天然氣凈化中的脫硫方法與節能措施

王曉光

【摘 要】高含硫天然氣凈化廠需對H2S含量較高的原料氣進行處理，溶液循環量大、工藝流程長、公用工程消耗量大、能耗高。本文介紹了天然氣脫硫原理及工藝流程和含硫天然氣脫硫方法，闡述了含硫天然氣脫硫節能措施及效果。

【關鍵詞】天然氣；脫硫裝置；脫硫方法；節能措施

在天然氣凈化工作中的開展節能措施工作，能夠有效的降低能源消耗和生產成本，是天然氣企業生產工作中的重中之重，而在天然氣凈化工程中脫硫單元的能耗占到整個生產過程中能耗的90%以上，做好脫硫裝置的節能降耗工作對整體節能降耗工作有著非常重要的意義。

一、天然氣脫硫原理及工藝流程

1.1原理。原料氣被分離掉其中的絕大部分雜質和游離水后，進入脫硫裝置脫除其所含的H2S和部分CO2，從脫硫裝置出來的濕天然氣送至脫水裝置進行脫水處理，脫水后的干凈化天然氣即產品天然氣經輸氣管道外輸至用戶。與其它脫硫方法相比，甲基二乙醇胺（MDEA）脫硫法具有選擇性好、解吸溫度低、能耗低、腐蝕性弱、溶劑蒸汽壓低、氣相損失小、溶劑穩定性好等優點，是目前天然氣工業中普遍采用的脫硫方法。但MDEA溶液的再生過程能耗較大，再生塔重沸器消耗了凈化廠全廠蒸汽消耗總量的90%以上。因此，對脫硫工藝過程本身的能量進行合理而高效的回收利用是天然氣脫硫工藝節能的重要途徑。

1.2工藝流程。MDEA法脫硫工藝原料天然氣在約20℃、4～7MPa條件下進入脫硫裝置，在塔內40～50℃、4～7MPa的低溫高壓條件下進行脫硫脫碳反應；吸收了酸氣的富胺液（40～50℃、4～6MPa）從吸收塔底部抽出，經液位控制后壓力降至約0.6MPa進入閃蒸罐；經液位控制從閃蒸罐底部抽出的富液經貧/富液換熱器與從再生塔底來的貧液換熱，溫度升至約90℃后進入再生塔。再生塔頂酸氣出口含有大量的潛在熱能，溫度為100～110℃，其中水蒸氣含量約為70%。典型MDEA脫硫工藝使用風冷、水冷將其冷卻至約40℃，冷卻后酸氣送至硫磺回收裝置，液體部分回流至再生塔頂進行循環。在此過程中，水蒸汽的潛熱不僅沒有被有效回收利用，而且消耗了電能及大量循環冷卻水。

二、含硫天然氣脫硫方法

2.1膜分離法。有相關試驗結果顯示，在脫硫處理中應用氣體分離膜，可將每立方米所含硫量控制在5mg以內。而在脫硫中應用單級膜組件，對于烴的損害較大，無法實現經濟性。脫硫率以及烴回收率之間屬于相互矛盾的關系，無法同時滿足兩者，因此在脫硫工作中，應在保證脫硫量的前提下，盡量減少烴的損失量。

2.2生物催化脫硫法。生物催化脫硫法是通過對微生物新陳代謝的效果而實現脫硫的目的，此方法操作條件較為溫和，且操作流程簡單，費用合理，其競爭優勢較為顯著，發展前景也較為明朗。對于中低含硫量的天然氣而言，在凈化處理中應用生物脫硫法，在技術經濟上的優勢尤為明顯。在處理含硫天然氣中，硫磺的處理能力不宜超出5t/d。生物催化脫硫法的流程較為簡單，且對于化學品與能源的消耗方面較少，無需借助化學催化劑。此外，生物催化脫硫法的效果較好，可確保天然氣在進行脫硫處理后，其硫化氫含量不超出4×10-6（g/g）。并且，由于生成硫磺的親水性較佳，對管線不會產生堵塞情況，因此處理裝置方面無硫堵與溶液發泡的現象。

2.3混合吸收法

（1）Hybfisol法。此方法是Elf Aquitaine近年開發成功的脫硫工藝，其吸收劑的構成物包括叔胺、仲胺、甲醇等物質，該吸收劑將叔胺、仲胺、甲醇等的特性有效結合在一起。在富含烴類的伴生原料氣或是酸性天然氣等氣體的處理中較適宜應用Hybfisol法。

（2）活化MDEA法。活化MDEA溶劑是將MEA或DEA等活化劑與MDEA溶液混合所構成，增強二氧化碳的吸收效率為活化MDEA溶劑最主要的目的，常在處理硫化氫含量較少但需要進行大量脫除二氧化碳的原料氣中應用。在流程的安排方面，活化MDEA法是以多級降壓閃蒸進行安排，從而使水溶液中所溶解的二氧化碳最大化，實現節能的目標。然而，節能目的僅能在二氧化碳分壓極高的原料氣中實現。活化MDEA溶劑在化學性、熱穩定性等方面的性能較優，因而可有效預防裝置出現嚴重腐蝕與結垢的現象。此外，活化MDEA溶劑產生發泡現象的幾率也較低。

（3）Sulfinol法。此方法屬于砜胺法脫硫工藝之一，主要由化學吸收劑與物理吸收劑構成，其中物理吸收劑采用環丁砜，而化學吸收劑可由多種醇胺化合物中選取一種，其中MDEA（甲基二乙醇胺）與DIPA（二異丙醇胺）屬于較為常用的化學吸收劑，因而衍生了SulfinolMDEA法、Sulfinol-DIPA法。Sulfinol法與通常使用的醇胺法較為相似，主要有強凈化能力、再生能消耗量低、酸氣負荷高等特點，在氣能的凈化方面可滿足商品氣對于質量的要求。

（4）物理吸收法。物理吸收法中應用的吸收劑均為有機復合物。該方法通過吸收劑對硫化物進行溶解性脫硫，同時在脫硫期間無化學反應發生。因為此種方法具有共吸現象，例如在同一時間不僅吸收H2S物質還吸收了重烴，這一現象會對凈化期在熱值與硫磺等方面的質量造成影響，因此常用于吸收含烴量較大、酸氣分壓在0.35MPa以上的天然氣中。物理吸收法具有易再生、處理量大、可減壓閃蒸出大部分酸氣等優點。

（5）化學吸收法。化學吸收法屬于現階段在天然氣脫硫中最為多用的一種方法。MEA（一乙醇胺）、MDEA（甲基二乙醇胺）、DEA（二乙醇胺）、TEA（三乙醇胺）、DIPA（二異丙醇胺）、DGA（二甘醇胺）等均是目前較為多見的脫硫劑。醇胺法中的脫硫、脫碳等工藝所應用的水溶液已由單一性發展至多種溶劑混合調配成的配方型溶液，借助溶劑的復合化，不僅可提升其操作性能、擴展其應用范圍，還可實現提高裝置處理量、降低生產成本以及節能降耗的效果。

三、含硫天然氣脫硫節能措施及效果

3.1采用先進節能工藝。應根據天然氣的組成、壓力和對產品氣質量的要求，選用能耗低、經濟效益好的脫硫工藝方法。采用溶劑吸收法脫硫時，宜選用溶液酸氣負荷高的溶劑，以降低溶液循環量。對含二氧化碳與硫化氫比例高的原料氣，在二氧化碳含量已符合產品氣要求時，宜選用對硫化氫具有選擇性的溶劑，如甲基二乙醇胺（MDEA）及配方溶液。溶液循環量少，則貧胺液增壓的電力消耗、冷卻貧胺液耗用的循環冷卻水量及再生胺液的蒸氣消耗量均較低。適當降低硫磺回收裝置的配風量，提高硫磺回收裝置出口尾氣中還原氣量，確保尾氣中的還原氣量能滿足尾氣處理裝置加氫反應的需要，在線爐僅起進加氫反應器前尾氣的再熱作用，燃料氣采用等當量燃燒，減少尾氣處理裝置在線爐的燃料氣消耗。

3.2回收可利用能源。①將脫硫裝置和脫水裝置的閃蒸氣回收用作燃料氣，以降低燃料氣消耗。②甘醇吸收法脫水工藝中，若汽提氣用量較大，應根據將含水汽提氣回收利用。③脫水裝置在貧液循環泵前設置貧/富液換熱器，有效地回收了部分熱量，減少了貧液冷卻的循環冷卻水用量和富液再生的燃料氣耗量，降低了工廠能耗。④根據尾氣焚燒爐出口尾氣量大、溫度高、可回收熱量大的實際情況，將該熱量回收產生過熱蒸氣供裝置使用。⑤將酸水汽提后的汽提水用作循環水裝置的補充水，減少新鮮水用量，降低取水及水處理系統規模，降低能耗。

四、結語

目前，我國國內天然氣開采時，會面臨著酸性氣體，尤其是硫化氫物質危害嚴重的問題，給實際開采工作造成了困難，對其進行脫硫凈化具有重要意義。高含硫天然氣凈化廠因H2S含量高，溶液循環量大，公用工程負荷大，需要的能量大，同時，因酸氣量大，硫磺回收裝置工藝過程將產生大量可回收利用的熱能，節能的潛力巨大。優化工藝方案，盡量回收能量，合理利用熱量，可有效降低能耗，提高經濟效益。

【參考文獻】

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