低含硫天然氣凈化工藝技術(shù)的研究

張建 (山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)太原有限公司,山西 太原 030006)

天然氣主要存在于地表下孔隙性地層，常常與原油一起，也可以稱之為石油的另一種存在形態(tài)。因此，天然氣中主要含有飽和的烴類化合物，同時(shí)也含有很多非烴類物質(zhì)，例如，氮?dú)狻⒍趸肌⒘蚧瘹涞葰怏w。天然氣是一種高效、優(yōu)質(zhì)、清潔的新能源，主要應(yīng)用于工業(yè)及居民用燃?xì)庵校瑫r(shí)，在發(fā)電行業(yè)中也有著重要用途。對(duì)天然氣進(jìn)行脫硫可以有效的改善天然氣質(zhì)量，減少大氣污染。

1 低含硫天然氣凈化的發(fā)展及新工藝技術(shù)

1.1 國(guó)內(nèi)外含硫天然氣凈化工藝技術(shù)及其進(jìn)展

對(duì)天然氣中硫化氫氣體的脫除主要分為干法和濕法兩種類型。干法硫化氫氣體脫除技術(shù)主要針對(duì)于低含硫天然氣，在脫硫過(guò)程中操作較為簡(jiǎn)單方便，耗能較低且具有較高的脫硫精度，因此得到廣泛的應(yīng)用。干法主要分為氧化鐵法、氧化鋅法、活性炭法等，其中氧化鐵脫硫得到了較為廣泛的應(yīng)用。而濕法脫硫技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中有著較多的缺點(diǎn)，特別是工藝要求較高，動(dòng)力消耗大，運(yùn)行費(fèi)用較高等，使得濕法脫硫技術(shù)在推廣中受到限制。濕法脫硫技術(shù)主要有化學(xué)吸收法、物理吸收以及物理化學(xué)吸收法。其中化學(xué)吸收法主要主要以醇胺類或堿性鹽溶液作為溶劑，通過(guò)吸收塔中對(duì)天然氣中的二氧化硫及二氧化碳等氣體進(jìn)行吸收，以達(dá)到凈化天然氣的目的。其工藝流程圖如下:

含有酸性氣體的天然氣進(jìn)入到吸收塔中與溶劑逆流接觸，可以有效的吸收天然氣中的二氧化硫及二氧化碳等氣體，最終純凈的天然氣從塔頂流出，而吸收了二氧化硫的溶劑可以進(jìn)入到再生塔中進(jìn)行再生，其中的酸氣會(huì)被回收利用，而溶劑再次進(jìn)入吸收塔中進(jìn)行循環(huán)利用。溶劑的循環(huán)利用不僅有效的提高了資源的利用率，同時(shí)，也為天然氣的凈化降低了成本。

1.2 低含硫天然氣凈化處理新工藝

在進(jìn)行天然氣脫硫時(shí)，由于脫硫后的廢液、廢渣有較大的處理量，容易造成環(huán)境的二次污染。在20世紀(jì)90年代時(shí)，美國(guó)的氣體研究院開(kāi)發(fā)了一種新的低含硫天然氣的脫硫技術(shù)，它是一種新型的直接注入法進(jìn)行脫硫處理。直接注入法是將除硫劑的水溶液通過(guò)直接注入到天然氣管線中，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣中的硫化氫氣體進(jìn)行吸收，以達(dá)到凈化的目的。而脫硫后的廢液可以用于污水處理劑或肥料，可以有效的減少?gòu)U液對(duì)環(huán)境的二次污染。同時(shí)直接注入法的裝置投資低，占地面積小，且基本無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)表明了直接注入法有著廣闊的發(fā)展前景，目前已經(jīng)進(jìn)入到工業(yè)化試驗(yàn)階段，即將為低含硫天然氣注入新的活力。

2 主要的低含硫天然氣凈化工藝

2.1 混合胺工藝

混合胺工藝主要是對(duì)胺法的優(yōu)化發(fā)展，胺法主要采用醇胺類溶劑，例如:一乙醇胺（MEA）、二異丙醇胺（DIPA）以及甲基二乙醇胺（MDEA）等。其中一乙醇胺具有較強(qiáng)的堿性，能夠快速的與天然氣中的酸氣進(jìn)行反應(yīng)，可以有效的去除天然氣中的硫化氫及二氧化碳。同時(shí)，具有較為穩(wěn)定的化學(xué)性能，但與羰硫及二硫化碳的反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，容易造成溶劑難回收利用。而二乙醇胺相對(duì)于一乙醇胺堿性較弱，可以有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化氫及二氧化碳的有效吸收，但凈化程度較低。其優(yōu)點(diǎn)是溶劑的損失較少。而混合胺工藝就是將二乙醇胺換成了甲基二乙醇胺與二乙醇胺的混合溶液，有效的提高了對(duì)天然氣中酸氣的吸收，使得硫化氫及二氧化碳的含量都達(dá)到了管輸標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在沒(méi)有對(duì)設(shè)備有更高的要求下大大提高了裝置的處理能力，有效的提高了裝置的工作效率。甲基二乙醇胺與伯胺或仲胺的混合，有效克服了甲基二乙醇胺在單獨(dú)使用時(shí)的缺點(diǎn)，有效的提高了凈化程度，使得對(duì)甲基二乙醇胺的應(yīng)用得到有效的擴(kuò)展。

2.2 Benfield工藝

Benfield工藝主要用到的溶劑是碳酸與催化劑、防腐劑的混合物，在酸氣超過(guò)50%的環(huán)境下也可以適應(yīng)。因此，Benfield工藝在世界上得到較為廣泛的應(yīng)用。可以將Benfield系統(tǒng)與胺系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，碳酸鉀主要用于除去天然氣中的酸氣成分，而胺溶液主要用于對(duì)商品氣進(jìn)行最終的純化功能。在Ben?field工藝中，美國(guó)新研發(fā)了一種新型的吸收劑，取代了常用的吸收溶劑，不但對(duì)二氧化硫及硫化氫等氣體有較好的吸收效果，同時(shí)對(duì)一氧化碳也有較高的吸收能力，加強(qiáng)對(duì)裝置的改進(jìn)還可以有效的提高產(chǎn)量、節(jié)約能耗、降低成本，且這種新型吸收劑屬于“綠色”材料，可以有效的降低對(duì)環(huán)境的污染。

2.3 Sulfinol工藝

砜胺法凈化天然氣主要是對(duì)醇胺法的改善，采用了相同的工藝流程，但將吸收溶劑換為了同時(shí)含有物理吸收溶劑及化學(xué)吸收溶劑的混合溶劑。物理吸收溶劑主要用的是環(huán)丁砜，而化學(xué)吸收溶劑主要是醇胺類化合物。這類混合溶劑可以有效的降低天然氣中的酸性氣體，能夠輕松達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)，是對(duì)物理吸收與化學(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn)集合，有效的消除了各自進(jìn)行天然氣凈化中的缺點(diǎn)。

2.4 Sulfatreat工藝

Sulfatreat工藝裝置主要安裝于氣液分離器的下游與脫水裝置上游，可以有效的脫除天然氣中的硫化氫氣體，具有較強(qiáng)的專一性，對(duì)天然氣中的其他組分不起作用。Sulfatreat工藝在實(shí)際應(yīng)用中可以有效的降低火災(zāi)的危險(xiǎn)，同時(shí)，對(duì)操作人員的傷害也較低，有效的保障了操作人員的人身安全。同時(shí)，工藝生產(chǎn)造成的廢料也不需要進(jìn)行繁雜的處理，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，還可以作為肥料用于植物生長(zhǎng)，具有一定的促進(jìn)生長(zhǎng)作用。有效的簡(jiǎn)化了對(duì)廢料的后續(xù)處理。

2.5 低溫甲醇洗工藝

低溫甲醇洗工藝來(lái)自于德國(guó)，憑借著其優(yōu)異的性能而在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它的主要特點(diǎn)是：第一，具有較高的溶解度，對(duì)天然氣進(jìn)行純化的是甲醇，對(duì)天然氣中的酸性氣體有較高的溶解度，可以實(shí)現(xiàn)較高的工作效率，而且在進(jìn)行凈化時(shí)也不需要用化學(xué)法再生時(shí)的大量熱能，減少了相應(yīng)的設(shè)備投資，有效的降低了凈化的成本。第二，具有較強(qiáng)的選擇性，甲醇只對(duì)天然氣中的二氧化碳、硫化氫、羰基硫具有較高的溶解性能，而對(duì)天然氣中的其他氣體成分不具有溶解性，可以有效的提高天然氣的凈化程度，而對(duì)天然氣主要成分沒(méi)有影響。第三，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性。第四，具有較好的傳熱、傳質(zhì)性能，且腐蝕性小，對(duì)設(shè)備需要進(jìn)行防腐處理，有效的降低對(duì)設(shè)備的資金投入。且甲醇材料廉價(jià)易得，可以有效的降低對(duì)天然氣的凈化成本。

3 發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國(guó)大力倡導(dǎo)使用天然氣，減少環(huán)境污染的大力號(hào)召，有效的促進(jìn)了我國(guó)天然氣行業(yè)的發(fā)展，而天然氣的工業(yè)發(fā)展也呈現(xiàn)著蓬勃的發(fā)展趨勢(shì)。這些發(fā)展的快速崛起有效的促進(jìn)了我國(guó)天然氣凈化工藝的發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)的凈化工藝有了更好的優(yōu)化方案，使得天然氣的凈化效果越來(lái)越好。同時(shí)，國(guó)外的很多技術(shù)也被引進(jìn)到了國(guó)內(nèi)，并通過(guò)對(duì)其工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，促進(jìn)了外國(guó)工藝在我國(guó)的良好運(yùn)作，有效的提高了我國(guó)天然氣凈化工藝水平。我國(guó)也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)天然氣凈化工藝的研究和應(yīng)用，不斷對(duì)現(xiàn)有的凈化工藝進(jìn)行優(yōu)化完善，提高我國(guó)的天然氣凈化水平。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)天然氣進(jìn)行凈化處理可以有效的去除天然氣中的酸性氣體，這些酸性氣體的存在使得天然氣在燃燒后容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。對(duì)天然氣進(jìn)行凈化處理后可以有有效的降低對(duì)環(huán)境的污染，是對(duì)我國(guó)綠色環(huán)保的積極響應(yīng)。天然氣凈化工藝在我國(guó)已經(jīng)得到較快的發(fā)展，但響應(yīng)的工藝技術(shù)還不夠完善，并沒(méi)有達(dá)到國(guó)際水平。因此，我國(guó)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)天然氣凈化工藝技術(shù)的深化研究，不斷提高我國(guó)的凈化水平。

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