时大量脱除H2S和CO2的工况，可分两步处理，第一步以选择性胺法处理原料气以获得富H2S酸气送克劳斯装置，第二步以混合胺法(Miscellaneous Processes )或常规胺法处理达净化指标；对大量CO2需要脱除的同时亦有少量H2S需要脱除的工况，可先用膜分离法处理继以胺法满足净化要求。

11、胺法的主要设备

答：①吸收塔：逆流的气液传质设备有填料塔和板式塔两类。②再生塔：再生塔用于使酸气从富液中解吸，富液向塔下部流动，为了增强溶液再生效果和提供热量，通常设有重沸器，使胺液产生蒸汽，蒸汽在再生塔内加热溶液并与解吸的酸气一起向上流动，塔顶则有回流流下以降低酸气分压和维持系统溶液组成稳定。大型胺法装置的再生塔亦多使用浮阀塔。③ 重沸器：胺法装置的重沸器具有供热、产生蒸汽(以降低酸气分压)和使残余酸气进一步从溶液中解吸等多项功能；④ 闪蒸罐：闪蒸罐用于使吸收塔底流出的富液夹带和溶解的烃类逸出，既可回收用作工厂的燃料气，也可降低去后续硫磺回收装置的酸气中的烃含量。⑤过滤器：溶液过滤器虽是装置的配套设施，却需给予应有的重视。⑥换热器 12、硫回收催化剂的失活原因与防治措施

答：1、催化剂失活原因（1）老化：由于高温作用催化剂微孔结构变化引起失活使得催化剂活性永久丧失。(2) 硫沉积： 即转化器操作温度低于硫露点，导致液硫生成并堵塞催化剂内部孔隙，遮盖了催化活性中心。但此种失活可借提升催化床层温度来恢复催化活性。（3）炭沉积：进料气中烃类的不完全燃烧和上游带入的醇胺液经高温反应转变为炭状物和焦油状物质沉积在催化剂上，即炭沉积。可用提高床层温度如烧炭来解决炭沉积问题。(4) 硫酸盐化：提高转化器操作温度和过程气中H2S含量，可以使已经硫酸盐化的催化剂还原再生。 13、胺法脱硫装置的腐蚀与防护

答：(1) 醇胺法脱硫脱碳装置的主要腐蚀形态① 全面腐蚀② 局部腐蚀③ 应力腐蚀开裂(SCC)与氢致开裂(HIC)。防护措施：合理的设计条件;严格的操作控制；恰当的材料选用；必要的工艺防护。 14、CO2的腐蚀机理及防护

答: 干燥的CO2同样对金属材料无腐蚀作用，但溶解于水后会促进化学腐蚀。就本质而言，CO2水溶液(碳酸)中的腐蚀是电化学腐蚀，具有一般的电化学腐蚀特征。 15、溶液发泡对MDEA的影响

答：MDEA发泡将导致溶液净化效率降低、溶液再生不合格，雾漠夹带严重使溶液损耗增加、系统处理能力严重下降、净化气质量不达标等一系列问题，不仅影响装置正常运行，而且还会造成严重的经济损失。 通常吸收塔是最容易发泡的部位，但再生塔也可能发泡。 16、H2S和CO2的腐蚀机理以及总体防护措施

答： ① H2S的腐蚀机理：干燥的H2S对金属材料无腐蚀破坏作用，但溶解于水后则具有极强的腐蚀性。

＋－－＋2-H2S溶于水后立即电离而呈酸性：H2S：H +HS (1) HS ：H + S (2)，上述反应释放出的氢离子

是强去极化剂，易在阴极夺取电子，从而促进阳极溶解反应而导致钢材腐蚀。阳极反应的产物硫化铁(FeS)与钢材表面的粘结力甚差，易脱落且易被氧化，于是作为阴极与钢材基体构成一个活性微电池，继续对基体进行腐蚀。这是H2S在醇胺法装置上产生电化学腐蚀的基本原理。防护措施：合理的设计条件;严格的操作控制；恰当的材料选用；必要的工艺防护。

17、油吸收法吸收NGL的原理和工艺流程（流程图略）

答：(1)原理：利用不同烃类在吸收油中溶解度差异，而使天然气中各组分得以分离。吸收油一般采用石脑油、煤油或柴油，其相对分子质量在100～200。吸收油相对分子质量越小，NGL收率越高，但吸收油的蒸发损失也越大。流程叙述：以低温油吸收法为例，原料天然气经冷冻后进入吸收塔底部，与自上而下的吸收油逆流接触，，气体中大部分丙烷、丁烷以上烃类吸收下来。吸收塔底流出富吸收油(简称富油)进入富油稳定塔，脱出不需要回收的轻组分如甲烷等，然后在富油蒸馏塔中将富油中所吸收的乙烷、丙烷、丁烷及以上烃类从塔顶蒸出。从富油蒸馏塔底流出的贫吸收油(简称贫油)经冷却后去吸收塔循环使用。

图18 NEAG—ⅡSelexol装置 表22 NEAG—Ⅱ装置产品天然气规格 H2S 总硫 热值 Wobbe值 水露点 mg/m3 mg/m3 kJ/m3 kJ/m3 (7.1MPa)℃ <3.5 <50 35170±840 44380±1670 －8

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