天然氣預處理過程中的脫酸與脫水工藝研究

歐銀軍

（寧夏哈納斯新能源集團 寧夏 銀川 750002）

0 引言

常規的天然氣凈化一般是指脫除天然氣中酸性氣體和游離水，如H2S、CO2達到管輸氣標準，通常要求H2S≤6mg/m3，CO2≤3%，對水分的要求是無游離水。而對于天然氣液化標準，各項雜質就要達到深度凈化的要求，其凈化指標為：H2S＜4ppm、CO2＜50ppm、H2O＜1ppm。

1 天然氣脫酸氣工藝

1.1 可再生溶劑脫酸工藝

再生溶劑吸收脫除酸性氣體是目前最常用的方法，該方法通過將含有CO2和H2S的天然氣與溶劑逆流接觸吸收，從而達到將其脫除的目的。同時，吸收了CO2和H2S的富液通過熱再生將其去除，然后將溶液冷卻，再重新使用，從而完成整個循環過程。若酸性氣體為H2S，再生出來的酸氣一般通過CluaS硫磺回收工藝將H2S轉化為單質硫，而將其回收利用。常用的可再生溶劑脫酸工藝主要有化學吸收法、物理吸收法、聯合吸收法等三大類。

（1）化學吸收法

化學吸收(主要是醇胺類溶液)法是目前天然氣脫酸工藝中使用最頻繁的方法。在低操作壓力下，它們比物理溶劑或混合溶劑更為適用。因為此時CO2等酸氣的脫除過程主要是受化學過程控制，而較少依賴于組分的分壓，而且化學溶劑對烴類的溶解度很小，不會造成大的烴損失。

（2）物理吸收法

使用物理吸收法進行天然氣脫酸的整個脫除過程沒有發生化學反應，溶劑用量與天然氣中酸性氣體含量無關。物理吸收法有如下優點：適合于酸氣分壓高的原料氣、處理容量大、再生容易、大部分的酸氣可減壓閃蒸出來、溶劑循環量和設備都很小、專用系統簡單、基建和操作費用低、溶劑一般無腐蝕性、不易產生泡沫，并可同時脫有機硫而本身不降解、穩定性好、損耗率低、凝固點低、不易發生冷凍等。但是使用物理溶劑法進行天然氣脫酸也有其缺點：溶劑價格昂貴，其溶劑對重烴有較強的吸收作用，這不僅影響凈化氣的熱值，而且也影響硫磺的質量。

（3）聯合吸收法

聯合吸收法是一種將物理溶劑和化學溶劑相混合的脫酸方法，以達到將化學溶劑的特性和物理溶劑的特性相結合的目的。同時由于物理溶劑的參與，會使得混合液在高酸氣分壓下，具有較高的酸氣負荷力。另外由于蒸汽壓和溶劑降解引起的溶劑損失也會較小。但是混合溶劑的價格通常會比醇胺溶劑的價格要高。

1.2 其他天然氣脫酸工藝技術

（1）固定床吸附脫酸工藝

固定床吸附脫酸工藝通常用于在天然氣中H2S含量較低的脫酸過程，它是基于在某些多孔介質中用一些反應性的化學物質進行浸漬處理，從而達到脫硫的目的。此外該方法一般屬于選擇性脫除H2S的過程。商業上應用的可再生脫酸劑主要有：活性炭、活性氧化鋁、硅膠、以及合成沸石；不可再生脫酸劑主要是氧化鋅。

（2）膜分離方法脫酸工藝

利用滲透性薄膜凈化天然氣具有如下優點：該技術方便靈活，能適應各種操作條件的變化；處理費用相對較低，甚至額外增加設備都不會造成費用的大量增加，而采用傳統工藝如胺法，就很難做到這些。但膜分離技術至今尚未在工業上廣泛應用，主要的原因在于復雜的造膜工藝使膜系統造價昂貴，以及在工業條件下膜的性能不夠穩定。目前這一技術尚無法在任何情況下使天然氣的純度達到管輸標準，因此還須以傳統的處理技術作為最終的凈化步驟。

（3）直接轉化法脫酸工藝

直接轉化或氧化過程也是脫除天然氣中微量H2S的一種有效的方法。直接氧化法是指溶液中氧載體的催化作用，把被堿性溶液吸收的H2S氧化為硫磺，然后鼓入空氣，使吸收液再生。直接轉化為硫的方法分為兩類：濕法氧化法和干法氧化法。

（4）低溫分離工藝

此法專用于CO2驅油伴生氣處理的方法，可根據對產品的不同要求而采用二塔、三塔及四塔流程。

在上面所論述的各種脫酸方法中，化學吸收法脫酸氣性能穩定，操作工藝較為成熟，可以達到天然氣液化裝置中所要求的深度凈化的標準，經濟性較好。在天然氣液化裝置中，常用的化學吸收方法有三種，醇胺法、熱鉀堿法及砜胺法，這三種凈化方法的基本特性和適用條件可參閱相關文獻。

2 天然氣脫水工藝

2.1 冷卻脫水

冷卻脫水是利用當壓力不變時，天然氣的含水量隨溫度降低而減小的原理而實現天然氣脫水的。此方法只適用于大量水分的粗分離，若冷卻脫水過程達不到作為液化廠原料氣中對水露點的要求，則還應采用其它方法對天然氣進行進一步的脫水。通常用冷卻脫水法脫除水分的過程中，還會脫除部分重烴。

2.2 吸收脫水

吸收脫水是用吸濕性液體（或活性固體）吸收的方法脫除氣流中的水蒸氣。用作脫水吸收劑的物質應具有以下特點：對天然氣有很強的脫水能力，熱穩定性好，脫水時不發生化學反應，容易再生，粘度小，對天然氣和液烴的溶解度較低，起泡和乳化傾向小，對設備無腐蝕性，同時還應價格低廉，容易得到。

2.3 吸附脫水

吸附是指一個或多個組分在界面上的富集，其機理是在兩相界面上，由于異相分子間作用力不同于主體分子間作用力，使相界面上流體的分子密度易于主體密度而發生 “吸附”。目前在天然氣凈化過程中，主要使用的吸附劑有活性氧化鋁、硅膠和分子篩三大類?；钚蕴康拿撍芰ι跷?，主要用于天然氣中回收液烴。

現代液化天然氣工廠采用的吸附脫水方法大都是分子篩吸附。盡管分子篩價格較高，但卻是一種極好的脫水吸附劑。在天然氣液化和深度冷卻之前，要求先將天然氣的露點降低至很低值，此時用分子篩脫水比較合適。分子篩的主要缺點是當有油滴或醇類等化學品帶入時，會使分子篩變質惡化：再生時耗熱高。

在實際使用中，可將分子篩同硅膠或活性氧化鋁等串聯使用。需干燥的天然氣首先通過硅膠床層脫除大部分的飽和水，再通過分子篩床層脫除殘余的微量水分，以獲得很低的露點。

3 結束語

總之，天然氣中的水分，在低于零度時將以冰霜的形式凍結在換熱器和節流閥的工作部分。另外，天然氣和水會形成天然氣水合物，它是半穩定的固態化合物，可以在零度以上形成，它可能導致管線、噴嘴和分離設備的堵塞。為了避免天然氣中由于水的存在造成堵塞現象，通常須在高于水合物形成溫度時就將原料氣中的游離水脫除，使其露點達到-100℃以下。從而防止低溫下水冷凝、凍結及水合物的形成。

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