關于天然氣脫硫脫碳工藝的選擇分析

陳水財（唐山唐鋼氣體有限公司，河北 唐山 063000）

關于天然氣脫硫脫碳工藝的選擇分析

陳水財（唐山唐鋼氣體有限公司，河北 唐山 063000）

天然氣的脫硫脫碳工藝是基于石油資源日漸枯竭的形勢下產生的，對節能減排戰略目標的實現具有重要的作用。本文在對天然氣脫硫脫碳工藝進行綜合闡述的基礎上，分析了幾種脫硫脫碳工藝的優點和缺點，以期為相關人士提供借鑒和參考。

脫硫脫碳；膜分離法；復合醇胺法

隨著社會經濟的不斷發展和生產力的不斷進步，我國已把節能減排作為我國的戰略發展目標，這也導致了民眾對天然氣能源的需求量不斷增加，天然氣能源成為僅次于石油能源的第二大能源。應用天然氣能源，能夠有效減少煤炭資源過度使用導致的空氣污染，極大地改善了人們的居住環境。因此，完善天然氣的脫硫脫碳工藝，具有十分重要的現實意義。

1 脫硫脫碳方法概述

近年來，隨著生產力的不斷提高，脫硫脫碳的方法得到了一定程度上的改進和創新，取得了良好的成效。根據脫硫脫碳過程中的物態特征，可將脫硫脫碳工藝分為干法和濕法。濕法通過吸收劑和溶液完成脫硫脫碳，干法脫硫脫碳則通過將固體作為吸收劑的方式完成脫硫脫碳。根據脫硫脫碳方法的實現原理，脫硫脫碳的過程又應用了化學溶劑吸收法、物理溶劑吸收法、膜分離法和吸附法等脫硫脫碳方法。

2 天然氣脫硫脫碳工藝的選擇

2.1 膜分離脫碳工藝

膜分離法利用天然氣的各種成分通過膜時的透過性的差異，將膜作為驅動力，對膜兩側的成分進行分壓，將透過性較好的二氧化碳等纖維從大量的分子中脫離出來，實現了二氧化碳的分離。目前，在天然氣脫硫脫碳過程中，應用最多的是經濟廉價的醋酸纖維膜。與其他脫硫脫碳技術相比，膜分離法具有簡單、高效、節能的特點。利用膜分離法實現天然氣的脫硫脫碳，耗費的能源較少，天然氣的凈化成本較低，維修和保養都較為方便，符合節能環保的要求。但使用一級膜分離方法時，損失的甲烷數量巨大，因此，在天然氣脫硫脫碳過程中，多采用二級膜分離處理裝置。

2.2 干法脫硫脫碳工藝

干法脫碳技術的工作原理是在利用碳丙進行脫碳的基礎上，加入HS添加劑，使其同時具備脫硫和脫碳的能力，不斷地推動凈化技術的創新和發展。干法脫硫脫碳的流程一般分為以下三種：首先是通過對氣體的吸收、分離和洗滌，實現脫硫脫碳，其次是通過溶劑的蒸發、吸收和分解，實現脫硫脫碳的目的，最后是對溶液的洗滌和回收再利用。某化工公司通過采用富氧造氣技術，將煤炭轉化為半水煤氣，然后通過反法脫硫技術，將其變壓吸附后轉化為氫氣，為生產裝置提供氫氣。同時，為了配合公司擴大天然氣產量的要求，該公司不斷改進干法脫硫脫碳裝置，將裝置轉換氫氣的能力從21000Nm2轉換為36000Nm2,生產氫氣的能力顯著提高。公司經過慎重的分析和對比，確定了干法脫硫脫碳技術的改造方案，經過實際的生產運用，證明了其在脫硫脫碳方面具有強大的優越性，具有很高的推廣使用價值[1]。

2.3 復合醇胺法

氮甲基二以醇胺脫碳工藝通過將含有硫化氫和二氧化碳的天然氣進行過濾，然后使其進入吸收它的底部，然后將氮甲基二以醇胺溶劑自上而下倒入吸收塔，實現對硫化氫和二氧化碳的濾除。氮甲基二以醇胺的優點是具有較強的選擇性脫硫能力，缺點是無法深度脫除二氧化碳，只能在二氧化碳濃度較低的條件下使用。而復合醇胺法能夠在二氧化碳和有機硫含量都很高的情況下，完成深度脫除二氧化碳的工作，具有較高的選擇性，能夠實現有機硫的完全脫除。

復合醇胺法將伯醇胺對二氧化碳良好的吸附能力與叔胺的低腐蝕性、低降解度和高溶劑濃度的優點相結合，既發揮了伯胺對二氧化碳良好的吸附能力，又發揮了氮甲基二以醇胺低腐蝕性和低溶解度的優勢。例如，在美國，某天然氣凈化廠，天然氣凈化裝置的吸收能力無法滿足天然氣脫硫脫碳處理的需要，于是不斷創新，采用30%的氮甲基二以醇胺和20%的伯醇胺混合液作為脫硫脫碳的溶劑的方法，大大降低了出氣口的二氧化碳含量，同時在吸收塔的兩側設置了氮甲基二以醇胺和伯醇胺含量為9.9m3/h的胺液靜態混合器，有效的解決了有機硫和二氧化碳含量超標的問題，使天然氣符合凈化氣的相關標準。

2.4 直接轉化法

直接轉化法是氣體脫硫方法，利用含氧的溶液將天然氣中的硫化氫氧化為硫，被還原的氧化劑經過空氣又恢復氧化能力繼續進行脫硫脫碳處理。由于脫硫脫碳的反應過程包含了氧化還原反應，所以此過程也被稱作液相氧化還原法。主要包括鐵法，釩法和PDS等方法。直接轉化法具有以下幾個特點。首先，直接轉化法的流程較為簡單，利用氧化還原反應直接將硫化氫轉化為元素硫，且脫硫的操作過程只需在常溫下進行，降低了脫硫脫碳的成本。其次，直接轉化法對二氧化碳的脫除作用不明顯，溶液的酸堿度較大的情況下，脫除的二氧化碳含量較多。因此，當天然氣同過管道運輸時，二氧化碳的含量超標，需另外設置脫碳裝置。第三，當輸氣管道中硫化氫和二氧化碳的含量上升時，需依據二氧化碳和硫化氫含量上升的比例，增加轉化溶液的含量，所以直接轉化法的適應性不如醇胺法。最后，直接轉化法的裝置操作比較復雜，產生故障的可能性也比較大，經過氧化還原反應的元素硫品質也不能得到保證[2]。

3 結語

通過以上研究發現，在天然氣脫硫脫碳的過程中，采用膜分離的脫硫脫碳方法，能夠有效降低天然氣的凈化成本，提高脫硫脫碳的效率。在此基礎上，采用干法脫硫脫碳、通過復合醇胺法和直接轉化法進行脫硫脫碳，能夠提升脫硫的效率和質量，值得借鑒和推廣。因此，在天然氣脫硫脫碳的過程中，可以采用上述幾種方法。

[1]徐學飛.天然氣脫硫脫碳方法的選擇[J].化工管理,2015,02:227-228.

[2]王治紅,顏麗.某天然氣脫硫脫碳裝置溶劑配比優化研究[J].天然氣與石油,2015,03:39-43+9.