淺析天然氣凈化凈化濕法脫硫工藝

【摘" " 要】伴隨著世界經濟的發展，石油危機的沖擊和煤、石油所帶來的環境污染問題日益嚴重，使能源結構逐步發生變化，天然氣的消費量急劇増長。天然氣用于聯合發電、供冷和供熱、燃料電池等方面都具有十分誘人的前途，發達國家都在競相進行應用開發。

【關鍵詞】天然氣;脫硫;凈化

中圖分類號：G4" " " 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.08.151

由于近年來石油資源的緊缺，天然氣資源越來越受到人們的重視。我國的天然氣資源比較豐富，縱觀我國天然氣儲量發展狀況，具有增長速度快，儲采比高，煤成氣比例逐漸增高，探明率低的特點。天然氣是一種優質的能源，具有熱值大，運輸使用方便，燃燒完全，無煙無渣，價格較為便宜等優點。同時天然氣是一次能源中最為清潔、高效、方便的能源，不僅在工業與城市民用燃氣中廣泛應用，而且在發電業中也越來越重要作用，近20年來在我國呈現出快速發展的態勢。但是，天然氣不是從地下開采出來立刻就能進行使用。必須先經過一些處理才能輸送到居民家中和工廠中使用。所以天然氣的凈化就是一個很重要的過程。

一、濕法脫硫工藝概述

目前天然氣的凈化脫硫方法根據其弱酸性和強還原性而進行脫硫可以分為干法脫硫和濕法脫硫。濕法按其所用的不同脫硫劑分為液體吸收法和吸收氧化法兩類。液體吸收法中有利用堿性溶液的化學吸收法和利用有機溶劑的物理吸收法，以及物理化學吸收法。吸收氧化法主要是利用各種氧化劑、催化劑進行脫硫。

用吸收法脫除天然氣所含酸氣的過程中，溶液吸收酸氣。在溶液內酸氣濃度逐步増大并趨于平衡溶解度，此時該溶液逐步喪失對溶質的吸收能力。富含酸氣的吸收溶液稱富液。顯然需通過解吸使富液釋放吸收的酸氣，恢復其原有的吸收能力，這一過程為再生，再生后、恢復吸收能力的溶液稱貧液。在化學吸收法脫酸氣工業實踐中，富液內酸氣濃度常為其平衡濃度的80%左右，再生后的貧液仍含0.5～10%酸氣，視所釆用的吸收劑而定。

二、物理溶劑吸收法

物理吸收法是基于吸收劑的選擇性吸收來分離抽職天然氣中酸性組分，其操作類似于天然氣工廠中油吸收法。以有機化合物為溶劑，在高壓、低溫下使酸氣組分和水溶解于溶劑內，使天然氣“甜化”和干燥。吸收酸氣的溶劑又在低壓、高溫下釋放酸氣，使溶劑恢復吸收能力，使脫酸過程循環持續進行。在物理吸收過程中，可采用N-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、丙酮、甲醇等作為吸收劑。由于吸收劑的吸收能力實際上與氣相中酸性組分的分壓成正比，故而本法對處理高含酸性組分的天然氣特備有效。利用有機溶劑對原料氣中酸性組分具有較大溶解度的特點，從天然氣內脫除酸氣。酸氣在物理溶劑內的溶解度主要取決于酸氣分壓，其次為溫度。分壓愈高，溫度較低時，溶解度愈大。物理溶劑再生時可釆用三種方法，即：降壓或加熱閃蒸，或用惰性氣體、溶劑蒸氣汽提，使溶劑恢復對酸氣的溶解能力。再生所需的熱量和能耗較化學吸收法少。一般，物理溶劑適合酸氣分壓高（大于345kPa）的天然氣。

物理溶劑再生時所需的加熱量較少，適用于天然氣內酸氣負荷高，要求同時進行天然氣脫水的場合。

三、化學吸收法

在塔器內以弱堿性溶液為吸收劑與酸氣反應，生成某種化合物。在另一塔器內，改變工藝條件（加熱、降壓、汽提等）使化學反應逆向進行，堿性溶液得到再生，恢復對酸氣的吸收能力，使天然氣脫酸氣過程循環連續進行。改變工藝條件（壓力、溫度），使吸收酸氣的溶液進行逆向化學反應，放岀酸氣，使水溶液再生、恢復吸收酸氣的活性，使脫酸過程連續進行。多數化學吸收法釆用胺和碳酸鹽為吸收溶劑。各種醇胺溶液是化學吸收法內使用最廣泛的吸收劑，他們有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二甘醇胺（DGA）、甲基二乙醇胺（MDEA）二異丙醇胺（DIPA）等。此外，還有熱鉀堿法。醇胺法是目前使用最廣的天然氣脫酸氣工藝。

一乙醇胺（MEA）法。MEA對H2S和CO2的吸收和反應無迭擇性，同時也吸收羰硫（COS）和二硫化碳（CS2）并與之發生不可逆化學反應，生成哇烷酮-2 （C3H5NO2），一種熱穩定性很好的白色固體。這種固體雜質不允許在MEA循環系統內積累，因而從再生塔底分出1%-3%的貧液送入復活釜加熱，使MEA貧液蒸發為氣體從釜頂排出，哇烷酮-2和其他熱穩性鹽類殘留在釜內。當釜內積聚一定量雜質后，停運并皆除釜內雜質，造成雜質內所含MEA溶劑的損失。

二甘醇胺（DGA）法。屬伯醇胺。對酸氣的活性和化學反應與MEA類似。以DGA為溶劑的脫酸方法以其發明公司的名稱命名，稱Fluor Econamine法。與MEA類似，DGA與COS和CS2反應產生的降解產物也需送入復活釜處理。DGA溶液的酸氣負荷約為0.3mol（酸氣）/mol（DGA），腐蝕性略低于MEA。溶液配置濃度為50～70%。DGA的優點是，蒸氣壓低，溶液損失小，溶液濃度高，循環量少，再生所需的熱負荷低，且由于DGA的凝固點低適宜在高寒地區使用。

四、物理化學吸收法

物理化學吸收工藝獲得進一步的發展?；瘜W物理溶劑及物理溶劑工藝具有高選擇性、能耗低、可脫有機硫等優勢，尤其是在需要大量脫除有機硫的場合，此類方法具有獨特的優越性。以Shell公司Sulfinol工藝為代表的化學物理溶劑釆用不同溶劑配比，可滿足不同脫硫脫碳需要;最近由Elf" Aquitaine公司開發成功的Hybrisol工藝將甲醇的物理溶解特性和仲胺及叔胺的化學活性及選擇性吸收結合為一體，脫除有機硫（RSH和COS）能力顯著增加。由美國天然氣研究院最新開發成功物理溶劑Morphysorb工藝，以嗎啉衍生物N —甲酰嗎啉和N—乙酰嗎啉（NAM）混合物作吸收溶劑，用于選擇性脫除H2S、CO2以及有機硫，正顯示出較為光明的工業化應用前景。

參考文獻

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