天然氣脫酸工藝

胡偉

天然氣脫酸工藝

胡偉

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

介紹了幾種天然氣脫酸工藝流程，并對(duì)這幾種天然氣脫酸工藝的主要特點(diǎn)及適用性進(jìn)行了對(duì)比與歸納。最后結(jié)合研究課題中目標(biāo)天然氣的實(shí)際情況，對(duì)天然氣脫酸工藝進(jìn)行了選取。

天然氣 ; 脫酸工藝 ; 選取

近年來(lái)隨著霧霾天氣持續(xù)惡化，社會(huì)對(duì)清潔燃料的需求越來(lái)越大。天然氣脫酸氣技術(shù)是天然氣處理工藝的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。脫酸工藝的選取直接決定工藝設(shè)備的投入成本及將來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用，本文針對(duì)幾種常用的脫酸工藝方案進(jìn)行了分析，對(duì)其工藝的主要特點(diǎn)及適用性進(jìn)行了描述。

1 脫酸工藝介紹

脫酸方法總體上可歸結(jié)為溶劑吸收法、膜分離法和變壓吸附法三類，其中溶劑吸收法常用的有醇胺法、熱鉀堿法、砜胺法等

1.1 溶劑吸收法

1.1.1 醇胺法

醇胺吸收法是溶劑吸收法中比較有代表性的脫酸方法，適用于從天然氣中大量脫硫和二氧化碳的場(chǎng)合。用于天然氣脫二氧化碳的醇胺溶劑主要包括一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二異丙醇胺（DIPA）和N-甲基二乙醇胺（MDEA）等。在溶劑吸收法中以各種醇胺為基料復(fù)配多種化學(xué)溶劑以滿足各種脫酸需求的混合胺溶劑是目前的發(fā)展方向。混合胺溶劑法具有投資少、能耗低、處理能力大、CO2凈化度高、腐蝕速率小、溶劑損失低等優(yōu)點(diǎn)，是醇胺法脫酸的首選工藝方案。醇胺法脫碳裝置的典型工藝流程見圖1。

英國(guó)歐魯克（OLKY）公司開發(fā)了一種胺法超重力氣體脫硫化氫。中石化集團(tuán)公司也開發(fā)了撬裝式超重力氣體脫硫成套技術(shù)，并應(yīng)用在河口15萬(wàn)立方米/天含硫天然氣撬裝式脫硫裝置上。胺法超重力氣體脫硫化氫利用離心分離的方法代替吸收塔，天然氣中酸性氣與醇胺貧液混合快速反應(yīng)，同時(shí)在離心作用下氣液分離出凈化天然氣，而富液去再生系統(tǒng)。超重力脫酸工藝雖然具有高效、不受吸收塔晃動(dòng)帶來(lái)的影響的優(yōu)點(diǎn)，但過程壓降大、處理量小，并聯(lián)設(shè)備多占地大，目前，超重力脫酸技術(shù)還不成熟，難以達(dá)到天然氣液化要求（CO2含量小于50~100 ppmV），需要繼續(xù)研發(fā)。

圖1 醇胺法脫碳裝置的典型工藝流程

熱碳酸鉀法

熱碳酸鉀法屬化學(xué)吸收法，廣泛用于脫除氣體中CO2，由于溶液中常使用活性劑以促進(jìn)CO2的吸收，所以亦稱為活性熱鉀堿法。熱碳酸鉀法基本工藝流程見圖2。

圖2 熱碳酸鉀工藝流程

在熱碳酸鉀吸收劑基礎(chǔ)上，市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種具有專利的吸收劑工藝，它們有一個(gè)共同點(diǎn)，都摻有不同的催化劑，以增加吸收和再生速度，并降低系統(tǒng)腐蝕性。如：Catacarb（烷醇胺和硼酸鹽），Giammarco-Vetrocoke（砷和其他催化劑），Benfield，Girdler（添加烷醇胺）等。

砜胺法

砜胺法是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的物理-化學(xué)溶劑天然氣凈化工藝流程。此流程所用物理吸收溶劑是環(huán)丁砜。環(huán)丁砜是一種優(yōu)良的有機(jī)溶劑，對(duì)于H2S、CO2有很強(qiáng)的吸收能力。

化學(xué)吸收溶劑是一乙醇胺（MEA）、二異丙醇胺(DIPA)或甲基二乙醇胺(MDEA)。二異丙醇胺(DIPA)和環(huán)丁砜配伍被命名為Sulfinol-D，甲基二乙醇胺(MDEA)和環(huán)丁砜配伍被命名Sulfinol-M。

據(jù)工程實(shí)踐，在醇胺法和砜胺法選取時(shí)有以下幾點(diǎn)值得注意：

（1）當(dāng)酸氣中H2S、CO2含量不高，且H2S與CO2摩爾比值小于6，并需同時(shí)脫除H2S、CO2兩種酸性氣體時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用MEA法或混合胺法。

（2）當(dāng)酸氣中H2S與CO2摩爾比值大于5，且需選擇性脫除H2S時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用MDEA法或其配方溶液法。

（3）當(dāng)酸氣中酸性組分分壓高、有機(jī)硫化物含量高，并需同時(shí)脫除H2S和CO2時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用（Sulfinol-D）法（吸收劑為環(huán)丁砜與二異丙醇胺的混合液）；如需要選擇性脫除 H2S時(shí)，則需采用Sulfinol-M 法。

（4）酸氣中重?zé)N含量較高時(shí)，一般宜用醇胺法。

1.2 膜分離法

氣體膜分離技術(shù)是20世紀(jì)80年代開發(fā)成功的一種高新技術(shù)，目前世界上已有21個(gè)國(guó)家采用了膜分離天然氣技術(shù)，已建成122套天然氣處理裝置。膜分離的基本原理是根據(jù)混合氣體中各組分在壓力推動(dòng)下透過膜的傳遞速率不同，從而達(dá)到分離的目的。

用于天然氣分離的膜主要由聚砜、醋酸纖維素、聚酰亞胺等材料制成，其分離原理主要以溶解-擴(kuò)散機(jī)理為主。膜分離是一種動(dòng)力學(xué)分離過程，分離效率受膜材料、氣體組成、壓差、分離系數(shù)等因素影響。天然氣膜法分離技術(shù)也受到下述因素的制約：

（1）壓力：薄膜系統(tǒng)自身特點(diǎn)決定了它不能承受過高的操作壓力。

（2）進(jìn)料氣的飽和度：薄膜系統(tǒng)要求進(jìn)料氣為干燥氣體。其飽和度需在80%以下，否則液態(tài)水滴會(huì)堵塞薄膜通道。

（3）目前的膜分離特性決定了其凈化度不高，因此難以達(dá)到天然氣液化所需的含酸氣標(biāo)準(zhǔn)。

目前，國(guó)內(nèi)膜分離技術(shù)研究大多集中在中科院和一些高等院校，研究?jī)?nèi)容主要包括膜材料和膜，對(duì)組件、裝置、過程優(yōu)化及集成工藝技術(shù)等方面。

2.1 變壓吸附法

變壓吸附法是利用分子篩篩分機(jī)理的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體分離的，在吸附劑上二氧化碳對(duì)其他組分有較高的分離系數(shù)，來(lái)達(dá)到對(duì)酸性天然氣中二氧化碳的脫除目的。

變壓吸附法有以下幾個(gè)特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，裝置操作彈性大，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)；制備的產(chǎn)品純度高、質(zhì)量好；能耗低；無(wú)溶劑和輔助材料消耗；無(wú)三廢排放，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。缺點(diǎn)是對(duì)原料氣的損耗較大。

2 脫酸方法綜合比選

2.1 脫酸方法對(duì)比

由以上對(duì)醇胺法、熱碳酸鉀法、砜胺法、膜分離法和變壓吸附法的介紹可得出以下對(duì)比分析表。

表1 脫酸方法對(duì)比表

2.2 脫酸性氣體方法選擇考慮因素

在選擇脫酸性氣方法時(shí)需要考慮的主要因素有：

（1）天然氣中酸性組分的類型和含量。大多數(shù)天然氣中的酸性組分是H2S和CO2，但有的還可能有COS、CS2、RSH等存在。天然氣中的酸性組分不同以及各組分比例不同，選取的天然氣脫酸工藝就會(huì)不同。

（2）原料氣的處理量。原料氣的處理量的大小關(guān)系到脫酸的經(jīng)濟(jì)性，有些脫酸工藝適用于處理量大的工況，有些脫酸工藝只適用于處理量小的工況。

（3）原料氣的溫度、壓力及凈化氣所要求的溫度、壓力。有些脫酸工藝不適合在低壓下運(yùn)行，而有些脫酸工藝在溫度高于環(huán)境溫度時(shí)會(huì)受到不利因素的影響。

3 結(jié)論

對(duì)以上因素綜合分析，結(jié)合所研究課題中目標(biāo)天然氣中主要含CO2，幾乎不含H2S和有機(jī)硫的情況，可排除選擇性脫硫的方法。溶劑吸收法脫碳最經(jīng)濟(jì)，且原料氣處理量較大，脫碳要求高，因此結(jié)合脫酸性氣的各種考慮因素，本課題中天然氣預(yù)處理系統(tǒng)脫酸工藝推薦溶劑吸收法。

［1］王保慶，姜巖，張衛(wèi)敏. 天然氣脫酸氣工藝方案優(yōu)選研究[J]. 現(xiàn)代化工, 2012, 32 (12): 96-99．

［2］羅小武. 天然氣凈化工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 天然氣與石油, 2006，24 (2): 30-34．

Discussion on Natural Gas Deacidification Processes

（Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China）

Several natural gas deacidificaiton processes were introduced. Main characteristics and applicability of thesenatural gas deacidification processes were compared and summarized. Finally combining the actual situation of target gas in the research topic, thesolvent absorption method was selected.

natural gas; deacidification process; selection

TE 624

A

1004-0935（2017）09-0915-03

2017-05-22

胡偉（1984-），男，工程師，2008年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，研究方向：海洋石油工程管道設(shè)計(jì)。