關(guān)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(chǎn)工藝主要是基于當(dāng)前石油資源日漸嚴(yán)重枯竭的嚴(yán)峻形勢(shì)下發(fā)展產(chǎn)生的，對(duì)促進(jìn)節(jié)能低碳減排這一戰(zhàn)略目標(biāo)的正確實(shí)現(xiàn)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用。本文在對(duì)幾種天然氣石油脫硫臭氧脫碳制作工藝優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)綜合分析闡述的基礎(chǔ)上，分析了幾種天然脫硫空氣脫碳制作工藝的基本優(yōu)點(diǎn)和主要缺點(diǎn)，以期為企業(yè)相關(guān)技能人士就業(yè)提供技術(shù)借鑒和工作參考。

關(guān)鍵詞：脫硫脫碳;膜分離法;復(fù)合醇胺法

隨著我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展和國(guó)民生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，我國(guó)已把實(shí)施節(jié)能低碳減排戰(zhàn)略作為2020年我國(guó)的長(zhǎng)期戰(zhàn)略經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)，這也直接導(dǎo)致了我國(guó)民眾對(duì)利用天然氣清潔能源的長(zhǎng)期需求量不斷大大增加，天然氣清潔能源已經(jīng)成為全球僅次于美國(guó)石油天然能源的第二大清潔能源。應(yīng)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(jié)約使用從而導(dǎo)致的嚴(yán)重空氣污染，極大地有效改善了現(xiàn)代人們的日常居住生活環(huán)境。因此，完善利用天然氣的厭氧脫硫化和脫碳生產(chǎn)工藝，具有十分重要的歷史現(xiàn)實(shí)意義。

一、脫硫脫碳方法概述

近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)力的不斷穩(wěn)步提高，脫硫和熱脫碳的操作方法已經(jīng)得到了一定相當(dāng)程度上的科學(xué)改進(jìn)和技術(shù)創(chuàng)新，取得了良好的經(jīng)濟(jì)成效。根據(jù)氣體脫硫空氣脫碳操作過程空氣中的物理狀態(tài)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(jù)多種脫硫過氧脫碳應(yīng)用方法的不可實(shí)現(xiàn)性和原理，脫硫過氧脫碳的工作過程又分別應(yīng)用了物理化學(xué)礦物溶劑粘附吸收法、物理化學(xué)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(yīng)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(shí)的透過性的巨大差異，將空氣膜分壓作為一種驅(qū)動(dòng)力，對(duì)位于膜兩側(cè)的各種成分纖維進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(chǎn)過程中，應(yīng)用最多的材料是一種經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的環(huán)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(shù)方法相比，膜脫硫分離法技術(shù)具有簡(jiǎn)單、高效、節(jié)能的三大特點(diǎn)。利用超薄膜空氣分離法成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)天然氣的凈化脫硫和熱脫碳，耗費(fèi)的自然能源相對(duì)較少，天然氣的綜合凈化利用成本相對(duì)較低，維修和維護(hù)保養(yǎng)都較為方便，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保的技術(shù)要求。但是在使用一級(jí)別的膜聯(lián)合分離處理方法時(shí)，損失的三氯甲烷脫硫數(shù)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(shù)會(huì)采用二級(jí)別的膜聯(lián)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(shù)的主要工作基本原理主要是在充分利用碳丙二烷進(jìn)行濕式脫碳的基礎(chǔ)上，加入硫等添加劑，使其同時(shí)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(dòng)空氣凈化脫碳技術(shù)的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。干法有機(jī)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(duì)脫硫氣體的連續(xù)吸收、分離和連續(xù)洗滌，實(shí)現(xiàn)干法脫硫溶液脫碳，其次再就是通過脫硫溶劑的連續(xù)蒸發(fā)、吸收和連續(xù)分解，實(shí)現(xiàn)干法脫硫溶液脫碳的主要目的，最后再就是對(duì)脫硫溶液的連續(xù)洗滌和分解回收再綜合利用。某煤炭化工企業(yè)公司首先通過反法采用富硒氫氧脫硫造煤煤氣加工技術(shù)，將大量煤炭氫氣轉(zhuǎn)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(shù)，將其送入變壓器經(jīng)吸附后將其轉(zhuǎn)化而成為全水氫氣，為煤炭生產(chǎn)加工裝置內(nèi)部提供大量氫氣。同時(shí)，為了有效配合集團(tuán)公司今年擴(kuò)大干法天然氣脫硫產(chǎn)量的戰(zhàn)略要求，該企業(yè)公司不斷改進(jìn)公司干法氫氣脫硫機(jī)的脫碳轉(zhuǎn)化裝置，確定了脫硫干法低碳脫硫工業(yè)脫碳關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)改造創(chuàng)新方案，經(jīng)過實(shí)際的研發(fā)生產(chǎn)試驗(yàn)運(yùn)用，證明了其在工業(yè)脫硫干法脫碳技術(shù)方面已經(jīng)具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)越性，具有很高的產(chǎn)業(yè)推廣性和使用價(jià)值。

2.3復(fù)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(duì)其進(jìn)行直接過濾，然后充氣使其直接進(jìn)入水中吸收它的底部氮基三甲基二以及烯醇胺的其他優(yōu)點(diǎn)主要是因它具有較強(qiáng)的化學(xué)選擇性和可脫硫

能力，缺點(diǎn)也就是無法深度徹底脫除大氣二氧化碳，復(fù)合醇胺吸附法將復(fù)合伯醇胺對(duì)氨和二氧化碳良好的催化吸附作用能力與復(fù)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(yōu)點(diǎn)效果相結(jié)合，既充分發(fā)揮了復(fù)合伯胺對(duì)氨和二氧化碳良好的催化吸附作用能力，又充分發(fā)揮了對(duì)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(yōu)勢(shì)。

例如，在一個(gè)美國(guó)，某大型天然氣工業(yè)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(shí)際需要，于是不斷創(chuàng)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(shí)在凈化吸收進(jìn)氣塔的兩側(cè)分別設(shè)置了一個(gè)氮化氫甲基兩個(gè)二以醇胺和一個(gè)伯醇胺的硫含量分別為9.9m3/h的伯醇胺液作為靜態(tài)凈化混合器，有效的徹底解決了有機(jī)氧化硫和金屬二氧化碳的硫含量嚴(yán)重超標(biāo)的技術(shù)問題，使該廠天然氣凈化符合工業(yè)凈化氣的國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4直接轉(zhuǎn)化法

直接對(duì)氧轉(zhuǎn)化脫硫法主要是指對(duì)氣體進(jìn)行脫硫化的方法，被含氧還原的氣體氧化劑經(jīng)過加熱空氣又一次恢復(fù)脫碳氧化反應(yīng)能力后再繼續(xù)對(duì)氧進(jìn)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(yīng)處理過程中也包含了一些氧化脫硫還原酶的反應(yīng)，所以此反應(yīng)過程也通常被稱作液相中的氧化脫硫還原反應(yīng)法。

總結(jié)：通過以上課題研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在利用天然氣進(jìn)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(shù)基礎(chǔ)上，采用聯(lián)合干法有機(jī)脫硫復(fù)合脫碳、通過有機(jī)復(fù)合醇胺法和直接脫硫轉(zhuǎn)化法聯(lián)合進(jìn)行有機(jī)脫硫復(fù)合脫碳，能夠大大提升干法脫硫的工作效率和脫硫質(zhì)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。

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（作者單位：長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠第四凈化廠）