解析低溫甲醇法凈化天然氣工藝流程的研究

王靜?張豐足

摘 要：在對天然氣凈化及低溫甲醇凈化法進行論述的基礎上，探討了低溫甲醇法凈化的特點。同時，針對天然氣的實際凈化處理需要，設計了簡化的凈化處理工藝流程，為天然氣凈化處理提供參考。

關鍵詞：甲醇法；天然氣凈化；工藝處理

1 天然氣凈化及低溫甲醇凈化法

天然氣凈化摘要是指敬愛那個天然氣中的H2S和CO 等酸性類氣體以及水分等予以清除。其中，針對氣體的凈化方法主要包括氣液吸收法、氣固相催化轉化法、固體吸附法、分子篩選分離法、分子膜分離法等。但是，當前使用最為廣泛的凈化方法還是氣液吸收法。該種天然氣凈化方法通常需要使用幾種工藝相結合的方式才能將天然氣中的H2S和CO 等酸性類氣體以及水分清除干凈，其整體處理工藝流程較為復雜，同時涉及到的工藝設備也較多，控制點多，整個投資運營費用相對較高。

而所謂的低溫甲醇法凈化就是在對應的壓力與低溫環境下，使用甲醇溶液將氣體中所含的酸性氣體、水分等從天然氣中脫離開來。當前，低溫甲醇法凈化方法主要用于合成氨、合成甲醇以及其他合成類氣體的凈化流程中。同時，該種方法也是一種高效的天然氣凈化方法。

2 低溫甲醇法凈化的特點

低于液化天然氣的生產過程而言，原料天然氣的溫度通常要下降到-135℃以下，以達到凈化原理的反應環境。同時，為了避免在低溫環境下H2O和CO2在低溫情況下形成水合物、干冰等而造成對設備管口堵塞的問題，通常要求將原料的天然氣含水量下調至1*10-6以下，將原料中的CO2的含量下調至100*10-6以下。這時，在低溫環境下，天然氣的凈化必然達到設計要求。由于對應的凈化要求比較高，因此工廠在處理過程中通常會提出對應的預處理參數，如表1所示。

當前，天然氣液化過程中最常用到的凈化方法一般是使用溶劑吸收法進行預處理，之后再通過沸石分子篩選吸收，最終達到深度凈化的目的。例如，2*104m3/d液化天然氣凈化裝置通常是采用低溫甲醇吸收與分子篩吸附相互組合的方式進行凈化。溶劑吸收方法通常是根據吸收作用的不同而分為化學吸收方法與物力吸收方法兩種。其中，化學吸收方法主要用于對酸性組分分壓較低的原料氣或者天然氣進行凈化，而物理吸收法則主要對酸性組分分壓較高的原料氣進行凈化。其中，常用到的物理溶劑包括甲醇、碳酸丙烯酯等；而常用的化學溶劑這包括醇胺、堿金屬的鹽溶液和胺酸鹽溶液等。

總的來講，低溫甲醇化凈化天然氣的工藝流程具有如下的特點：

（1）溶解度較高，甲醇在低溫高壓狀態下能夠有效的溶解于H2S、COS、H2O等中，具有較高的溶解度，是熱鉀堿溶液中溶解度的10倍以上。同時，不會由于化學化而產生大量的熱能，有效的降低了天然氣的凈化成本，減少了凈化設備的一次性投資；

（2） 選擇性較強，甲醇雖然在低溫高壓狀態下能夠有效的溶解于H2S、COS、H2O等中，但是其對其他組分的溶解度則相對較小，這將使得其可以同時將有害物質分離出去；

（3） 甲醇的化學性質以及熱穩定性較好，在吸收凈化過程中不會出現氣泡等現象，而且有利于生產的穩定；

（4） 在低溫狀況下因為甲醇的粘度較小，因此其具有良好的導熱及傳質能力；

（5） 甲醇的腐蝕能力較弱，不需要對設備進行特殊的防腐處理，有效的節省了投資；

（6） 甲醇的價格較低，而且容易獲，有效的降低了生產成本；

（7） 但是，因為甲醇有毒，因此需要進行冷藏，而由于天然氣中的甲烷含量相對較高，因此通過處理之后，可能造成其中甲烷組分含量的下降。

3 低溫甲醇法凈化天然氣工藝處理流程

低溫甲醇法屬于一種技術較為先進、經濟性較佳的凈化方法。在其工藝處理流程中，其主要包括五個塔，即吸收塔、二氧化碳吸收塔、硫化氫濃縮塔、甲醇熱再生塔以及甲醇/水分離塔五個部分構成。在處理過程中，按照原料氣的組成成分以及凈化目標值的不同，低溫甲醇凈化工藝流程的變換形式呈現出多樣化的特征，但是整體上來講都是在該工藝流程的基礎上發展、設計開發而來的。

根據當前天然氣凈化處理流程的主要情況，本文對上述經典的“五塔”工藝處理流程進行了對應的簡化：

（1） 因為天然氣粗組分中并不含有硫化氫，因此在流程設計過程中可以將吸收塔中的脫硫處理部分予以省略，同時將硫化氫處理濃縮塔予以去除；

（2） 因為粗天然氣中并不含有水分，因此可以將甲醇額水分分離塔省略；

（3） 因為粗天然氣中含硫量很低（基本不含硫），同時二氧化碳的含量也較低，因此可以使用閃蒸罐來替代二氧化碳解吸塔。這樣將可以將氣體中的二氧化碳氣體予以清除，本設計過程中使用了兩級閃蒸的處理方法。

通過將該處理流程用于實際的流程分析，最終得到的低溫甲醇凈化工藝流程中保留了其中甲醇吸收塔、甲醇再生塔，得到的新的簡化工藝流程如圖1所示。實踐證明，該處理流程能夠很好的勝任粗天然氣的凈化工作。

4 結論

文章通過探討天然氣的實際組分及對應的凈化工況，設計開發出了一個吻合粗天然氣處理條件的低溫甲醇工藝處理流程。該流程不但可以有效的滿足粗天然氣的生產工藝需要，而且能夠應用于原料氣的凈化處理中，具有較強的推廣意義。同時，該流程的結構相對簡單，耗能較少，經濟實用性較強，通過低溫甲醇法處理之后的天然氣凈化度較高，是一種值得推廣的天然凈化方法。

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