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                       150TG34F雙密封導(dǎo)軌閥在高含硫天然氣凈化

                              上海申弘閥門有限公司
之前介紹HTDQ96P1W電動超高溫蝶閥技術(shù)參數(shù)，現(xiàn)在介紹150TG34F雙密封導(dǎo)軌閥在高含硫天然氣凈化高含H2S和CO2的“雙高”天然氣凈化技術(shù)面臨天然氣氣質(zhì)和尾氣排放標準的雙重挑戰(zhàn)，脫除有機硫，減緩溶劑變質(zhì)。進一步提高硫磺回收裝置總硫回收率是“雙高”天然氣凈化技術(shù)面臨的主要問題。在回顧國內(nèi)外高含硫天然氣脫硫脫碳和硫磺回收技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)有高含硫天然氣凈化技術(shù)存在的問題，即硫、碳含量“雙高”天然氣凈化脫硫溶劑循環(huán)量大、裝置能耗高、脫硫溶液易變質(zhì)、新標準下硫磺回收尾氣排放難以達標和硫磺回收裝置效率難以提升等，進而提出了物理溶劑脫硫脫碳技術(shù)、天然氣脫硫脫碳溶劑變質(zhì)與復(fù)活技術(shù)、H2S直接氧化工藝技術(shù)和天然氣中COS水解技術(shù)等新的研發(fā)方向，以期形成適用于“雙高”天然氣凈化的系列配套技術(shù)，助推我國高含硫天然氣的開發(fā)。隨著社會的發(fā)展,社會各界對天然氣的需求量越來越大,這在一定程度上帶動了天然氣田的開發(fā)利用,但是該類氣田中的天然氣含有較多的二氧化碳和硫化氫,一般的天然氣凈化技術(shù)很難滿足這類高含硫天然氣的凈化條件,所以,目前我國的許多天然氣處理技術(shù)還有待發(fā)展,技術(shù)水平也還有待提在我國已探明的天然氣氣田中,含硫天然氣氣田約占31.7%,而高含硫的天然氣凈化難度大,因此天然氣的凈化和使用就成為一個重要的研究課題。某高含硫氣田天然氣處理廠使用Sulfinol-M工藝脫除原料氣中的H2S和部分CO2,采用三甘醇(TEG)吸收法脫除濕凈化氣中的H2O,zui終得到的產(chǎn)品氣符合國家標準GB 17820《天然氣》Ⅱ類技術(shù)指標。工程中采用二級常規(guī)克勞斯(Claus)工藝回收脫硫單元以及尾氣處理單元汽提酸氣中的H2S,并且在尾氣處理單元使用串級SCOT工藝來降低SO2排放量。目前該高含硫氣田工程已處于施工階段,為以后的高含硫天然氣處理工藝設(shè)計提供了參考。雙密封軌道閥(簡稱TG)是國內(nèi)*的雙關(guān)斷及泄放功能的閥門。結(jié)構(gòu)上的主要特征是以密封件相對閥體的垂直移動——一種利用彈性密封圈將磨損轉(zhuǎn)移至金屬中介面上的“楔形”設(shè)計為特點，消除了在普通閥門中普遍存在的密封 雙密封導(dǎo)軌閥的*結(jié)構(gòu)，來闡述該類閥門用在油氣儲運管線上體現(xiàn)的許多獨到功能，這些功能可以很容易地解決管匯設(shè)計中碰到的難題，從而簡化管匯設(shè)計。雙密封導(dǎo)軌閥系是在綜合了閘閥i旋塞閥的優(yōu)點,并參照國外相關(guān)閥門的結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上研制成功的。它以*的斜楔形結(jié)構(gòu),將閥門啟、閉過程中密封件間的摩擦消除,實現(xiàn)了閥門的零泄漏、長壽命。在設(shè)計過程中,以國內(nèi)相關(guān)的閥門標準為

150TG34F雙密封導(dǎo)軌閥在高含硫天然氣凈化雙密封導(dǎo)軌閥的詳細信息
雙密封軌道閥(簡稱TG )是國內(nèi)*的雙關(guān)斷及泄放功能的閥門。結(jié)構(gòu)上的主要特征是以密封件相對閥體的垂直移動——一種利用彈性密封圈將磨損轉(zhuǎn)移至金屬中介面上的“楔形”設(shè)計為特點，消除了在普通閥門中普遍存在的密封件擦傷問題，在旋轉(zhuǎn)過程中，密封件和閥體之間始終保持一定的間隙，使密封件得以自由移動，在密封面之間無摩擦，因而密封件不會有磨損。
關(guān)鍵詞：高含硫  天然氣  凈化  脫硫  脫碳  硫磺回收  物理溶劑法  直接氧化  COS水解
A state of the art of high-sulfur natural gas sweetening technology and its research direction
Abstract：The natural gas sweetening process for a high content of H2S and CO2 will have to meet both needs of natural gas quality and tail gas emission standards．Thus，the involved major issues in such a process include desulfurization，slowing down the degeneration of desulfurization solvents，and further improving the total sulfur recovery rate of the unit．In view of this，based on an overview of the state of the art of desulfurization，decarbonization and sulfur recovery for high sulfur natural gas at home and abroad，this paper analyzes the existing problems of the current high sulfur gas sweetening technologies，i．e．a(chǎn) large recycling volume of desulfurization solvent，a high energy consumption of the unit，the perishable of desulfurization solute，great challenge of meeting the requirement of tail gas emission and enhancing the efficiency of sulfur recovery unit，etc．On this basis，new research directions are pointed out：desulfurization and decarbonization of physical solvents，the revivification of the perishable desulfurization and decarbonization solvents，high efficiency H2S direct oxidization，and carbonyl sulfide hydrolysis in natural gas，which will be hopefully helpful for producers to achieve the highly efficient development of high-sulfur natural gas．
Key words：high sulfur，natural gas，sweetening process，desulfurization，decarbonization，sulfur recovery，physical solvent method，direct oxidization，carbonyl sulfide hydrolysis

2012年以來，隨著天然氣新標準GB l7820-2012的頒布實施和天然氣凈化行業(yè)大氣污染物排放標準新標準的制定，將一類天然氣中CO2含量和總硫含量分別從3％和l00mg／m3降到2％和60mg／m3，硫磺回收及尾氣處理裝置排放尾氣中的SO2。含量則從960mg／m3降到500mg／m3。另一方面，國內(nèi)外近年來發(fā)現(xiàn)大量高含H2S和CO2的“雙高”天然氣田，常規(guī)天然氣凈化技術(shù)的不適應(yīng)性越來越凸顯。天然氣氣質(zhì)升級、尾氣排放遞減和氣質(zhì)組成日趨復(fù)雜已成為推動天然氣凈化技術(shù)進步的強大動力，也對天然氣凈化技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。將軍閥、雙關(guān)雙斷閥、雙密封導(dǎo)軌閥適用于：煤油、原油、輕質(zhì)油、天然氣、液化氣、管道煤氣、化工介質(zhì)等管道上，作為截斷介質(zhì)的理想裝置。
     特  點：
①閥門在開關(guān)過程中，閥體密封面與滑片密封面沒有任何接觸，因此，密封面無摩擦、磨損、閥門的使用壽命長，開關(guān)力矩小；
②閥門在維修時，不需將閥門從管線上拆下，只需將閥門底蓋拆開，調(diào)換一對滑片即可，維修十分方便；
③閥體及旋塞為全通徑，介質(zhì)在通過閥門時無流阻，并且可通球?qū)艿肋M行清洗，克服了縮徑閥門的缺點；     
④ 閥體內(nèi)腔鍍有硬鉻，密封區(qū)域堅硬光滑；
⑤ 滑片上的彈性密封采用氟橡膠，并且模壓成型在滑片表面溝槽中。具有防火功能的金屬對金屬的密封作為彈性密封的背襯；
⑥ 閥門具有自動泄放裝置（備選），在閥門*關(guān)閉后，防止閥腔異常升壓并檢驗閥門的效果；
⑦ 閥門開關(guān)指示器與開關(guān)位置同步，可以準確顯示閥門的開關(guān)狀態(tài)。

1 高含硫天然氣凈化技術(shù)現(xiàn)狀
1．1 “雙高”天然氣脫硫脫碳技術(shù)現(xiàn)狀
對于處理量較大的高含H2S和CO2天然氣的脫硫脫碳，目前國外主要采用DEA法、MDEA法或以MDEA為基礎(chǔ)的配方脫硫脫碳溶劑法等。如俄羅斯的阿斯特拉罕氣田是一個高含H2S和CO2的巨型氣田，其天然氣中H2S含量為20.7％～22.5％，CO2含量為l7.9％～21.5％。阿斯特拉罕天然氣加工廠的高壓脫硫裝置采用DEA+MDEA混合溶劑法進行脫硫脫碳，每套裝置處理量約為500×104m3／d，吸收塔壓力為6.5MPa。當天然氣中的有機硫、H2S和CO2含量均較高時，目前國外主要采用Sulfinol法、Flexsorb PS法等物理化學(xué)溶劑法或Selexol法、Purisol法等物理溶劑法來脫硫脫碳。如加拿大的Pine Rive氣體加工廠處理的原料氣中H2S和CO2含量均達10％，同時還含有有機硫，該廠兩套脫硫裝置均采用Sulfinol法。對有機硫含量特別高、且對凈化氣總硫含量要求特別低的高含硫天然氣的凈化處理，國外主要采用組合工藝。如俄羅斯奧倫堡天然氣加工廠就是采用DEA+MDEA混合胺和組合工藝脫除有機硫的典型案例之一，該廠有機硫(硫醇)含量高達600mg／m3。為了深度脫除有機硫，又添加了一個分子篩(NaX)和硅膠吸附器脫硫醇并脫水，從而使凈化氣達到管輸標準。

1．2 “雙高”天然氣硫磺回收技術(shù)現(xiàn)狀
復(fù)雜氣質(zhì)的天然氣，特別是高含H2S和CO2天然氣經(jīng)脫硫后，所產(chǎn)酸氣中的H2S含量普遍偏低。一般來講，硫磺回收裝置酸氣中的H2S含量越高，其硫回收率也越高，同時難于轉(zhuǎn)化的硫副產(chǎn)物也越少，尾氣SO2的排放量越低。典型情況下，中低含硫天然氣脫硫后酸氣中的H2S含量通常為50％～80％，三級克勞斯硫磺回收裝置總硫回收率可超過97％，同時副產(chǎn)有機硫含量不大于0.2％，輔以常規(guī)水解技術(shù)就可將硫損失降低到相當水平。而高含硫天然氣脫硫后酸氣中的H2S含量普遍低于50％，甚至可能低至，10％，使三級克勞斯硫磺回收裝置總硫回收率降至96％，同時副產(chǎn)有機硫含量增至0.5％左右，常規(guī)水解技術(shù)很難保證硫損失降低到足夠水平。另外，新開發(fā)的高含H2S和CO2氣田產(chǎn)量普遍較大，以年產(chǎn)100×l08m3、含20％H2S的天然氣為例，其相應(yīng)的硫磺年產(chǎn)量達350×104t。如果硫磺回收裝置硫回收率降低1％，相應(yīng)損失硫磺產(chǎn)量達3.5×104t。另一方面，國內(nèi)外環(huán)保要求日益嚴格，我國天然氣凈化行業(yè)大氣污染物中SO2允許排放濃度從960mg／m3降到500mg／m3。大型高含硫天然氣凈化廠SO2排放總量巨大。仍以年產(chǎn)l00×108m3、含20％H2S的天然氣為例，即使裝置*尾氣SO2允許排放濃度為500mg／m3的新標準，其SO2年排放量仍然高達5000t。大型高含硫天然氣凈化廠必然成為環(huán)保部門的重點控制和監(jiān)控對象。為了減小環(huán)境污染、滿足尾氣排放新標準的要求，必須開展硫磺回收新技術(shù)的研究。

2 高含硫天然氣凈化技術(shù)存在的問題
2．1 “雙高”天然氣脫硫脫碳技術(shù)存在的問題
目前，國內(nèi)對高含硫天然氣開發(fā)(特別是川東北地區(qū)高含硫氣田開發(fā))相關(guān)脫硫脫碳技術(shù)進行了一定的研究，取得了一些成果，研究所涉及的H2S和CO2含量分別為l0％和8％左右。而針對“雙高”天然氣，如俄羅斯阿斯特拉罕氣田H2S和CO2含量均超過20％的天然氣凈化處理我國尚無成熟經(jīng)驗[1]。對H2S和CO2含量均達20％的天然氣，采用普通的脫硫溶劑則循環(huán)量大、能耗高。由于高含硫天然氣開采工藝復(fù)雜，可能給下游天然氣凈化引入更多的雜質(zhì)使脫硫溶液變質(zhì)，同時天然氣高含H2S和CO2這種氣質(zhì)特點本身也使脫硫溶液更易變質(zhì)。脫硫溶液變質(zhì)后不僅脫硫性能變差，導(dǎo)致產(chǎn)品氣不合格，且脫硫溶液易發(fā)泡，其腐蝕性也會增大，從而嚴重危害裝置的安全平穩(wěn)運行[2]。因此，針對這一特殊氣質(zhì)的天然氣，其脫硫脫碳凈化工藝技術(shù)還有待進一步優(yōu)化，需要開發(fā)出脫硫脫碳效率更高的溶劑[3]，以降低能耗。有針對性地研發(fā)相應(yīng)的脫硫溶液變質(zhì)與復(fù)活技術(shù)，對保障高含H2S和CO2天然氣凈化裝置的安全平穩(wěn)運行有著重要意義。

2．2 “雙高”天然氣硫磺回收技術(shù)存在的問題
對高含H2S和CO2天然氣脫硫脫碳后的酸氣進行硫磺回收，核心問題是提高裝置總硫回收率，降低尾氣中SO2的排放量[4]。按照GB l6297-1996的規(guī)定，尾氣中SO2含量為960mg／m3時，不同煙氣溫度下硫磺回收及尾氣處理裝置總硫回收率和酸氣中H2S體積分數(shù)的關(guān)系見表1。工作原理：
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥雙關(guān)雙斷及泄放功能閥門的工作原理關(guān)鍵是安裝在旋塞上的兩片密封滑片的動作。    
閥門關(guān)閉：
    閥門關(guān)閉時，先旋轉(zhuǎn)手輪，將旋塞及密封滑片旋轉(zhuǎn)90°，然后旋塞向下移動，隨著旋塞的運動時推動密封滑片向閥體內(nèi)腔封面直至彈性密封圈被均勻地擠壓到閥孔上下端，形成密封。        
閥門開啟：
    閥門開啟時，先旋轉(zhuǎn)手輪提升旋塞，將密封滑片從閥體兩側(cè)密封面拉回。當滑片*收回脫離閥體密封面后，繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，使旋塞及密封滑片旋轉(zhuǎn)90°，閥門處于開啟位置。    
關(guān)于密封：
    彈性密封圈是模壓成型在滑片的溝槽中，隨著密封滑片向閥門的進出口移動，密封圈子也逐漸被壓入溝槽中，經(jīng)過機械加工的滑片表面與閥體內(nèi)腔形成二級金對金屬密封防止彈性密封圈子繼續(xù)被壓，并且具有防火功能。

雙關(guān)雙斷及泄放：
    這是一種通過兩個切斷閥和一個在其中間的泄放閥達到*隔斷兩端管線目的的方法，關(guān)閉兩主要閥門關(guān)開啟泄放閥可提高被系統(tǒng)的安全性。如果*個閥門泄漏，漏離的介質(zhì)可由開啟的泄放閥導(dǎo)出。

雙密封方式：
    兩個獨立的密封滑片在閥孔上下端壓緊（雙關(guān)斷），當閥門關(guān)閉時，泄放閥被打開，檢驗密封效果（泄放）。

 
由表l、2可知，由于對摻入空氣稀釋沒有明確限制，如果考慮到酸氣濃度很低的極限情況，達到GB 16297-1996標準的zui低總硫回收率可以低至99.00%左右，而新標準對摻入空氣稀釋進行了明確限制，即使考慮到酸氣濃度很低的極限情況，要求的zui低總硫回收率也達99.84％～99.87％[5]。
3 高含硫天然氣凈化技術(shù)研發(fā)方向
3．1 “雙高”天然氣脫硫脫碳技術(shù)研發(fā)方向
物理溶劑法是利用H2S、CO2和有機硫等雜質(zhì)與CH4等烴類在溶劑中溶解度的巨大差別來實現(xiàn)凈化分離的。由于酸氣在物理溶劑中的溶解熱大大低于其與化學(xué)溶劑的反應(yīng)熱，故溶劑再生的能耗低。物理溶劑法既可以同時脫硫脫碳也可以選擇性脫除H2S，同時對有機硫也有良好的脫除能力。目前國內(nèi)在用物理溶劑法凈化高酸性天然氣方面還是空白，因此，有必要開展物理溶劑法脫除高酸性天然氣中H2S、CO2和有機硫的試驗研究。
空間位阻胺—物理溶劑法也是“雙高”天然氣脫除有機硫的重要方法。位阻胺、位阻胺+MDEA復(fù)配和位阻胺+MDEA+物理溶劑復(fù)配等方法分別適用于不同碳、硫比和有機硫含量的天然氣，并具有不同的再生、腐蝕和抗發(fā)泡性能。另外酸性氣體組分在空間位阻胺物理溶劑和傳統(tǒng)MDEA溶劑中具有不同的平衡溶解度數(shù)據(jù)，因此，必須建立相應(yīng)的熱力學(xué)模型和吸收動力學(xué)模型，并將模型軟件化，以指導(dǎo)天然氣凈化裝置的設(shè)計及操作。
脫硫溶劑變質(zhì)與復(fù)活一直是影響天然氣凈化裝置操作效率、導(dǎo)致溶劑性能下降的重要因素。對于處理高含H2S和CO2天然氣的凈化裝置米說，這一因素將更加突出。分析高含H2S和CO2天然氣脫硫脫碳溶劑在凈化生產(chǎn)過程中可能形成的變質(zhì)產(chǎn)物種類，輔以合適的復(fù)活技術(shù)，是提高天然氣凈化裝置操作穩(wěn)定性，改善溶劑效率的重要手段，因此，必須增強對高含H2S和CO2天然氣脫硫脫碳溶劑變質(zhì)與復(fù)活技術(shù)的研究與攻關(guān)。

3．2 “雙高”天然氣硫磺回收技術(shù)研發(fā)方向
傳統(tǒng)硫磺回收技術(shù)中的還原  直接氧化型EU-RO-Claus工藝總硫回收率已達99.5％，距離新標準要求的總硫回收率還差0.43％左右，這主要是由于該工藝流程中的直接氧化段硫轉(zhuǎn)化率只有85％，很難進一步提高。通過改進該T藝流程中直接氧化段所用的催化劑，可進一步將直接氧化段硫轉(zhuǎn)化率提高到95％以上，從而使工藝能滿足新標準的要求。因此，H2S直接氧化催化劑是硫磺回收技術(shù)攻關(guān)方向之一[6]。
傳統(tǒng)尾氣處理技術(shù)中還原吸收類工藝可將裝置總硫回收率提高到99.8%以上，因而得到了廣泛應(yīng)用。而應(yīng)用固體吸附劑吸附尾氣中的SO2，再通過脫附再生富集SO2，然后作進一步處理，可作為還原吸收類工藝的替代工藝。盡管目前該工藝尚未工業(yè)應(yīng)用，但發(fā)展前景巨大，因此，克勞斯尾氣SO2吸附工藝及配套吸附劑是硫磺回收技術(shù)另一攻關(guān)方向。
高含H2S和CO2天然氣中往往含有有機硫。通過脫硫溶劑脫除有機硫是目前較成熟的有機硫脫除技術(shù)。除此之外，通過使用低溫COS水解催化劑，將天然氣中所含有機硫(特別是COS)水解脫除，也是近年來較有發(fā)展?jié)摿Φ奶烊粴庥袡C硫脫除技術(shù)。該技術(shù)與有機硫脫除溶劑相結(jié)合，是滿足天然氣有機硫氣質(zhì)標準和克勞斯尾氣SO2排放標準的*方案之一。
4 結(jié)束語
高含硫天然氣，特別是高含H2S和CO2的“雙高”天然氣凈化技術(shù)面臨天然氣氣質(zhì)和尾氣排放標準的雙重挑戰(zhàn)。脫除有機硫、減緩溶劑變質(zhì)、進一步提高硫磺回收裝置總硫回收率是“雙高”天然氣凈化技術(shù)面臨的主要問題。建議下一步在物理溶劑研究、空間位阻胺物理溶劑研究、溶劑變質(zhì)產(chǎn)物及復(fù)活技術(shù)研究、H2S直接氧化催化劑研究、克勞斯尾氣SO2吸附技術(shù)研究和天然氣低溫COS水解技術(shù)研究等方面開展技術(shù)攻關(guān)，形成適用于“雙高”天然氣凈化的系列配套技術(shù)。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：D941W-1C電動通風(fēng)蝶閥在新余礦業(yè)應(yīng)用