關于天然氣脫硫脫碳工藝的選擇分析

劉奕廷 張世雨 裴銀杰 唐鷥彤

摘要：石油天然氣的煉油脫硫去氧脫碳生產工藝主要是基于當前石油資源日漸嚴重枯竭的嚴峻形勢下發展產生的，對促進節能低碳減排這一戰略目標的正確實現發展具有重要的指導作用。本文在對幾種天然氣石油脫硫臭氧脫碳制作工藝優點進行技術綜合分析闡述的基礎上，分析了幾種天然脫硫空氣脫碳制作工藝的基本優點和主要缺點，以期為企業相關技能人士就業提供技術借鑒和工作參考。

關鍵詞：脫硫脫碳;膜分離法;復合醇胺法

隨著我國社會主義經濟的不斷快速發展和國民生產力的不斷進步，我國已把實施節能低碳減排戰略作為2020年我國的長期戰略經濟發展規劃目標，這也直接導致了我國民眾對利用天然氣清潔能源的長期需求量不斷大大增加，天然氣清潔能源已經成為全球僅次于美國石油天然能源的第二大清潔能源。應用煤炭天然氣作為能源，能夠有效率地減少由于煤炭資源過度節約使用從而導致的嚴重空氣污染，極大地有效改善了現代人們的日常居住生活環境。因此，完善利用天然氣的厭氧脫硫化和脫碳生產工藝，具有十分重要的歷史現實意義。

一、脫硫脫碳方法概述

近年來，隨著工業生產力的不斷穩步提高，脫硫和熱脫碳的操作方法已經得到了一定相當程度上的科學改進和技術創新，取得了良好的經濟成效。根據氣體脫硫空氣脫碳操作過程空氣中的物理狀態變化特征，可將氣體脫硫空氣脫碳操作工藝主要分為氣體干法和濕式兩法。濕法通過空氣吸收催化劑和固體溶液直接完成固體脫硫和再脫碳，干法固體脫硫和再脫碳則通過將水和固體脫硫作為空氣吸收催化劑的兩種方式直接完成固體脫硫和再脫碳。根據多種脫硫過氧脫碳應用方法的不可實現性和原理，脫硫過氧脫碳的工作過程又分別應用了物理化學礦物溶劑粘附吸收法、物理化學溶劑粘附吸收法、膜吸附分離法和氣體吸附分離法等多種脫硫過氧脫碳應用方法。

二、天然氣脫硫脫碳工藝的選擇

2.1膜分離脫碳工藝

膜高壓分離法主要利用水和天然氣的各種主要成分通過空氣膜時的透過性的巨大差異，將空氣膜分壓作為一種驅動力，對位于膜兩側的各種成分纖維進行快速分壓，將其中透過性較好的諸如二氧化碳等植物纖維從大量的空氣分子中迅速脫離釋放出來，實現了膜和二氧化碳的有效分離。目前，在利用天然氣液化脫硫薄膜脫碳生產過程中，應用最多的材料是一種經濟廉價的環氧醋酸聚酯纖維脫碳膜。與其他涂層脫硫和膜脫碳分離技術方法相比，膜脫硫分離法技術具有簡單、高效、節能的三大特點。利用超薄膜空氣分離法成功實現了對天然氣的凈化脫硫和熱脫碳，耗費的自然能源相對較少，天然氣的綜合凈化利用成本相對較低，維修和維護保養都較為方便，符合國家節能環保的技術要求。但是在使用一級別的膜聯合分離處理方法時，損失的三氯甲烷脫硫數量巨大，因此，在采用天然氣液化脫硫裝置脫碳處理過程中，多數會采用二級別的膜聯合分離方法處理脫硫裝置。

2.2干法脫硫脫碳工藝

干法低硫脫碳作用技術的主要工作基本原理主要是在充分利用碳丙二烷進行濕式脫碳的基礎上，加入硫等添加劑，使其同時分別具備干式脫硫和濕法脫碳的作用能力，不斷地努力推動空氣凈化脫碳技術的自主創新和產業發展。干法有機脫硫溶液脫碳的工作流程一般上可分為以下三種：首先它就是通過對脫硫氣體的連續吸收、分離和連續洗滌，實現干法脫硫溶液脫碳，其次再就是通過脫硫溶劑的連續蒸發、吸收和連續分解，實現干法脫硫溶液脫碳的主要目的，最后再就是對脫硫溶液的連續洗滌和分解回收再綜合利用。某煤炭化工企業公司首先通過反法采用富硒氫氧脫硫造煤煤氣加工技術，將大量煤炭氫氣轉化而成為半天然水解的煤氣，然后通過脫硫反法采用脫硫造氣技術，將其送入變壓器經吸附后將其轉化而成為全水氫氣，為煤炭生產加工裝置內部提供大量氫氣。同時，為了有效配合集團公司今年擴大干法天然氣脫硫產量的戰略要求，該企業公司不斷改進公司干法氫氣脫硫機的脫碳轉化裝置，確定了脫硫干法低碳脫硫工業脫碳關鍵技術的研發改造創新方案，經過實際的研發生產試驗運用，證明了其在工業脫硫干法脫碳技術方面已經具有強大的技術優越性，具有很高的產業推廣性和使用價值。

2.3復合醇胺法

氮化氫甲基二以二和醇胺直接脫碳濾除工藝通過將水中含有少量硫化氫和含有二氧化碳的少量天然氣對其進行直接過濾，然后充氣使其直接進入水中吸收它的底部氮基三甲基二以及烯醇胺的其他優點主要是因它具有較強的化學選擇性和可脫硫

能力，缺點也就是無法深度徹底脫除大氣二氧化碳，復合醇胺吸附法將復合伯醇胺對氨和二氧化碳良好的催化吸附作用能力與復合叔胺的低濃度腐蝕性、低催化降解度和叔胺高溶劑作用濃度的顯著優點效果相結合，既充分發揮了復合伯胺對氨和二氧化碳良好的催化吸附作用能力，又充分發揮了對二氮基三甲基二以及伯醇胺低濃度腐蝕性和低溶解劑濃度的顯著優勢。

例如，在一個美國，某大型天然氣工業凈化廠，天然氣脫碳凈化吸收裝置的廢氣吸收能力無法完全滿足該廠天然氣凈化脫硫處理脫碳凈化處理的實際需要，于是不斷創新，采用30%的氧化氮甲基二以醇胺和20%的甲基伯醇胺凈化混合液兩種作為廢氣脫硫處理脫碳的主要溶劑的凈化方法，大大降低了凈化出氣口的金屬二氧化碳的硫含量，同時在凈化吸收進氣塔的兩側分別設置了一個氮化氫甲基兩個二以醇胺和一個伯醇胺的硫含量分別為9.9m3/h的伯醇胺液作為靜態凈化混合器，有效的徹底解決了有機氧化硫和金屬二氧化碳的硫含量嚴重超標的技術問題，使該廠天然氣凈化符合工業凈化氣的國家相關技術標準。

2.4直接轉化法

直接對氧轉化脫硫法主要是指對氣體進行脫硫化的方法，被含氧還原的氣體氧化劑經過加熱空氣又一次恢復脫碳氧化反應能力后再繼續對氧進行氣體脫硫化和脫碳氧化處理。由于氧化脫硫酶和脫碳的液相反應處理過程中也包含了一些氧化脫硫還原酶的反應，所以此反應過程也通常被稱作液相中的氧化脫硫還原反應法。

總結：通過以上課題研究結果發現，在利用天然氣進行脫硫重氮脫碳的利用過程中，采用一種膜片式分離的大氣脫硫重氮脫碳利用方法，能夠有效率地降低利用天然氣的脫硫凈化利用成本，提高大氣脫硫重氮脫碳的工作效率。在此技術基礎上，采用聯合干法有機脫硫復合脫碳、通過有機復合醇胺法和直接脫硫轉化法聯合進行有機脫硫復合脫碳，能夠大大提升干法脫硫的工作效率和脫硫質量，值得大家借鑒和廣泛推廣。因此，在利用天然氣臭氧脫硫和水脫碳的使用過程中，可以考慮采用上述幾種脫硫方法。

參考文獻：

[1]陳水財.關于天然氣脫硫脫碳工藝的選擇分析[J].化工管理，2017（29）：36.

[2]韓星.高碳硫比天然氣凈化工藝裝置適應性及用能研究[D].中國石油大學（北京），2016.

[3]姚春旭.川東北高含硫天然氣脫硫脫碳工藝研究[D].中國石油大學，2011.

（作者單位：長慶油田分公司第一采氣廠第四凈化廠）