天然气脱硫技术工艺

天然气脱硫技术工艺天然气含硫对系统环境影响很大，这就要求加大研究和开发节能、高效、环保的新型工艺技术，用于天然气净化等领域。随着天然气工业的快速发展，为天然气处理所需的各种新工艺、新设备、新技术的应用提供了很好的条件。天然气脱硫的目的是为用户提供合乎标准的净化气。国家质量技术监督局颁布的天然气国家标准要求：一类气硫化氢W6mg/m3，总硫W100mg/m3；二类气硫化氢W20mg/m3,总硫W200mg/m3；而且是强制性标准。另一方面国家环保局制定了GB16297-1996大气污染综合排放标准对二氧化硫排放除限定排放速率外，还对排放浓度做了严格的规定：新污染源二氧化硫W960mg/m3，现有污染源二氧化硫W1200mg/m3,另外，由于天然气气质的变化，部分净化厂的适应性问题也很突出，需逐一加以改造。由此可见国内天然气脱硫面领着十分繁重的任务，需进一步加大研究力度，开发出新型集成式脱硫新技术。一、醇胺法是目前天然气脱硫中使用最多的方法。该方法脱除硫化氢等酸气的过程主要为化学过程所控制，因此在低操作压力下，比物理溶剂或混合溶剂更适用。常用的醇胺类溶剂有一乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺等。一乙醇胺工艺：原料气从吸收塔底部进入，与从塔顶部进入的贫胺溶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，通过换热器与贫胺溶液换热得到加热，然后在再生塔中再生，脱除的硫化氢和二氧化碳再生酸气进入克劳斯装置进行硫回收，贫胺经冷却泵进入吸收塔。一乙醇胺既可以脱除硫化氢又可以脱除二氧化碳，一般认为在两种酸气之间没有选择性。一乙醇胺与其他醇胺相比碱性较强，与酸气反应较迅速，其分子质量也最低，故在单位质量或体积的基础上，它具有最大的酸气负荷。优缺点：化学性能稳定，可最大限度地减少溶液降解蒸汽气提即可与酸气组分分离。使用范围广，无论装置操作压力高低、酸气含量多少、原料气中硫化氢二氧化碳大小，该法均能使用。操作弹性大，适应性强，但其缺点主要是溶剂挥发损失大，容易发泡及降解变质，再生温度较高（约125°C）导致再生系统腐蚀严重，在高酸气负荷下更严重，因此在实际使用下一乙醇胺的浓度一般在15%~20%。二乙醇胺的碱性较一乙醇胺弱，同样对硫化氢和二氧化碳没有选择性净化程度不高。但其溶剂蒸发损失较一乙醇胺小，腐蚀性弱，再生时具有比一乙醇胺溶剂低的残余酸性组分浓度。二异丙醇胺和甲基二乙醇胺脱硫法从20世纪80年代后期开始广泛应用于气体净化，对硫化氢和二氧化碳具有选择性，在二氧化碳存在的情况下，能将硫化氢脱除到管输标准要求，节能效果明显。2二异丙醇胺是1963年由hell公司推出的一种用于化学、物理溶剂处理酸性气体的新工艺。其优点是腐蚀性小，降解产物生成部敏感，在低酸气分压下以二异丙醇胺化学吸附为主，而在高分压下则物理吸收起主导作用，兼容了化学物理吸收之长，与一乙醇胺相比，溶液和能量的消耗显著降低，经济效益可观；该工艺更重要的是具有脱除有机硫的能力。但是它使设备换热效果差，而且二异丙醇胺黏性大，易发泡，实际操作浓度控制在30%以下。甲基二乙醇胺化学稳定性好，溶剂不易降解变质；对装备腐蚀较轻，可减少装置的投资和操作费用；在吸收硫化氢气体时，溶液循环量少，气体气相损失小，但是，甲基二乙醇胺比其他胺的水溶液抗污染能力差，易产生溶液发泡，设备堵塞等问题。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馏，该方法回收耗能高，投资大再生回收液率不高。二、ulfatreat法干法脱硫是将气体通过固体吸附剂床层来脱除硫化氢。常用的固体吸附剂有海绵铁、活性炭、氧化铝、泡沸石、分子筛等。仅用于处理含微量硫化氢的气体，能完全脱除硫化氢。但由于该法是间歇操作，存在设备笨重、投资高、处理量低，吸附剂不易再生以及开发难度较大等原因，严重制约了该技术的发展和应用。ulfatrea是一种由美国hell公司开发的新型干法脱硫剂。它是3由取得专利的30%单一的铁化合物与30%蒙脱石和30%~40%水组合而成，具有均匀的孔隙度和渗透率。ulfatrea装置应直接安装在气液分离器的下游和脱水工艺装置的上游，气体温度最好在21°C~50°C之间，且含饱和水蒸气。ulfatrea对压力不敏感，并且不受气体中其他任何组分影响。ulfatrea工艺方法完全有选择性地脱除硫化氢，并且不产生废气。一个重要优点是除了对气体中的含硫化合物起作用外，而与其他物质都不起化学反应，这就消除了可能影响ulfatrea效率的副作用（如强氧化剂反应），并且对下游设备如检测仪表或控制仪器不产生腐蚀。ulfatrea可以在很宽的操作条件范围内正常运行，可实现无人操作而且它有以下优点：1、在ulfatrea替换过程中没有发生火灾或燃烧的危险，并且不需要控制PH值。2、由于其颗粒大小和形状整齐，在气体流速低时，效率提高操作费用低。3、它是一种间歇式的脱硫方法，因而比较适用于小规模的深度脱硫。4、这是一个批量过程需要两套流程，否则被处理的气流中断，且当硫化氢的出口浓度一定时，ulfatrea的硫容量损失较大，因此采用两套流程不但能提高单位质量ulfatrea处理的天然气量，而且可以减少ulfatrea容量损失。5、ulfatrea吸收硫化氢等硫化物的废料不需要任何处理，可以直4接废弃旷野或田地，对环境无毒无害，对植物甚至有一定的促长作用解决了长期以来比较简单的脱硫方法所产生的废料难以处理的问题。三、低温甲醇洗法低温甲醇洗法是20世纪50年代，由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的。该工艺以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的良好特性，脱除原料气中的酸性气体。工艺流程：原料气从底部进入多动能塔与塔顶下来的低温甲醇逆流接触，其中硫化氢、二氧化碳等杂质被甲醇洗涤、吸收后从塔顶引出，塔底部的富液进入膨胀槽，解析出硫化氢后进入萃取塔，分离出油类物质后，进入精馏塔回收甲醇，经膨胀塔进一步净化后送入多功能塔上部作为吸收剂循环使用。从多功能塔中引出的洗涤液和从膨胀槽中解析出的硫化氢一起进入到硫回收系统。优点：甲醇在低温下对硫化氢和二氧化碳等酸性气体吸收能力强，溶液循环量很小，不需要化学法再生时的大量能，大大降低了净化成本，低温甲醇具有较好的传热、传质性能，选择性强，净化度高，腐蚀性下，廉价，可节约投资成本，溶剂不氧化不降解，有很好的化学和热稳定性，吸收过程不起泡，可稳定生产。但是甲醇有毒，需要增加制冷系统，给操作和维修带来一定的困难。该工艺属于国外技术，需要购买专利软件包，一次性投资较大。四、膜吸收技术膜吸收技术是分离过程中的重要因素，除了膜及膜材料的性能5外，还决定于膜组件、整个过程装置及其设计和运转的合理性。膜吸收技术就是将膜基气体分离与传统的物理吸附、化学吸收、低温精馏、深冷结合起来的新型分离技术。现已有专利，该技术实现了最优的工艺组合和最低的经济投资，取得了显著的节能和减低投资的好效果，同时也扩大了气体膜分离技术应用领域和适用范围。与传统的脱硫方法相比，投资费用减少40%，运行费用减少30%，脱硫效率可以达到95%以上。膜吸收技术的传质包括吸收、解析以及在膜孔内的络合化和溶解层的等渗透分子在两相或多相间的分配过程。由于膜的作用天然气中的硫化氢渗入到管腔外部，并被通过膜分离器壳层的吸收液吸收。吸收液体流出膜分离器，经过换热器加热，通过滑片泵将吸收液抽入膜再生器中，吸收液中的硫化氢渗入膜管腔，被真空泵抽出，进入尾气罐。再生后的液体流出再生器，通过过滤器净化，进行另一循环，从而完成天然气的脱硫过程。6外，还决定于膜组件、整个过程装置及其设计和运转的合理性。膜吸收技术就是将膜基气体分离与传统的物理吸附、化学吸收、低温精馏、深冷结合起来的新型分离技术。现已有专利，该技术实现了最优的工艺组合和最低的经济投资，取得了显著的节能和减低投资的好效果，同时也扩大了气体膜分离技术应用领域和适用范围。与传统的脱硫方法相比，投资费用减少40%，运行费用减少30%，脱硫效率可以达到95%以上。膜吸收技术的传质包括吸