天然气脱硫脱碳方法的分类

天然气脱硫脱碳方法的分类
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有的天然气中还含有硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、硫化羰(COS)、硫醇(RSH)和二硫化物(RSSR’)等酸性组分。

通常，将酸性组分含量超过商品气质量指标或管输要求的天然气称为酸性天然气或含硫天然气(sour gas)。

天然气中含有酸性组分时，不仅在开采、处理和储运过程中会造成设备和管线腐蚀，而且用作燃料时会污染环境，危害用户健康；用作化工原料时会引起催化剂中毒，影响产品收率和质量。

此外，天然气中CO2含量过高还会降低其热值。

因此，当天然气中酸性组分含量超过商品气质量指标或管输要求时，必须采用合适的方法将其脱除至允许值以内。

脱除的这些酸性组分混合物称为酸气(acid gas)，其主要成分是H2S、CO2，并含有水蒸气和少量烃类。

从酸性天然气中脱除酸眭组分的工艺过程统称为脱硫脱碳或脱酸气。

如果此过程主要是脱除H2S和有机硫化物则称之为脱硫；主要是脱除C02则称之为脱碳。

原料气经湿法脱硫脱碳后，还需脱水(有时还需脱油)和脱除其他有害杂质(例如脱汞)。

脱硫脱碳、脱水(脱油)后符合一定质量指标或要求的天然气称为净化气，脱水前的天然气称为湿净化气。

脱除的酸气一般还应回收其中的硫元素(硫磺回收)。

当回收硫磺后的尾气不符合向大气排放标准时，还应对尾气进行处理。

当采用深冷分离方法从天然气中回收天然气凝液(NGL)或生产液化天然气(LNG)时，由于对气体中CO2含量要求很低，这时就应采用深度脱碳的方法。

国家安全生产监督管理总局在安监总管一字[2008]7号文件《关于印发陆上石油天然气建设项目安全设施设计专篇编写指导书的通知》中，明确规定了天然气处理厂建设项目初步设计《安全设施设计专篇》的编写内容。

其中，包括危险有害因素分析、初步设计中采取的主要防护技术措施、安全设施设计后的风险状况分析等。

天然气处理过程的危险有害因素主要为火灾、爆炸、毒性和噪声
等。

限于篇幅，有关火灾、爆炸和噪声等的危险危害性与防护内容本书在第三章中一并叙述，其他各章不再重复。

此处仅介绍天然气脱硫脱碳、硫磺回收和尾气处理过程中由于含硫天然气泄漏、排放所引起的职业危害一含硫天然气中H：S的毒性危害与防护。

天然气脱硫脱碳方法很多，这些方法一般可分为化学溶剂法、物理溶剂法、化学一物理溶剂法、直接转化法和其他类型方法等。

1. 化学溶剂法
化学溶剂法系采用碱性溶液与天然气中的酸性组分(主要是H2S、CO2)反应生成某种化合物，故也称化学吸收法。

吸收了酸性组分的碱性溶液(通常称为富液)在再生时又可使该化合物将酸性组分分解与释放出来。

这类方法中最具代表性的是采用有机胺的醇胺(烷醇胺)法以及有时也采用的无机碱法，例如活化热碳酸钾法。

目前，醇胺法是最常用的天然气脱硫脱碳方法。

属于此法的有一乙醇胺(MEA)法、二乙醇胺(DEA)法、二甘醇胺(DGA)法、二异丙醇胺(DIPA)法、甲基二乙醇胺(MDEA)法，以及空间位阻胺、混合醇胺、配方醇胺溶液(配方溶液)法等。

醇胺溶液主要由烷醇胺与水组成。

2. 物理溶剂法
此法系利用某些溶剂对气体中H2S、CO2等与烃类的溶解度差别很大而将酸性组分脱除，故也称物理吸收法。

物理溶剂法一般在高压和较低温度下进行，适用于酸性组分分压高(大于345kPa)的天然气脱硫脱碳。

此外，此法还具有可大量脱除酸性组分，溶剂不易变质，比热容小，腐蚀性小以及可脱除有机硫(COS、CS，和RSH)等优点。

由于物理溶剂对天然气中的重烃有较大的溶解度，故不宜用于重烃含量高的天然气，且多数方法因受再生程度的限制，净化度(即原料气中酸性组分的脱除程度)不如化学溶剂法。

当净化度要求很高时，需采用汽提法等再生方法。

目前，常用的物理溶剂法有多乙二醇二甲醚法(Selexol法)、碳酸丙烯酯法(Fluor法)、冷甲醇法(Rectisol法)等。

物理吸收法的溶剂通常靠多级闪蒸进行再生，不需蒸汽和其他热源，还可同时使气体脱水。

3. 化学一物理溶剂法
这类方法采用的溶液是醇胺、物理溶剂和水的混合物，兼有化学溶剂法和物理溶剂法的特点，故又称混合溶液法或联合吸收法。

目前，典型的化学一物理吸收法为砜胺法(Sulfin01)，包括DIPA-环丁砜法(Sulfinol-D法，砜胺Ⅱ法)、MDEA-环丁砜法(Sulfinol-M法，砜胺Ⅲ法)。

此外，还有Amisol、Selefining、Optisol和Flexsorb混合SE 法等。

4. 直接转化法
这类方法以氧化-还原反应为基础，故又称氧化-还原法或湿式氧化法。

它借助于溶液中的氧载体将碱性溶液吸收的H2S氧化为元素硫，然后采用空气使溶液再生，从而使脱硫和硫磺回收合为一体。

此法目前虽在天然气工业中应用不多，但在焦炉气、水煤气、合成气等气体脱硫及尾气处理方面却广为应用。

由于溶剂的硫容量(即单位质量或体积溶剂能够吸收的硫的质量)较低，故适用于原料气压力较低及处理量不大的场合。

属于此法的主要有钒法(ADA-NaVO，法、栲胶-NaVO，法等)、铁法(Lo-Cat法、Sulferox法、EDTA络合铁法、FD及铁碱法等)，以及PDS等方法。

上述诸法因都采用液体脱硫脱碳，故又统称为湿法。

其主导方法是胺法和砜胺法，采用的溶剂主要性质见表2-1。

5. 其他类型方法
除上述方法外，目前还可采用分子筛法、膜分离法、低温分离法及生物化学法等脱除H2S和有机硫。

此外，非再生的固体(例如海绵铁)、液体以及浆液脱硫剂则适用于H2S含量低的天然气脱硫。

其中，可以再生的分子筛法等又称为间歇法。

膜分离法借助于膜在分离过程中的选择性渗透作用脱除天然气的酸性组分，目前有AVIR、Cynara、杜邦(DuPont)、Grace等法，大多用于从CO2含量很高的天然气中分离CO2。

上述主要脱硫脱碳方法的工艺性能见表2-2。

表2-2 气体脱硫脱碳方法性能比较
①某些条件下可以达到。

②部分选择性。