关于天然气脱硫脱碳工艺的选择分析

关于天然气脱硫脱碳工艺的选择分析

发表时间：2019-05-21T14:53:55.343Z 来源：《防护工程》2019年第3期作者：刘国成

[导读] 根据脱硫脱碳方法的实现原理，脱硫脱碳的过程又应用了化学溶剂吸收法、物理溶剂吸收法、膜分离法和吸附法等脱硫脱碳方法。天津凯赛特科技有限公司天津 300392

摘要：目前，随着国内经济的快速增长，国内资源的消耗不断攀升，天然气在我国能源结构体系中所占比例逐年增加。从气场采出天然气中含有硫化氢、硫化物和二氧化碳酸性气体等酸性气体，气体中的硫化氢在生产运输中腐蚀管道及设备，使催化剂中毒，对集气站以及天然气外输产生巨大影响；在一定的条件下，天然气在运输过程中二氧化碳与水结合生成二氧化碳水合物造成堵塞管道，引起生产事故。所以对天然气中硫化氢和二氧化碳等酸性气体的脱除是必要的。

关键词：天然气脱硫；天然气脱碳；工艺；选择

1脱硫脱碳方法概述

近年来，随着生产力的不断提高，脱硫脱碳的方法得到了一定程度上的改进和创新，取得了良好的成效。根据脱硫脱碳过程中的物态特征，可将脱硫脱碳工艺分为干法和湿法。湿法通过吸收剂和溶液完成脱硫脱碳，干法脱硫脱碳则通过将固体作为吸收剂的方式完成脱硫脱碳。根据脱硫脱碳方法的实现原理，脱硫脱碳的过程又应用了化学溶剂吸收法、物理溶剂吸收法、膜分离法和吸附法等脱硫脱碳方法。

2天然气脱硫脱碳工艺

2.1天然气脱碳技术

2.1.1活化MDEA技术

这项技术是因为醇胺的分子结构，这种分子结构当中至少拥有一个羟基和一个胺基，因此通过羟基对化合物在降低蒸气压和提高水溶性方面的作用，同时胺基能够使水溶液显碱性，因此能够与天然气当中含有的二氧化碳和硫化氢等呈酸性的气体发生反应，从而将其脱除。而在应用醇胺法脱除天然气中的碳元素时最为常用的就是活化MDEA工艺。

2.1.2膜+醇胺法处理工艺

这项工艺属于一项集成工艺，主要包括膜分离单元和醇胺法单元两个部分。膜分离单元主要是通过各种气体在高分子聚合物的溶解和扩散的速度差异，通过膜两侧的分压差作用来促进气体渗透通过纤维壁，由于不同气体导致速率有所差异，从而实现分离，然后再通过醇胺法再将气体进行更加细致的分离，达到分离气体的目的。在这种方法当中，常见的推动力主要包括膜两侧相应组分的分压差、膜的面积及膜的选择分离性，这也是膜分离的三要素。在常见的天然气气体当中，水、氢气、氦气、硫化氢以及二氧化碳等性质相对活泼的气体被称为“快气”，而各种烃类、氮气、一氧化碳以及氩气等性质相对稳定的气体被称为“慢气”。正是由于这些气体在性质的表现方面存在差异，因此通过膜分离技术能够很好的实现大部分气体的分离。

2.1.3变压吸附工艺

变压吸附工艺又被称为PSA工艺，这项工艺的工作原理是通过吸附剂在不同气体当中吸附量的不同来进行的，在吸附剂能够发挥作用的条件下，加压对天然气混合物中的杂质组分进行吸附，然后减压，使这些被吸附的物质释放，使吸附剂得到再生，得以重新利用，达到分离的目的。在PSA工艺当中，各项气体的吸附力强弱分别是二氧化碳＞一氧化碳＞甲烷＞氢气。

2.2天然气脱硫技术

2.2.1湿法脱硫工艺技术

化学吸附法：根据不同的脱除机制和作用原理，化学吸附法可以分为胺法和直接转换法。其中胺法的作用媒介是醇胺溶液，原理和醇胺法脱碳类似，通过羟基来降低蒸气压并提高化合物在水中的溶解度，同时通过胺基来将化合物呈现碱性，这样就可以使化合物和酸性的二氧化碳、硫化氢发生反应，达到脱除天然气当中的硫化物和二氧化碳的目的。这项技术具有净化度较高，同时适应的范围很广，各种组分的天然气都能够使用的优点，但是却存在设备规模较为庞大的问题，同时投资费用也比较高。化学吸附法的第二种方式就是通过直接转化法达到净化的目的。这种方法是通过对含氧溶液的应用，将溶液中存在的硫化氢转化成元素硫。直接转化法能够较好地实现脱硫和硫回收，这就能够有效降低天然气净化的工艺成本。因此这种方法最大的优势就是硫的脱除率比较高，同时不需要对脱除的气体进行后续处理，流程比较简单，但是问题也比较明显，溶液的循环量过大，同时比较需要动力支持，这种现象在低压力下特别明显。

物理吸纳法：这种方法利用的是硫化氢等酸性气体在不同溶液中的溶解度不同来进行脱除的。这种方法比较常用的脱除剂有Selexol （多乙二醇二甲醚）、Flour Solvent（碳酸丙烯酯）等。由于硫化氢在溶解度方面要强于二氧化碳，因此在物理溶剂的选择方面也是很有讲究的，溶液的硫容要和硫化氢的分压成正比，但是这样的溶液在二氧化碳的溶解度方面要远远弱于硫化氢，但是相应的，溶液在硫醇及水的溶解能力方面要更强。物理吸纳法的主要工作原理是通过物理溶解的方式而不是化学反应的方式，因此能够很好的节省在脱除环节中的能量。这项技术最大的优势在于选择性良好、能耗较低，但是对于装置的要求比较高，同时溶液的价格也比较高昂。

物理化学脱硫法：这种方法就是通过物理和化学技术相互作用来达到脱除气体中硫元素的作用，是当前我国天然气脱硫应用比较广泛的方法之一。比如说通过Sulfionl D和Sulfionl M工艺来进行天然气脱硫，这两种方法需要相同的溶剂，同时相比于单一的溶剂，这项技术的溶剂的净化度更高，具有更高的有机硫脱率，但是相应的，这种溶剂的价格较高，需要在应用时进行考虑。

2.2.2干法脱硫技术

铁系列脱硫剂：氧化铁脱硫法在众多干法脱硫技术当中应用最为广泛，也是最为有效的干法脱硫技术之一，这项工艺胜在操作简单容易，同时能耗较低。基于上述特点，氧化铁脱硫技术被广泛应用于城市燃气、天然气的脱硫技术当中。其中氧化铁的主要组成部分是α型和γ型水合三氧化二铁、碳酸钠及木屑，这种方法在当前我国的天然气脱除净化工作当中被广泛应用，在当前我国的运行装置达到2000套以上。

铜锰系列脱硫剂：铜锰系列的氧化物具有较高的热稳定性，因此可以应用于天然气脱硫技术当中，能够取得较好的效果。将铜锰脱硫剂与锌基脱硫剂相对比能够发现，铜锰脱硫剂在耐压以及耐磨性方面都要优于后者，同时不同比例的铜锰化合物在强度方面也有所不同。