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                       150TG34F雙密封導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參數，現在介紹150TG34F雙密封導軌閥在高含硫天然氣凈化高含H2S和CO2的“雙高”天然氣凈化技術面臨天然氣氣質和尾氣排放標準的雙重挑戰，脫除有機硫，減緩溶劑變質。進一步提高硫磺回收裝置總硫回收率是“雙高”天然氣凈化技術面臨的主要問題。在回顧國內外高含硫天然氣脫硫脫碳和硫磺回收技術現狀的基礎上，分析了現有高含硫天然氣凈化技術存在的問題，即硫、碳含量“雙高”天然氣凈化脫硫溶劑循環量大、裝置能耗高、脫硫溶液易變質、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、天然氣脫硫脫碳溶劑變質與復活技術、H2S直接氧化工藝技術和天然氣中COS水解技術等新的研發方向，以期形成適用于“雙高”天然氣凈化的系列配套技術，助推我國高含硫天然氣的開發。隨著社會的發展,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還有待發展,技術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終得到的產品氣符合國家標準GB 17820《天然氣》Ⅱ類技術指標。工程中采用二級常規克勞斯(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計提供了參考。雙密封軌道閥(簡稱TG)是國內*的雙關斷及泄放功能的閥門。結構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移至金屬中介面上的“楔形”設計為特點，消除了在普通閥門中普遍存在的密封 雙密封導軌閥的*結構，來闡述該類閥門用在油氣儲運管線上體現的許多獨到功能，這些功能可以很容易地解決管匯設計中碰到的難題，從而簡化管匯設計。雙密封導軌閥系是在綜合了閘閥i旋塞閥的優點,并參照國外相關閥門的結構原理的基礎上研制成功的。它以*的斜楔形結構,將閥門啟、閉過程中密封件間的摩擦消除,實現了閥門的零泄漏、長壽命。在設計過程中,以國內相關的閥門標準為

150TG34F雙密封導軌閥在高含硫天然氣凈化雙密封導軌閥的詳細信息
雙密封軌道閥(簡稱TG )是國內*的雙關斷及泄放功能的閥門。結構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移至金屬中介面上的“楔形”設計為特點，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 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，國內外近年來發現大量高含H2S和CO2的“雙高”天然氣田，常規天然氣凈化技術的不適應性越來越凸顯。天然氣氣質升級、尾氣排放遞減和氣質組成日趨復雜已成為推動天然氣凈化技術進步的強大動力，也對天然氣凈化技術提出了新的挑戰。將軍閥、雙關雙斷閥、雙密封導軌閥適用于：煤油、原油、輕質油、天然氣、液化氣、管道煤氣、化工介質等管道上，作為截斷介質的理想裝置。
     特  點：
①閥門在開關過程中，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，開關力矩?。?br />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，介質在通過閥門時無流阻，并且可通球對管道進行清洗，克服了縮徑閥門的缺點；     
④ 閥體內腔鍍有硬鉻，密封區域堅硬光滑；
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*關閉后，防止閥腔異常升壓并檢驗閥門的效果；
⑦ 閥門開關指示器與開關位置同步，可以準確顯示閥門的開關狀態。

1 高含硫天然氣凈化技術現狀
1．1 “雙高”天然氣脫硫脫碳技術現狀
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現狀
復雜氣質的天然氣，特別是高含H2S和CO2天然氣經脫硫后，所產酸氣中的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，同時難于轉化的硫副產物也越少，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％，同時副產有機硫含量不大于0.2％，輔以常規水解技術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％，同時副產有機硫含量增至0.5％左右，常規水解技術很難保證硫損失降低到足夠水平。另外，新開發的高含H2S和CO2氣田產量普遍較大，以年產100×l08m3、含20％H2S的天然氣為例，其相應的硫磺年產量達350×104t。如果硫磺回收裝置硫回收率降低1％，相應損失硫磺產量達3.5×104t。另一方面，國內外環保要求日益嚴格，我國天然氣凈化行業大氣污染物中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保部門的重點控制和監控對象。為了減小環境污染、滿足尾氣排放新標準的要求，必須開展硫磺回收新技術的研究。

2 高含硫天然氣凈化技術存在的問題
2．1 “雙高”天然氣脫硫脫碳技術存在的問題
目前，國內對高含硫天然氣開發(特別是川東北地區高含硫氣田開發)相關脫硫脫碳技術進行了一定的研究，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量大、能耗高。由于高含硫天然氣開采工藝復雜，可能給下游天然氣凈化引入更多的雜質使脫硫溶液變質，同時天然氣高含H2S和CO2這種氣質特點本身也使脫硫溶液更易變質。脫硫溶液變質后不僅脫硫性能變差，導致產品氣不合格，且脫硫溶液易發泡，其腐蝕性也會增大，從而嚴重危害裝置的安全平穩運行[2]。因此，針對這一特殊氣質的天然氣，其脫硫脫碳凈化工藝技術還有待進一步優化，需要開發出脫硫脫碳效率更高的溶劑[3]，以降低能耗。有針對性地研發相應的脫硫溶液變質與復活技術，對保障高含H2S和CO2天然氣凈化裝置的安全平穩運行有著重要意義。

2．2 “雙高”天然氣硫磺回收技術存在的問題
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體積分數的關系見表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,氣動蝶閥雙關雙斷及泄放功能閥門的工作原理關鍵是安裝在旋塞上的兩片密封滑片的動作。    
閥門關閉：
    閥門關閉時，先旋轉手輪，將旋塞及密封滑片旋轉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，先旋轉手輪提升旋塞，將密封滑片從閥體兩側密封面拉回。當滑片*收回脫離閥體密封面后，繼續轉動手輪，使旋塞及密封滑片旋轉90°，閥門處于開啟位置。    
關于密封：
    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，經過機械加工的滑片表面與閥體內腔形成二級金對金屬密封防止彈性密封圈子繼續被壓，并且具有防火功能。

雙關雙斷及泄放：
    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，關閉兩主要閥門關開啟泄放閥可提高被系統的安全性。如果*個閥門泄漏，漏離的介質可由開啟的泄放閥導出。

雙密封方式：
    兩個獨立的密封滑片在閥孔上下端壓緊（雙關斷），當閥門關閉時，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研發方向
3．1 “雙高”天然氣脫硫脫碳技術研發方向
物理溶劑法是利用H2S、CO2和有機硫等雜質與CH4等烴類在溶劑中溶解度的巨大差別來實現凈化分離的。由于酸氣在物理溶劑中的溶解熱大大低于其與化學溶劑的反應熱，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復配和位阻胺+MDEA+物理溶劑復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、腐蝕和抗發泡性能。另外酸性氣體組分在空間位阻胺物理溶劑和傳統MDEA溶劑中具有不同的平衡溶解度數據，因此，必須建立相應的熱力學模型和吸收動力學模型，并將模型軟件化，以指導天然氣凈化裝置的設計及操作。
脫硫溶劑變質與復活一直是影響天然氣凈化裝置操作效率、導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過程中可能形成的變質產物種類，輔以合適的復活技術，是提高天然氣凈化裝置操作穩定性，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與復活技術的研究與攻關。

3．2 “雙高”天然氣硫磺回收技術研發方向
傳統硫磺回收技術中的還原  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攻關方向之一[6]。
傳統尾氣處理技術中還原吸收類工藝可將裝置總硫回收率提高到99.8%以上，因而得到了廣泛應用。而應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應用，但發展前景巨大，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另一攻關方向。
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。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，也是近年來較有發展潛力的天然氣有機硫脫除技術。該技術與有機硫脫除溶劑相結合，是滿足天然氣有機硫氣質標準和克勞斯尾氣SO2排放標準的*方案之一。
4 結束語
高含硫天然氣，特別是高含H2S和CO2的“雙高”天然氣凈化技術面臨天然氣氣質和尾氣排放標準的雙重挑戰。脫除有機硫、減緩溶劑變質、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、溶劑變質產物及復活技術研究、H2S直接氧化催化劑研究、克勞斯尾氣SO2吸附技術研究和天然氣低溫COS水解技術研究等方面開展技術攻關，形成適用于“雙高”天然氣凈化的系列配套技術。與本文相關的產品有：D941W-1C電動通風蝶閥在新余礦業應用