盤點(diǎn)∣提高天然氣熱值，硫碳脫除方法該這么選！

時(shí)間：2017-06-28

有的天然氣中含有諸如硫化氫、二氧化碳、硫化碳、硫醇和二硫化物等酸性組分，通常，將酸性組分含量**過(guò)商品氣質(zhì)量指標(biāo)或管輸要求的天然氣稱為酸性天然氣或含硫天然氣。
天然氣中含酸性組分時(shí)，不僅在開采、處理和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中會(huì)造成設(shè)備和管道腐蝕，而且用作燃料時(shí)會(huì)污染環(huán)境，危害用戶健康；用作化工原料時(shí)會(huì)引起催化劑中毒，影響產(chǎn)品收率和質(zhì)量。此外，天然氣中CO2含量過(guò)高還會(huì)降低其熱值。因此，當(dāng)天然氣中酸性組分含量**過(guò)商品氣質(zhì)量指標(biāo)或管道要求時(shí)，必須采用合適的方法將其脫除至允許值以內(nèi)。脫除的這些酸性組分混合物稱為酸氣，其主要成分是H2S、CO2，并含有少量的烴類。從酸性天然氣中脫除酸性組分的工藝過(guò)程稱為脫硫脫碳或脫酸氣。如果此過(guò)程主要是脫除H2S和**硫化物則稱之為脫硫；主要是脫除CO2稱之為脫碳。原料氣經(jīng)濕法脫硫脫碳后，還需脫水（有時(shí)還需脫油）和脫除其他有害雜質(zhì)（例如脫汞）。脫硫脫碳、脫水后符合一定質(zhì)量指標(biāo)或要求的天然氣稱為凈化氣，脫水前的天然氣稱為濕凈化氣。脫除的酸氣一般還應(yīng)回收其中的硫元素（硫磺回收）。當(dāng)回收硫磺后的尾氣不符合向大氣排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還應(yīng)對(duì)尾氣進(jìn)行處理。
當(dāng)采用深冷分離的方法從天然氣中回收天然氣凝液（NGL）或生產(chǎn)液化天然氣（LNC）時(shí)，由于對(duì)氣體中的二氧化碳含量要求很低，這時(shí)應(yīng)采用深度脫碳的方法。
天然氣脫硫脫碳的方法很多，一般可分為化學(xué)溶劑法、物理溶劑法、化學(xué)-物理溶劑法、直接轉(zhuǎn)化法和其他類型方法等。此外，對(duì)天然氣硫碳脫除效果進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)也是天然氣硫碳脫除過(guò)程中的必要環(huán)節(jié)，采用Gasboard-3500系列紅外氣體分析儀有效檢測(cè)天然氣酸氣成分，可以幫助工作人員較好的調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)工藝，提高天然氣硫碳脫除的效率。下面小編就詳細(xì)介紹一些上文提到的幾種硫碳脫除方法。
1.化學(xué)溶劑法
化學(xué)溶劑法系采用堿性溶液與天然氣中的酸性組分（主要是H2S、CO2）反應(yīng)生成某種化合物，也稱化學(xué)吸收法。吸收了酸性組分的堿性溶液（通常稱為富液）再生時(shí)又可使該化合物將酸性組分分解與釋放出來(lái)。這類方法中較具代表性的是采用**胺的醇胺（烷醇胺）法以及無(wú)機(jī)堿法，例如活化熱碳酸鉀法。
目前，醇胺法是較常用的天然氣脫硫脫碳方法。屬于此法的有MEA法、DEA法、DGA法、DIPA法、MDEA法，以及空間位阻胺、混合醇胺、配方醇胺溶液（配方溶液）法等。醇胺溶液主要是由烷醇胺與水組成。
2.物理溶劑法
此法系基于氣體中H2S、CO2等與烴類溶解度差別很大的特性，利用某些溶劑將酸性組分脫除，也稱為物理吸收法。物理溶劑法一般在高壓和較低溫度下進(jìn)行，適用于酸性組分分壓高（大于345kPa）的天然氣脫硫脫碳。此外，此法還具有可大量脫除酸性組分，溶劑不易變質(zhì)，比熱容小，腐蝕性小以及可脫除**硫等優(yōu)點(diǎn)。由于物理溶劑對(duì)天然氣中的重?zé)N有較大的溶劑度，故不宜用于重?zé)N含量高的天然氣，且多數(shù)方法因受再生程度的限制，凈化度（即原料中酸性組分的脫除程度）不如化學(xué)溶劑法。當(dāng)凈化度要求很高時(shí)，需采用汽提法等再生方法。
目前，常用的物理溶劑法有多乙二醇二甲醚法、碳酸丙烯酯法、冷甲醇法等。物理吸收法的溶劑通?？慷嗉?jí)閃蒸進(jìn)行再生，不需蒸汽和其他熱源，還可同時(shí)使氣體脫水。
3.化學(xué)-物理溶劑法
這類方法采用的溶液是醇胺、物理溶劑和水的混合物，兼有化學(xué)溶劑法和物理溶劑法的特點(diǎn)，又稱混合溶液法或聯(lián)合吸收法。目前，典型的化學(xué)-物理吸收法為砜胺法，包括DIPA-環(huán)丁砜法、MDEA-環(huán)丁砜法。此外，還有Amisol、Selefining、Optisol和Flexsorb混合SE法等。
4.直接轉(zhuǎn)化法
這類方法以氧化-還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，又稱為氧化-還原法或濕式氧化法。它借助于溶液中大的氧載體將堿性溶液吸收的硫化氫氧化為元素硫，然后采用空氣使溶液再生，從而使脫硫和硫回收合為一體。此法目前雖在天然氣工業(yè)中應(yīng)用不多，但在焦?fàn)t氣、水煤氣、合成氣等氣體脫硫及尾氣處理方面有著廣泛應(yīng)用。由于溶劑的硫容量（即單位質(zhì)量或體積溶劑能夠吸收的硫的質(zhì)量）較低，故適用于原料氣壓力較低及處理量不大的場(chǎng)合。屬于此法的主要有釩法（ADA-NaVO3法、栲膠-NaVO3）、鐵法（Lo-Cat法、Sulferox法、EDTA絡(luò)合鐵法、FD及鐵堿法等）以及PDS等方法。
以上諸法因都采用液體脫硫脫碳，故又統(tǒng)稱為濕法。其主導(dǎo)方法是胺法和砜胺法。
5.其他類型方法
除上述方法外，目前還可采用分子篩法、膜分離法、低溫分離法及生物化學(xué)法等脫除硫化氫和**硫。此外，非再生的固體（例如海綿鐵）和液體以及漿液脫硫劑則適用于硫化氫含量低的天然氣脫硫。其中，可再生的分子篩法等又稱為間歇法。
膜分離法借助于膜在分離過(guò)程中的選擇性滲透作用脫除天然氣的酸性組分，目前有AVIR、Cynara、杜邦、Grace等法，大多用于從CO2含量很高的天然氣中分離CO2。
脫硫脫碳方法的選擇會(huì)影響整個(gè)處理廠的設(shè)計(jì)，包括酸氣排放、硫磺回收、脫水回收、分餾和產(chǎn)品處理方法的選擇等。在選擇脫硫脫碳方法時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有：
1）原料氣中酸氣組分的類型和含量
2）凈化氣的質(zhì)量要求
3）酸氣要求
4）酸氣的溫度、壓力和凈化氣的輸送溫度、壓力
5）原料氣處理量和原料氣中的烴類含量
6）脫除酸氣所要求的選擇性
7）液體產(chǎn)品（例如NGL）質(zhì)量要求
8）投資、操作、技術(shù)**費(fèi)用
9）有害副產(chǎn)物的處理
根據(jù)國(guó)內(nèi)外工業(yè)實(shí)踐，以下原則可供選擇各種醇胺法和砜胺法脫硫脫碳時(shí)參考：
1.一般情況
對(duì)于處理量比較大的脫硫脫碳裝置首先應(yīng)考慮采用醇胺法的可能性，即：
1）原料氣中碳硫比高（CO2、H2S摩爾比>6）時(shí)，為獲得適用于常規(guī)硫磺回收裝置的酸氣（酸氣中H2S濃度**15%時(shí)無(wú)法進(jìn)入該裝置）而需選擇性脫H2S，以及其他可以選擇性脫H2S的場(chǎng)合，應(yīng)選用選擇性MDEA法。
2）原料氣中碳硫比高，且在脫除H2S的同時(shí)還需脫除相當(dāng)量的CO2時(shí)，可選用MDEA和其他醇胺（例如DEA）組成的混合醇胺法或合適的配方溶液法。
3）原料氣中H2S含量低、CO2含量高且需深度脫除CO2時(shí)，可選用合適的MDEA配方溶液法（包括活化MDEA法）。
4）原料氣壓力低，凈化氣的H2S質(zhì)量指標(biāo)嚴(yán)格且需同時(shí)脫除CO2時(shí)，可選用MEA法、DEA法、DGA法或混合醇胺法。如果凈化氣的H2S和CO2質(zhì)量指標(biāo)都很嚴(yán)格，則可采用MEA法、DEA法或DGA法。
5）在高寒或沙漠缺水地區(qū)，可選用DGA法。
2.需脫除**硫化物
1）原料氣中含有H2S和一定量的**硫需要脫除，且需要同時(shí)脫除CO2時(shí)，應(yīng)選用Sulfinol-D法。
2）原料氣中含有H2S、**硫和CO2，需選擇性地脫除硫化氫和**硫時(shí)，應(yīng)選用Sulfinol-M法。
3）H2S分壓高的原料氣采用砜胺法處理時(shí)，其能耗遠(yuǎn)**醇胺法。
4）原料氣如經(jīng)砜胺法處理后其**硫含量仍不能達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，可繼之以分子篩法脫**硫。
3.硫化氫含量低的原料氣
當(dāng)原料氣中H2S含量低、按原料氣處理量計(jì)的潛硫量（t/d）不高、碳硫比高且不需要脫除CO2時(shí)，可考慮采用以下方法：
1）潛硫量在0.5~5t/d之間，可考慮選用直接轉(zhuǎn)化法，例如ADA-NaVO3法、絡(luò)合鐵法和PDS法等。
2）潛硫量小于0.4t/d（較多不**過(guò)0.5t/d）時(shí)，可選用非再生類方法，例如固體氧化鐵法、氧化鐵漿液法等。
4.高壓、高酸氣含量的原料氣
高壓、高酸氣含量的原料氣可能需要在醇胺法和砜胺法之外選用其他方法或采用幾種方法組合。
1）主要脫除CO2時(shí)，可考慮選用膜分離法、物理溶劑法或活化MDEA法。
2）需要同時(shí)大量脫除H2S和CO2時(shí)，可先選用選擇性醇胺法獲得富含H2S的酸氣，再選用混合醇胺法或常規(guī)醇胺法以達(dá)到凈化氣質(zhì)量指標(biāo)或要求。
3）需要大量脫除原料氣中CO2且同時(shí)有少量H2S也需脫除時(shí)，可先選膜分離法，再選用醇胺法以達(dá)到處理要求。
以上只是選擇天然氣脫硫脫碳方法的一般原則，在實(shí)踐中還應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)幾種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。
（來(lái)源：工業(yè)過(guò)程氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)）

詞條
詞條說(shuō)明
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