张月天然气脱硫技术工艺综述

1、张月一一天然气脱硫技术工艺综述关键字：脱硫净化醇胺法摘要：本文主要讲述了天然气的脱硫的主要方法，及其应用。引言：中国天然气产业牛产-消费现状进入二十一世纪的第二个十年之后，中国对天然气的消费呈直线上升趋势，据了解，2012 年天然气消费同比增长12. 8%, 2013年天然气消费同比增长高达13.9%,国家能源局预计称, 2014年我国天然气表观消费量1930亿立方米，增长14. 5%。我国目前天然气1/3以上都含有硫，为改善环境质量，实现可持续发展。故发展天然气 必须先解决其净化问题。1、天然气脱硫技术的现状及发展趋势1.1含硫天然气净化研究现状自18世纪末英国就开始使用干式氧化铁法从气流中

2、脱除硫化物，但直到上世纪30年代 醇胺类溶剂应用于气体脱硫以后，天然气脱硫才成为独立的工业分支。经过70多年的发展, 口前国内外报道的脱硫方法已有百余种1 。12天然气脱硫技术的目的天然气净化的目的是脱除含硫天然气中的h2s、c02、水份及其它杂质（如有机硫等）， 使净化后的天然气气质符合gb17820-1999国家标准，并回收酸气屮的硫，且使排放的尾气达 到gb16297-1996大气污染物综合排放标准的要求。1. 3高含硫天然气净化工艺的发展趋势国外对高含硫天然气的开发已有几十年的丰富经验，天然气净化技术也有了进一步的发 展。目前，国外针对高含硫天然气的处理技术己向大型化、自动化、组合化方

3、向发展，用以 节约投资、降低能耗、提高装置的适应能力和运行维护的可靠性。国外针对高含硫天然气处 理普遍采用以下工业技术路线2:（1）当原料气有机硫含量高（为满足总硫要求，必须脫除有机硫）建议采用sulfional m法进行脱硫。（2）当原料气屮有机硫含量低（将ii2s脫除后，总硫即可满足要求） 建议采用mdea 法进行脱硫。2、天然气脱硫方法的分类通常用于天然气脱除酸性组分的方法有化学溶剂法、物理溶剂法、物理化学溶剂法、直 接化学溶解法、直接转化法、非再生性法和膜分离及其的低温分离法等。2. 1天然气净化中化学溶剂法醇胺法是目前天然气脫硫中使用最多的方法。醇胺法脱硫是一种典型的化学吸收反应过

4、程,对硫化氢有较强的吸收能力，而且化学反应速度较快的醇胺弱碱性的水溶液（复合型甲基 二乙醇胺）为吸收剂。在脱硫塔内，使其在常温下与干气、液化气逆流接触。2. 12胺法工艺流程原料气从吸收塔底部进入，与从顶部加入的贫胺液逆流接触脱硫净化后，从吸收塔顶部引 出，离开吸收塔的富胺溶液，通过换热器与贫胺换热得到加热，然后在再生塔中再生，脱除的含 h2s和c02再生酸气进入克劳斯装置进行硫回收，贫胺经冷却泵送至吸收塔3 o胺吸收法是一种比较成熟的天然气处理方法，但该法存在设备笨重、投资费用高、再生 和环境污染等问题。其中最大的问题就是吸收液的再生。目前所应用的再生方法主要是高温 减压蒸镭，该方法回收耗能

5、高，投资大，再牛回收液率不高。2. 2天然气物理溶剂法物理溶剂法一般在高压和较低温度下进行，适用于酸性组分分压高（大于345kpa）的天然 气脱硫脱碳。此外，此法还具有可大量脱除酸性组分，溶剂不易变质，比热容小，腐蚀性小 以及可脱除有机硫（cos、cs,和rsh）等优点。由于物理溶剂对天然气中的重炷有较大的溶解 度，故不宜用于重坯含量高的天然气，且多数方法因受再生程度的限制，净化度（即原料气中 酸性组分的脱除程度）不如化学溶剂法。当净化度要求很高时，需采用汽提法等再牛方法。目前，常用的物理溶剂法有多乙二醇二甲储法（selexol法）、碳酸丙烯酯法（fluor法）、 冷甲醇法（rectisol法

6、）等。23气体膜分离的基本原理 2. 3.1膜分离过程的原理利用膜的选择透过性而使不同的物质得到分离。它具有无相变、分离效率高、可在常温 下进行、无化学变化、节能、设备简单、卫生程度高、自动化程度高等优点。气体膜分离是 基于混合气体组分在膜内溶解和扩散性能的不同，即渗透速率的不同来实现分离的技术。推 动力（膜两侧各组分的分压差）、膜的面积以及膜的分离选择性构成了膜分离的三要素4-5o 气体分子天然气中膜分离法在压力作用下，首先在膜的高压侧接触，然后是吸附、溶解、扩 散、逸出，一般气体分子在膜内的渗透扩散过程较慢，提高渗透速率和分离系数是气体膜分 离技术实现工业化应用的关键。3、mdea 法3.

7、 1mdea 应用作为一个在h2s和c02同时存在下具有 选择脫除h2s能力的醇胺于20世纪80 年代初在国外获得工业应用，最初系着眼于以此解决进入克劳斯装置的酸气质量问题。事实 上,mdea的这种选吸能力早在20世纪50年代即已为实验工作所证实，但并未获工业应用, 因为当时无此需求。mdea在实现工业应用后，除去它的选吸能力，人们还发现了它优越的节 能性质和低的腐蚀性，于是其体系和应用范围一再扩展就溶液体系而言，除mdea水溶液 外，还有mdea配方溶液、活化mdea溶液、mdea混合胺溶液和dea-环丁飒溶液等。至于其 应用范围，使用不同的mdea溶液，几乎可以完全覆盖整个天然气脱硫领域。

8、我国mdea的 应用始于20世纪80年代中期，至90年代初，我国天然气净化厂只有四川的几套mdea装置; 然而据有关方面估算，采用mdea所获得年增收节支效益超过两千万元。我国由于天然气工 业方面的后发优势，在发现mdea的优良性能后即一再推广应用，截至2010年，在我国现 有的天然气净化厂中，使用mdea的脱硫脱 碳装置占有绝对统治的地位。3. 2原理mdea又称为n-甲基二乙醇胺，mdea法脱碳技术是利用活化mdea水溶液在高压常温将天 然气或合成气中的二氧化碳（c02）吸收，并在降压和升温的情况下，二氧化碳（c02）又从溶液 中解吸出来，同吋溶液得到再生。我公司除了在国内建设mdea法脫

9、碳装置外，也成功登陆海 外市场，在印度尼西亚也建设了类似装置。3. 3技术特点（1）mdea脫除酸性气体的流程可以采用贫液一段吸收和贫液半贫液两段吸收，贫液- 段吸收的流程投资省、电耗低、热耗高；贫液半贫液二段吸收的投资大、电耗高、热耗低， 根据脱除不同规模的二氧化碳，采用不同的流程。（2）mdea溶液对天然气的溶解度低于天然气在纯水中的溶解度，因此，mdea脱除酸性 气体的过程中，天然气的损失很低。（3）mdea溶液兼有物理吸收和化学吸收的特点，溶剂对二氧化碳的负载量大。（4）mdea稳定性较好，在使用过程中很少发生降解的现象，它对碳钢设备几乎无腐 蚀。（5）桂类回收率高，二氧化碳脱除精度高

10、。（6）二氧化碳冋收率高、纯度高，经过简单后处理，即可达到食品级标准。4、脱硫工艺技术设备构造及其原理4. 1脱硫塔构造：分为填料塔、空喷塔和板式塔等形式，常用的是填料塔。由圆同形塔体和堆放在 塔内对传质起关键作用的填料等组成，内有喷淋、捕雾等装置。常用的填料有木格栅、钢板 网和塑料花形填料等。脱硫原理：焦炉煤气和吸收液分别从塔底和塔顶进入塔内，气液两相逆流接触传质，脱 去硫化氢和氧化氢的煤气从塔顶排出，带反应物的脱硫液从塔底排出。4. 2解吸塔作用：在解吸塔内利用水蒸气的加热和汽提作用，对吸收了硫化氢等酸性气体的脱硫液 进行解吸，从而将硫化氢等酸性气体从中分离出来。构造：由圆筒形塔体和塔内的

11、喷淋装置、填料及塔板组成。解吸原理：水蒸气和脱硫液分别从下部和上部进入解吸塔，汽液两相逆流接触。硫化氢等酸性气体从塔顶排出，用来制取硫磺或硫酸。再生吸收液从塔底排出，送冋脱硫塔循环使 用。4. 3再生塔作用：用来氧化和再生脱硫脱氧溶液。构造：再牛塔大多为圆柱形空塔，有的还在空塔内设几层筛板。塔底设空气分配盘，其 作用是使压缩空气在塔截面上均匀分布。顶部扩大段为环形硫泡沫槽。塔体用碳钢制成，内 衬玻璃钢，以防腐蚀。再牛原理：利用空气中的氧气将脱硫液中的硫化物氧化成单质硫，并借助空气的作用将 单质硫颗粒吹浮在再生液上层，以便将硫泡沫分离。4. 4工艺流程图器 卄卩 调 液一 損怜塔 一再空塔it*飜水 氛 来 氛ihpdf法工艺流程图(煤气脱硫)参考文献1 王遇冬天然气处理与加工工艺北京:石油工业出版社.1999, 4 (1) : 59-612 刘家洪，康智，周平等高含硫天然