天然氣凈化工藝技術(shù)研究

【摘" " 要】天然氣是古生物遺骸長期沉積地下，經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)化及變質(zhì)裂解而產(chǎn)生的氣態(tài)碳氫化合物，具可燃性，多是在油田開采原油時伴隨而出。在石油地質(zhì)學中，通常指油田氣和氣田氣。其組成以烴類為主，并含有部分非烴類氣體。

【關(guān)鍵詞】天然氣;醇胺法;干法

中圖分類號：G4" " " 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.08.153

天然氣中的硫化物及其燃燒物會破壞周圍環(huán)境，損害人類健康。而像H2S和硫醇這樣的硫化物，并使之轉(zhuǎn)化為可供工業(yè)應(yīng)用的元素硫，便構(gòu)成一條天然氣工業(yè)中普通采用的凈化、回收硫的基本技術(shù)路線。此外，當硫磺回收裝置的尾氣不符合大氣排放標準時，還應(yīng)建立尾氣處理裝置。因此，天然氣中的H2S量受到嚴格限制，開采出的天然氣往往須經(jīng)脫硫預處理，以滿足傳輸及使用要求。歐美發(fā)達國家制定的商品天然氣氣質(zhì)標準規(guī)定：H2S控制含量在5mg/m3左右;總硫控制含量為l00mg/m3，天然氣（以硫計）左右;我國國家標準規(guī)定：I類商品天然氣H2S含量≤6 mg/m3總硫含量≤100 mg/m3天然氣（以硫計）。故而一個完整的天然氣脫硫廠應(yīng)包括脫硫裝置、硫磺回收裝置和尾氣處理裝置。

一、天然氣的廣泛應(yīng)用

天然氣在化學工業(yè)中的應(yīng)用極其廣泛，可以生產(chǎn)近千種化工產(chǎn)品，目前國內(nèi)外大規(guī)模生產(chǎn)的天然氣化工產(chǎn)品有數(shù)十種，其中有一部分中間產(chǎn)品，主要有合成氨、甲醇、甲烷氯化物、硝基甲烷、乙炔、二硫化碳、碳黑、氫氰酸等。在利用上述產(chǎn)品可以進一步加工制造氮肥、有機玻璃、合成纖維、合成橡膠、塑料、醫(yī)藥溶劑、電影膠片、炸藥、高能燃料等。

天然氣工業(yè)的發(fā)展還對黑色金屬冶煉、非金屬礦物制品業(yè)、專用設(shè)備制造業(yè)、武器彈藥制造業(yè)、普通機械制造業(yè)、電氣機械及器材制造業(yè)、非金屬礦采選業(yè)等的發(fā)展有直接的推動作用。

二、干法脫硫工藝

目前，國內(nèi)外已見的天然氣脫硫方法名目繁多，不下數(shù)十種。如果以脫硫劑的狀態(tài)來分，則天然氣脫硫法可分為干法和濕法兩大類。干法——采用固體型的脫硫吸附劑，這類固體物質(zhì)包括天然泡沸石、分子篩和海綿狀氧化鐵等。干法技術(shù)通常是用于低含硫氣體處理，特別是用于氣體精細脫硫。大部分的干法脫硫工藝由于要更換脫硫劑而不能連續(xù)操作，還有一些如七翻丁法、權(quán)化鋅法等，脫硫劑均不能再生，脫硫飽和后要廢棄，這樣一方面會造成環(huán)境問題，另一方面會增加脫硫的成本。干法是利用硫化氫的還原性和可燃性，以固體氧化劑或吸附劑來脫硫或直接燃燒，其中包括有克勞斯法、氧化鐵法、活性炭法等。

氧化鐵固體脫疏劑這是一類將H2S反應(yīng)脫除而通常并不再生的方法，近來發(fā)展較為活躍。用于處理粗天然氣使之達到管輸要求的固體脫硫劑主要成分均為活性氧化鐵。

三、天然氣凈化工藝常見問題

含酸氣的高溫胺液具有很強的腐蝕性。設(shè)計中應(yīng)對與胺液接觸的塔器、管線等増加壁厚，留有腐蝕余量。制造中應(yīng)釋放焊接產(chǎn)生的熱應(yīng)力。操作中應(yīng)注意：避免胺液濃度過高、釆用符合質(zhì)量要求的補充水、保持過濾器良好工作狀態(tài)以及防止再生塔溫度過高等，特別要防止氧氣通過各種途徑進入系統(tǒng)。對腐蝕性極強的MEA系統(tǒng)，最容易產(chǎn)生腐蝕的部件應(yīng)使用抗腐鋼材，如：吸收塔和再生塔的塔板（或填料）、貧/富胺液換熱器、重沸器和復活釜的管束、吸收塔的富液管線和減壓閥等。

在醇胺法裝置的操作中，醇胺系統(tǒng)主要的腐蝕劑是酸性氣體本身。特別在使用MDEA溶液的裝置中，腐蝕隨著溶液中酸性氣體濃度的增加而增強。游離的或化合的CO2也能引起嚴重腐蝕，而在高溫以及有水存在時尤其嚴重。H2S像酸一樣地與碳鋼發(fā)生作用，隨后形成不溶的FeS。FeS在金屬表面上形成膜，但此膜粘附得并不緊密，所以對進一步腐蝕起的保護作用不大。同時發(fā)現(xiàn)在主要處理CO2的裝置中，有很少H2S存在時，可以減少腐蝕作用。第二個重要的腐蝕劑是溶劑的分解產(chǎn)物。這種分解產(chǎn)物是溶劑和進料氣體組分的不可逆造成的。在過程循環(huán)的某些部分，由于存在氧與溶液接觸，也會促使某種情況的嚴重腐蝕。溶液中的懸浮固體即Fe2S3的侵蝕，以及溶液在換熱器管和管路中高速的流動，都會加快腐蝕。在此條件下，阻止了 Fe2S3的形成，并且Fe由于和H2S反應(yīng)而被連續(xù)的脫落下來。

為減輕腐蝕作用，通常采用以下幾個措施：再沸器中溶液的溫度與再沸器中所用蒸汽的溫度盡可能的低;避免用高溫載熱體，以使金屬壁面的溫度維持最低;壓力再生而產(chǎn)生的高溫會引起再沸器的壓力應(yīng)維持得盡可能的低;為了防止氧氣進入系統(tǒng)，會使所有暴露在大氣的溶液界面上有一層惰性氣體覆蓋，并使泵的入口處維持適當正壓;連續(xù)除去懸浮固體與分解產(chǎn)物往往有助于降低腐蝕作用;在某些情況下，在循環(huán)胺液中加入苛性鈉，可使腐蝕顯著減輕;使用腐蝕抑制劑，包括高分子胺和重金屬鹽。

四、結(jié)語

天然氣凈化工藝向系列化、深度化方向發(fā)展。隨著對環(huán)境保護的日益重視，對凈化天然氣中的H2S含量（以及總硫含量）、CO2含量和硫回收及尾氣處理裝置排放氣中SO2含量的要求越來越低，促使原有的工藝進行改進提高和新的先進技術(shù)的出現(xiàn)。各種脫硫工藝，特別是醇胺溶劑法由水溶液發(fā)展到新的配方型工藝（包括aMDEA、配方溶劑及混合胺），并形成工藝系列，可通過選用不同的脫硫溶劑配方和適當?shù)墓に嚵鞒蹋瑢2S含量降至低于4×10-6（v）、CO2含量低于2.0%，甚至低于50×10-6（v）的水平。配方型溶劑不但可以用于原料氣脫硫部分，而且也廣泛應(yīng)用于硫回收后續(xù)的尾氣處理部分，以進一步提高硫回收率和減少大氣污染物的排放。

參考文獻

[1]陳昌介，何金龍，溫祟榮.高含磷天然，凈化技術(shù)現(xiàn)狀及研究方向[J].天然氣工業(yè)2013，01：112-115.

[2]李勁，雷萌，唐濤.對中低含硫天然氣脫硫技術(shù)的認識[J].石油與天然氣化工，2013，03：227-233.

[3]四川石油管理局，天然氣工程手冊.，北京，石油工業(yè)出版社，1980