初探天然氣凈化工藝技術及其發展

劉泉洲　張楌　王志剛

摘要：脫硫脫水工藝是油氣處理廠總工藝流程的核心部分，需根據原料天然氣組成和商品天然氣的技術指標要求，通過工藝方法特點、總工藝流程以及工程量、投資、能耗等技術經濟指標進行對比確定。

關鍵詞：天然氣

中圖分類號：TE624.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2019）05-0282-01

1.引言

為了使天然氣用戶能適當確定其加熱設備，必須確定最小熱值。這項規定主要要求控制天然氣中的N2和CO2等不可燃氣體的含量。為了控制夭然氣的腐蝕性和出于對人類自身健康和安全的考慮，常以HS含量或總硫（H，S及其他形態）含量來表示。為了防止天然氣在輸配管線中有液烴凝結，目前許多國家都對商品天然氣規定了脫油除塵的要求，規定在一定條件下天然氣的最高允許烴露點，烴露點即在一定壓力條件下天然氣中析出的第一滴液烴時的溫度，它與天然氣的壓力和組成有關。在地層溫度和壓力條件下，水在天然氣中通常以飽和水蒸汽的形式存在，水蒸氣的存在往往給天然氣的輸集帶來了一系列的危害。因此，規定天然氣的含水量是十分必要的。天然氣的含水量以單位體積天然氣中所含的水汽量來表示的，有時也用天然氣的水露點來表示。天然氣的水露點是指在一定的壓力條件下，天然氣與液態水平衡時（此時，天然氣的含水量為最大含水量，即飽和含水量）的溫度。一般要求天然氣水露點比輸氣管線可能達到的最低溫度還低5-6℃。

2.天然氣凈化工藝中的MDEA溶液吸收法

天然氣凈化，主要包括天然氣脫硫和天然氣脫水。在脫硫的眾多方法中，MDEA溶液吸收法脫硫，操作壓力對其影響較小，可以在低壓下進行運行，仍然可以達到管輸天然氣的氣質要求。在高碳比下能選擇脫除HS，循環量小，操作費用低，損失小，應用極廣;溶液MDEA濃度也是裝置中不難調節的工藝參數。在相同的氣液比下選擇性隨溶液濃度上升而改善，而若隨溶液濃度升高而相應提高氣液比運行時，則選擇性的改善更顯著。溶液濃度的主要影響可能是通過濃度進而導致液膜阻力變化而影響CO的吸收的。限制溶液濃度提高的因素有：腐蝕性、機械損失等，高的溶液濃度也導致塔底富液溫度較高而影響其HS負荷。經過20年的發展，時至今日，以MDEA為主劑己開發出多種溶液體系，其應用范圍則幾乎覆蓋整個氣體脫硫脫碳領域，MDEA溶液體系包括MDEA溶液，MDEA配方溶液，活化MDEA溶液，MDEA一環丁礬溶液，MDEA混合胺溶液。選擇性胺法抗污染的能力較弱。由于MDEA的堿性較常規醇胺為弱，一些雜質、特別是強酸性雜質進入溶液后對其凈化能力的影響也就大于其它醇胺。所以選擇性胺法裝置的溶液更需精心維護，防止外來雜質污染溶液。

3.天然氣凈化工藝中的其它脫硫工藝

二甘醇胺（DGA）脫酸方法，二甘醇胺屬伯醇胺。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MFA類似，DGA與COs和CS：反應產生的降解產物也需送人復活釜處理。DGA溶液的酸氣負荷約為0.3md（酸氣）/mol（DGA），腐蝕性略低于MEA。溶液配置濃度為50一70%。]）GA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。

濕法脫硫采用各類液體浴液脫硫劑。此法多用于高壓天然氣中酸性氣體組分含量較多的情況濕法本身又可按條件分為：化學吸收法、物理吸收法、復合法和直接氧化法。復合法同時使用混合的化學和物理吸收劑。本法中最得以廣泛應用的是Sulfinol法，其中使用環丁砜和任一化學吸收劑相組合的溶液作為脫硫劑。Sulfinol溶液通常是有環丁砜、二異丙醇胺和水組成。在確定Sulfinol砜胺溶液配比時，應考慮依據使用條件不同而異。

直接轉化法是指使用含有氧載體的浴液將天然氣中的HS氧化為元素硫，被還原的氧化劑經空氣再生又恢復了氧化能力的一類氣體脫硫方法。因其主反應是液相中的氧化還原反應，因此也被稱為氧化還原法或濕式氧化法。主要有釩法（ADA-NaVO，栲膠-NaVO等），鐵法（Lo-Cat，Sulfemy，EDTA.絡合鐵，FD及鐵堿法等），還有PDS等方法。

4.天然氣凈化工藝的發展

為了降低投資和操作費用，然氣凈化工藝流程也在不斷改進和優化。脫硫工藝除溶劑配方上進行改進外，對傳統工藝流程的改進，以提高改善脫硫脫碳性能力則一直未停止，比較典型的改進主要有：增加一個原料預接觸器、吸收塔有多點進料、胺液分流、用變壓再生替代重沸器熱再生等。在流程方面的這些有益嘗試都獲得了經濟上的利益。此外，在對裝置中部分設備的改進亦促進了工藝技術的不斷向前發展。如美國Union Pa-cific Resources公司的東德克薩斯天然氣凈化廠就在貧液回路采用水平多級離心泵代替傳統的貧液循環泵，達到了降低成本目的。

臭氧氧化法。臭氧（03）去除硫化氫硫醇等臭味物質的基本原理是利用臭氧在催化劑存在或紫外線照射下快速分解出來的具有極高化學活性的原子氧的強氧化性，將硫化氫疏醇等臭味物質氧化，使之生成無臭味的其它的硫化物。氧化過程中即使有過量的臭氧，臭氧也會因為催化劑（如：鋼鐵屑）的存在而迅速分解。另外廢氣中的硫化氫和硫醇在氧化過程中不會生成二氧化硫，避免增加二氧化硫產生的污染。但由于目前臭氧的一工業化制備比較困難，因此此法運行成本會比較高。

天然氣超音速脫水技術，其基本原理是其核心部件為超音速分離器，利用拉瓦爾噴管使天然氣在自身壓力作用下加速到超音速，這時天然氣的溫度和壓力會急劇下降，使天然氣中的水蒸汽冷凝成小液滴，然后在超音速下產生強烈的氣流旋轉將小液滴分高出來，并對于氣進行再壓縮。它的優點是：由于夭然氣高速通過脫水系統，因此在相同處理能力下，其體積較小;天然氣超音速脫水系統沒有大的轉動部件和化學處理系統，其可靠性很高，日常維護很少，允許在最苛刻環境中運轉，可以實現無人職守;超音速脫水技術利用夭然氣本身的壓力工作，能夠在瞬間啟動和停止工作，并且不需要大量的外部能源供應;工藝工程中不添加化學藥劑，如甲醇、乙二醇、三甘醇，避免了化學品對環境的危害;天然氣超音速脫水系統投資少，操作方便，可靠性高，不需外加動力，所以其運行費用低。

參考文獻：

[1]顏曉琴，孫別，葉茂昌，彭修軍，龔德洪，萬義秀，楊玉川.關于MDEA在天然氣凈化過程中變質特點的探討[J].石油與天然氣化工，2009，04：308.312+267.

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