3M高流量过滤系统--天然气净化处理中的综合过滤解决方案
来源：3M中国有限公司 阅读：4963 更新时间：2008-11-26 14:30
图1 3M Petro-Klean 高流量刚性滤芯（压题图）
概要：天然气净化处理工艺中涉及很多过滤应用，包括气体过滤和液体过滤。本文重点介绍了3M过滤产品在胺液脱硫工艺中天然气进口过滤和胺液过滤的应用。结合工艺过程介绍和具体案例的数据分析，显示了3M高流量过滤系统在天然气净化处理工艺中具有的巨大优势，同时为天然气净化工艺的系统过滤解决方案提供了参考或选择依据。
天然气作为一种重要的化工原料和洁净、方便、高效的优质燃料，其开发和利用日益受到全球关注。目前我国出产的天然气中含有H2S、CO2和其它有机硫化合物。这些气相杂质的存在会造成设备的腐蚀、催化剂中毒以及终端产品质量不合格等问题。大量的酸性气体外排还会严重污染环境。而CO2含量过高则会使天然气的热值达不到要求。因此，在天然气外输以前，必须对天然气进行净化处理，下面就胺液脱硫工艺中天然气进口过滤和胺液过滤做一个简单介绍。
天然气进口过滤
从井底采出的含有液固体杂质的高压天然气通过采气管线输送到集气站，在集气站通过加热、节流、分离、脱水、计量等工艺过程后，再通过集气支、干线输送到净化厂．但是由于各种原因，送到净化厂的天然气仍然含有一定量的液体或固体杂质。如果不对这些液体或固体杂质进行过滤和分离，这些杂质将进入胺液系统，影响胺液脱硫效率或产生其它工艺危害。天然气中液、固杂质主要包括：
（1） 天然气夹带的固体颗粒杂质。
（2） 井筒、管线、设备等的腐蚀产物，如FeS。
（3） 天然气中携带的凝析油、防腐蚀的缓蚀剂、防冻剂甲醇等液体杂质。
图2为原料气过滤、分离的示意图，其中3M Petro-Klean滤芯可用来去除原料气中的固体颗粒杂质，防止固体杂质其对下游的胺液脱硫系统造成污染。
图2 天然气进口过滤、分离示意图
Petro-Klean是3M绝对精度过滤滤芯（Beta值为1000，过滤效率为99.9%），是专门为石油天然气行业开发的过滤产品。Petro-Klean采用专利制作工艺使滤芯具有渐紧孔经结构（见图3）和刚性的特点。渐紧孔经结构是指滤芯从外向内密度逐渐增大，形成外松内紧的结构．就天然气进口过滤而言，推荐使用2微米或者5微米绝对精度过滤产品（有时候需要检测原料气质量进行选型）．采用渐紧孔径结构设计的Petro-Klean滤芯可以将原料气中大于2微米或者5微米的杂质在滤芯内部的相应位置被相应孔径的过滤层所捕捉，2微米的杂质在滤芯的最内层被捕捉，在保证滤芯过滤精度的同时还防止滤芯过早被堵塞，增大了滤芯的容污能力，延长了滤芯的使用寿命。刚性结构意味着滤芯耐压强度高，在过滤过程中不会由于压差变化发生旁漏和击穿现象。另外，Petro-Klean滤芯还采用了专利的沟槽设计。过滤理论认为，增加滤芯的过滤面积X%,滤芯的使用寿命远增加X%。通过在滤芯外表面开设沟槽，可以增大滤芯的过滤面积，降低滤芯单位面积的流量，从而大大延长滤芯的使用寿命，降低过滤成本。最重要的是，由于天然气流量非常大，在设计过滤系统的必须考虑滤芯的综合成本（包括容器的初期投入，滤芯的日常更换成本等），而Petro-Klean滤芯除了有标准尺寸的型号外，还根据天然气行业的特殊性，开发了具有大尺寸（包括滤芯外径、内径）和超长长度的滤芯（见表1）。滤芯直径的增大和长度的增长，可以增加单只滤芯的流量，大大降低过滤容器的初期投入成本。
图3 Petro-Klean滤芯专利的渐紧孔径设计
表1 Petro-Klean滤芯尺寸选择
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尺寸选择 |
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滤芯型号 |
PG模式 |
336模式 |
标准工业模式 |
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内径 |
3 1/8”(79.4 mm) |
1 15/32”(37.3 mm) |
1 1/16”(26.9 mm) |
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外径 |
4 1/2”(114.3 mm) |
2 25/32”(70.6 mm) |
2 19/32”(65.9 mm) |
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滤芯长度 |
24”~72” (610~1829 mm) |
36”~72” (914~1829 mm) |
9 3/4”~40” (248~1829 mm) |
胺液脱硫
天然气经过进口分离、过滤后，较洁净的天然气从胺液接触塔底部进入吸收塔内由下向上流动，与从上而下的胺液逆流接触，脱除其中的硫化氢和部分二氧化碳（具体工艺流程参见图4）。胺液系统常见的问题有发泡、拦液、系统腐蚀等。其中发泡现象最为普遍也最为严重，而引起脱硫溶液发泡原因主要有：
1，醇胺的降解产物
2，溶液中的固体杂质
3，胺液中的重烃类物质（油）
4，胺液质量问题
5，工艺条件
一般认为，胺液中的固体颗粒杂质对胺液发泡影响非常明显，降低胺液中固体杂质的含量是减少胺液发泡的重要手段之一，因此选用合适的过滤系统尤为重要。胺液系统中的固体颗粒杂质来源十分复杂，主要有：在净化装置脱除硫过程
图4 胺液脱硫工艺流程示意图
中由于腐蚀产生的硫化亚铁等杂质；天然气中夹带的固体杂质；活性碳过滤器泄漏的颗粒；补加水中的杂质；过滤器选材不当引入的杂质等。胺液过滤经验认为，胺液过滤系统中的固体颗粒粒径主要分布在5微米至40微米左右（图5为某天然气净化厂胺液中固体颗粒杂质粒径分布），去除胺液中5微米以上的固体杂质就能有效降低胺液发泡机率。胺液系统一般采用三段过滤，第一段为预过滤，过滤精度为10微米或者10微米以上，其目的是去除胺液中大于10微米的固体颗粒杂质，同时避免颗粒杂质进入活性碳过滤器、延长了活性碳过滤器的使用寿命；第二段为活性碳过滤器，主要是去除胺液中的重烃类物质；第三段为5微米的颗粒过滤器，其主要目的是去除胺液中5微米以上的固体颗粒杂质，同时捕捉由于在高速流体的冲刷下产生的活性碳小颗粒。
表2为某天然气净化厂胺液系统使用3M 700系列高流量滤芯的实验数据。实验采用两组746B（15um）滤芯对贫液进行全流过滤。第一组746B滤芯在达到更换压差0.36 MPa时更换，滤芯的使用寿命为5小时左右，胺液从深黑色变成棕色，说明滤芯具有良好的过滤效果。第二组滤芯运行6小时后压差仅为0.01MPa，胺液颜色从棕色变为浅棕色，胺液已基本透明。说明第一组滤芯已经将胺液中大部分固体颗粒杂质过滤掉，第二组滤芯的使用寿命自然大大增加，从试验效果来看，3M 746B滤芯的过滤效果非常明显。
为了对比746B滤芯与客户现有过滤系统的滤芯，在生产现场使用激光粒度仪检测过滤前后贫液中的粒子含量并计算出过滤效率。从表2中可以看出，使用3M 746B滤芯仅仅5个小时，胺液中粒子含量明显降低，而且其过滤效率远远高于现有的过滤系统。值得提及的是，由于3M 746B滤芯具有梯度过滤的效果，即746B滤芯对15微米的过滤效率为99%，而且对15微米以下的固体颗粒杂质也有一定的过滤效果，从表2中可以看出，746B滤芯对15微米的过滤效率为99%，对10微米固体杂质的过滤效率达到96%，对5微米的固体颗粒杂质也达到了86%。700系列高流量滤芯的特点已经在《流程工业》2005年第6期做过详细介绍。
表2 不同过滤系统过滤效率比较
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粒径，(um) |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
50 |
合计 |
|
过滤前（A) |
34559 |
28536 |
20105 |
12072 |
4252 |
10 |
99534 |
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过滤前（A) |
25687 |
24134 |
18305 |
3424 |
2356 |
8 |
73914 |
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总过滤效率 |
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|
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|
|
|
26% |
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过滤前（B) |
31580 |
28857 |
24591 |
19506 |
9176 |
323 |
114033 |
|
过滤后（B) |
4304 |
1134 |
399 |
157 |
62 |
1 |
6057 |
|
总过滤效率 |
86% |
96% |
98.40% |
|
|
|
95% |
总结
本文重点介绍了3M 过滤系统在天然气处理中天然气进口过滤和胺液过滤系统的应用，从试验结果和案例分析可以看出其在天然气处理中具有良好的应用。值得提及的是，3M 过滤系统在天然气处理中其它过滤点以及炼油厂也有广泛的应用，如天然气井口过滤、集气站过滤、乙二醇脱水过滤、炼油厂胺液系统等，3M 都可以根据客户不同要求提供系统的过滤解决方案。
