王 智

（勝利油田勝利勘察設(shè)計研究院有限公司，山東東營 257000）

雅克拉集氣處理站天然氣脫汞工藝研究

王 智

（勝利油田勝利勘察設(shè)計研究院有限公司，山東東營 257000）

雅克拉集氣處理站于2005年11月投產(chǎn)，自投產(chǎn)以來運行穩(wěn)定。但2008年8月主冷箱脫水原料氣出口封頭焊縫出現(xiàn)刺漏，經(jīng)化驗為天然氣中含有微量汞所致。文章結(jié)合已建流程的特點，介紹了該處理站的天然氣脫汞工藝：在天然氣脫水裝置后增加了脫汞塔，吸附劑采用載硫活性炭，并設(shè)置過濾器去除可能產(chǎn)生的活性炭粉塵。文章還較詳細(xì)地說明了脫汞塔的設(shè)計要求和結(jié)構(gòu)形式。

天然氣；脫汞工藝；脫汞塔；載硫活性炭；過濾器

1 天然氣中汞的脫除工藝

天然氣中的汞含量一般為1～200 μg/m3。汞的脫除通常采用固體吸附劑，可將氣體中的汞脫除至0.001～0.01 μg/m3。按照吸附原理的不同，可以分為不可再生工藝和可再生工藝兩種。

1.1 不可再生工藝

通常采用載硫活性炭 （例如4×10目的HGR、載硫分子篩、金屬硫化物）作為吸附劑的固定床反應(yīng)器，浸漬的硫與汞反應(yīng)生成硫化汞而附著在活性炭過渡孔中[1]，從而達(dá)到脫汞的目的。壓力和進(jìn)口天然氣中的汞含量不會影響處理后氣體中的汞含量，但是降低氣體溫度和氣體的濕度可以提高處理效果，進(jìn)一步降低處理后氣體中的汞含量。例如，在71℃下含飽和水的氣體經(jīng)處理后的汞含量為0.1 μg/m3，而當(dāng)溫度降低至38℃、處理氣體為干氣時，處理后的汞含量為0.01μg/m3。具體見圖1、圖2。

海南海然高新能源有限公司于2007年3月對所屬LNG裝置的原料氣進(jìn)行脫汞[2]，主要技術(shù)參數(shù)如下：原料氣為經(jīng)分子篩干燥器脫水后的干氣，汞含量為20～40 μg/m3，脫汞塔直徑為1.3 m，高度為14 m，吸附劑采用載硫活性炭，裝填量為6 m3。

1.2 可再生工藝

通常采用Hg SIV作為吸附劑的固定床反應(yīng)器，在脫水的同時去除天然氣的汞， 處理后天然氣汞的含量低于0.1 μg/m3。埃及Khalda石油公司Salam天然氣處理廠原料天然氣的汞含量為75～175 μg/m3，為了防止鋁合金板翅式換熱器發(fā)生腐蝕以及汞在輸氣管道中凝結(jié)，進(jìn)入處理廠的原料天然氣先經(jīng)入口分離器進(jìn)行氣液分離，天然氣再經(jīng)吸附脫汞、三甘醇脫水，然后經(jīng)過透平膨脹機(jī)制冷、干氣再壓縮及膜分離系統(tǒng)。吸附脫汞采用Hg SIV吸附劑，處理后天然氣中汞含量低于20 μg/m3。

2 雅克拉集氣處理站原料氣中汞的發(fā)現(xiàn)及含量

雅克拉集氣處理站于2005年11月投產(chǎn)，自投產(chǎn)以來運行穩(wěn)定。但2008年8月主冷箱脫水原料氣出口封頭焊縫出現(xiàn)刺漏，經(jīng)化驗為天然氣中含有的微量汞所致。汞含量具體見表1。

表1 雅克拉集氣處理站原料氣汞含量

雅克拉集氣處理站的處理工藝如下：雅克拉氣田的天然氣經(jīng)采氣管道進(jìn)入站內(nèi)，在站內(nèi)經(jīng)分離、計量、節(jié)流后氣相進(jìn)入脫水前分離器，分離后的天然氣進(jìn)入天然氣脫水裝置。為滿足天然氣處理的要求，天然氣脫水裝置采用分子篩脫水。脫水后的天然氣經(jīng)天然氣換熱器冷卻后進(jìn)入低溫分離器；經(jīng)分離后的天然氣進(jìn)入透平膨脹機(jī)的膨脹端，膨脹后的溫度為-77.8℃，壓力為2.28 MPa。膨脹后的天然氣進(jìn)入重吸收塔回收凝液，而經(jīng)天然氣換熱器回收冷量，再進(jìn)入透平膨脹機(jī)的增壓端，增壓后的溫度為50.2℃，壓力為2.78 MPa。

3 脫汞工藝

根據(jù)雅克拉集氣處理站已建流程的特點，經(jīng)過反復(fù)論證，推薦采用載硫活性炭脫汞劑，為提高脫汞的效果，脫汞塔設(shè)在分子篩干燥器后，為防止分子篩粉塵對載硫活性炭的影響，脫汞塔設(shè)在粉塵過濾器之后。選用的載硫活性炭的技術(shù)參數(shù)如下：堆密度593 kg/m3，外形尺寸4×10目粒狀 （大于No.4目的 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）≤5%，大于No.10目的≤5%）。停留時間≥4s，空速＜500h-1（單位時間內(nèi)流過單位體積脫汞劑的天然氣量），吸附能力20% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

天然氣脫汞裝置的界區(qū)條件如下：處理規(guī)模為260萬m3/d，入口溫度為30.6℃，入口壓力為5.80 MPa，工作狀態(tài) （5.80 MPa，30.6℃）下的體積流量為1 787.43 m3/h。

為防止運行過程中產(chǎn)生的活性炭粉塵對下游設(shè)施的影響，脫汞塔后設(shè)置粉塵過濾器，見圖3。

在本裝置中，脫汞塔的設(shè)計是穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，在設(shè)計中采取了以下措施：

（1）原料氣濕度和溫度。脫汞塔設(shè)在分子篩干燥器后，降低了原料氣的溫度和濕度，提高了脫汞的效果。

（2）適宜的空氣流速和停留時間。停留時間≥16 s，空速≤300 h-1；保證汞在活性炭過渡孔中的擴(kuò)散和與吸附硫的反應(yīng)；選定脫汞塔裝填活性炭的容積為12.5 m3，外形尺寸為：D 1 400 mm×12 700 mm，裝填尺寸D 1 400 mm×8 400 mm。

（3）進(jìn)氣口設(shè)計。進(jìn)氣口采用側(cè)面開孔結(jié)構(gòu)，防止氣流對床層的直接沖擊。

（4）裝填結(jié)構(gòu)。裝填前將反應(yīng)器內(nèi)部清掃干凈，在篦板上鋪上8～10目不銹鋼絲網(wǎng)，先后堆放厚5 cm的φ 20 mm瓷球和厚5 cm的φ 8～10 mm的瓷球。脫汞劑應(yīng)裝實，避免氣流短路，直到裝至預(yù)定高度。

（5）結(jié)構(gòu)形式。在塔頂設(shè)置人孔及操作平臺，便于脫汞劑的裝填；在塔的下部設(shè)置人孔和卸料孔，便于脫汞劑的更換。具體結(jié)構(gòu)形式見圖4。

2009年10月脫汞塔投入運行后效果良好，凈化后氣體中汞的含量為0.08 μg/m3。

[1]鄧先倫，蔣建春．除汞載硫活性炭研發(fā)[J]．林產(chǎn)化工通訊，2004，（3）：13-16．

[2]夏靜森，王遇冬，王立超．海南福山油田天然氣脫汞技術(shù)[J]．天然氣工業(yè)，2007，(7)：127-128.

Process Research on Mercury Removal from Natural Gas at Yakela Gas Gathering Station

WANG Zhi（Shengli Engineering and Consulting Co.,Ltd.,Dongying 257000,China）

Yakela Gas Gathering Station has been in steady operation since its first production in November,2005.Yet there was gas leakage detected at the end plate welding joint of dehydration natural gas outlet on main cold box.Laboratory test showed that the leakage was caused by trace mercury contained in natural gas.Combined with the features of the existing process flow,this paper introduces natural gas mercury removal technology used at the station：a mercury removal column was added after the natural gas dehydration device,and sulfur-carrying active carbon was used as adsorbent.In addition,a filter was set to remove active carbon dust which is possibly generated in production.Design specification and structural configuration of the mercury removal column are also introduced in detail.

natural gas;mercury removal process;mercury removal column;sulfur-carrying active carbon;filter

TE868

B

1001－2206（2011）03－0039－02

王 智 （1971-），男，山東東營人，高級工程師，1994年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程系，碩士，現(xiàn)從事原油和天然氣加工及處理設(shè)計工作。

2010-10-29