天然氣脫硫裝置工藝設計對環境的保護

徐健

摘 要：天然氣中存在大量含硫化合物與酸性組分，與水反應后生成的產物會腐蝕金屬，含硫組分具有刺激性氣味，毒性大，易引起催化劑重度，直接使用會嚴重危害到人畜生命安全，還會環境造成嚴重污染。因此，天然氣脫硫裝置不可或缺。該文對天然氣脫硫裝置工藝對環境的保護進行綜述，為天然氣脫硫裝置的選擇提供參考依據。

關鍵詞：脫硫裝置 ?工藝設計 ?MDEA

中圖分類號：X5 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（b）-0122-01

隨著時代的變遷，天然氣儼然已成為人類生產活動中不可或缺的組成部分。天然氣可被分為酸性天然氣與潔氣，酸性天然氣富含硫化物與二氧化碳等酸性成分，只有經過加工處理，直至各項指標達到無害標準，才能投入使用。對于天然氣化工廠而言，天然氣脫硫裝置的設計與建設工作不容疏忽。在生產與應用天然氣的同時，務必要為人類的生存環境與生命健康提供可靠保障。

1 天然氣脫硫裝置的必要性

天然氣中含有大量硫化物以及二氧化碳，硫化氫是天然氣中最常見、含量最多的硫化物，它是一種劇毒性氣體，即使是濃度很低的硫化氫，人體一旦觸碰均會產生強烈不適感，濃度高時甚至會危及生命。這些成分復雜的氣體與水反應后，生成的產物會腐蝕金屬，使天然氣運輸管道的耐用性降低，一旦運輸管道經腐蝕后破裂，則會導致天然氣泄漏，造成環境污染。另外，含硫組分具有難聞臭味，毒性強，容易使下游工廠催化劑重度，會給產品與中間產品的質量帶來不利影響。由此可見，對天然氣進行脫硫處理很有必要。為確保天然氣脫硫裝置處理后的氣體能夠達到凈化標準，在對天然氣脫硫裝置進行設計時，除需對上述各種因素進行充分考慮外，還需結合各生產廠家的輸氣需求，如輸氣效率、輸氣管耐腐蝕性等情況再做定奪。據筆者調查獲悉，國內有不少對天然氣含硫量有著嚴格要求的天然氣化工廠，還設有二次脫硫裝置。

2 天然氣脫硫裝置的設計原則與理論依據

（1）天然氣脫硫裝置的設計原則。

本文設計規模中，天然氣處理量為300×104 m3/d，原料氣中主要組成部分為硫化氫、二氧化碳、水、碳合物以及氮氣。設計中，源天然氣壓力為4.0 MPa，溫度為25 ℃。設計要求為：經脫硫裝置處理后，最終天然氣產品的氣質量應達到國家標準《天然氣》（GB17820-1999）一類氣技術指標。最終天然氣產品在壓力條件為2.5 MPa的環境下，硫化氫含量不可超過10 mg/m3，水露點溫度不可超過-5 ℃。

（2）天然氣脫硫裝置的設計依據。

該文中，天然氣脫硫裝置的設計依據主要參照：《石油天然氣工程設計防火規范》（GB50183-2004）、《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-19696）、《關于天然氣凈化廠脫硫尾氣排放執行標準相關問題》（國家環保總局環函1999）、《建筑物防空氣污染物腐蝕規范》（GB/50057-94.2000年）、《工業企業廠噪音污染標準》（GB12348-90）以及《氣田天然氣凈化廠設計規范》（SY/T0011-96）等。

3 工藝流程的介紹

3.1 天然氣脫硫方法的確定

3.1.1 膜分離工藝

使用膜分離法處理酸性天然氣，能耗低，可實現無人操作，有效節約了人工成本，減少了技術投入。不過，經該方法處理后的天然氣依舊不純，并不適用于酸氣過濃的天然氣，目前，該工藝主要被用于二氧化碳去油伴生氣處理。在天然氣脫硫裝置中，膜分離法一般被置于比較靠前的處理環節上，利用它對天然氣進行初步的脫硫處理。

3.1.2 Sulfinol法工藝

Sulfinol-M法不但能夠有選擇性地消除硫化氫，還能脫除有機硫，實現對天然氣的凈化。Amisol法的工藝原理，是利用醇胺-甲醇溶液于常溫下，消除天然氣中的算起，生成富液氣提。Selefining與Optisol法，主要是將叔胺物理溶劑和水的混合物作為吸收劑，達到脫硫效果。不過該方法只能進行粗脫，一般在使用時還需其他方法加以輔助才能達到良好的脫硫效果。

3.1.3 化學溶劑法

醇胺一類的化學溶劑是天然氣脫硫中，最常見的脫硫工藝。該工藝需在低壓環境下進行，相較于物理溶劑以及混合溶劑，主要由于硫化氫等酸性組分的脫除會發生化學反應，對組分的分壓并無特殊要求。另外，化學溶劑對烴類的溶解度并不高，因此無需擔心化學溶劑的使用會影響天然氣中烴類的含量。據了解，甲基二乙醇胺（MDEA）是使用頻率最高的化學溶劑。

相較于其他化學溶劑，MDEA主要具備以下幾點優勢：（1）能耗低，脫除酸氣效果佳，裝置操作成本低，可操作性強;（2）大多數脫硫裝置，僅需稍作改良即可成為MDEA脫硫，無需耗費大量的改良裝置費用;（3）能選擇性吸收硫化氫，處理效率高，脫除的硫化氫氣體還能投入生產，經濟性強;（4）MDEA蒸汽壓低，不易揮發，因此有效降低了容積損失;（5）該容積化學性質穩定，能夠最大化提高溶劑的有效利用率，降低物耗;（6）MDEA既能獨立完成脫硫工作又能與其他化合物聯合使用。因此，在本次設計中，筆者選用的脫硫工藝是MSEA法。

3.2 工藝流程的確定

原料氣經吸收塔進入到分離器中，過濾掉大分子液體與固體顆粒。接著，氣體從吸收塔下端向上流動，與醇胺溶液充分接觸，酸氣被完全脫除后，凈化工序完成，天然氣從塔頂排出。充分吸收酸氣的富醇胺液從吸收塔底流出，經閃蒸罐處理后釋放出烴類氣體，在貧富液換熱器的幫助下，再次被輸送至塔頂，沿再生塔與蒸汽充分接觸后，脫除酸氣，半貧液經再沸器加熱處理后，酸氣被完全吸收，溶液獲得再生，并再次被送往吸收塔上端，實現循環利用。由再生塔溶液施放的酸性氣體經冷凝處理后，可將冷凝液運輸回系統內，以免胺溶液濃度過高。

4 結語

綜上所述，天然氣是一種高效、優質的綠色能源，近年來，被廣泛應用到工業生產與居民燃氣等多個領域中。為滿足市場日益增長的應用需求，含硫天然氣處理工作面臨著嚴峻挑戰。硫化物的存在會給天然氣運輸管道與加工設備帶來不利影響，處理不當還會給人身安全與生態環境構成嚴重威脅。該文從環境保護的角度出發，對天然氣脫硫裝置工藝進行了設計，以供業內同行參考借鑒。

參考文獻

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