關(guān)于天然氣脫硫脫碳工藝的選擇分析

陳水財(cái)（唐山唐鋼氣體有限公司，河北 唐山 063000）

關(guān)于天然氣脫硫脫碳工藝的選擇分析

陳水財(cái)（唐山唐鋼氣體有限公司，河北 唐山 063000）

天然氣的脫硫脫碳工藝是基于石油資源日漸枯竭的形勢(shì)下產(chǎn)生的，對(duì)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要的作用。本文在對(duì)天然氣脫硫脫碳工藝進(jìn)行綜合闡述的基礎(chǔ)上，分析了幾種脫硫脫碳工藝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以期為相關(guān)人士提供借鑒和參考。

脫硫脫碳；膜分離法；復(fù)合醇胺法

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，我國(guó)已把節(jié)能減排作為我國(guó)的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，這也導(dǎo)致了民眾對(duì)天然氣能源的需求量不斷增加，天然氣能源成為僅次于石油能源的第二大能源。應(yīng)用天然氣能源，能夠有效減少煤炭資源過(guò)度使用導(dǎo)致的空氣污染，極大地改善了人們的居住環(huán)境。因此，完善天然氣的脫硫脫碳工藝，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 脫硫脫碳方法概述

近年來(lái)，隨著生產(chǎn)力的不斷提高，脫硫脫碳的方法得到了一定程度上的改進(jìn)和創(chuàng)新，取得了良好的成效。根據(jù)脫硫脫碳過(guò)程中的物態(tài)特征，可將脫硫脫碳工藝分為干法和濕法。濕法通過(guò)吸收劑和溶液完成脫硫脫碳，干法脫硫脫碳則通過(guò)將固體作為吸收劑的方式完成脫硫脫碳。根據(jù)脫硫脫碳方法的實(shí)現(xiàn)原理，脫硫脫碳的過(guò)程又應(yīng)用了化學(xué)溶劑吸收法、物理溶劑吸收法、膜分離法和吸附法等脫硫脫碳方法。

2 天然氣脫硫脫碳工藝的選擇

2.1 膜分離脫碳工藝

膜分離法利用天然氣的各種成分通過(guò)膜時(shí)的透過(guò)性的差異，將膜作為驅(qū)動(dòng)力，對(duì)膜兩側(cè)的成分進(jìn)行分壓，將透過(guò)性較好的二氧化碳等纖維從大量的分子中脫離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的分離。目前，在天然氣脫硫脫碳過(guò)程中，應(yīng)用最多的是經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的醋酸纖維膜。與其他脫硫脫碳技術(shù)相比，膜分離法具有簡(jiǎn)單、高效、節(jié)能的特點(diǎn)。利用膜分離法實(shí)現(xiàn)天然氣的脫硫脫碳，耗費(fèi)的能源較少，天然氣的凈化成本較低，維修和保養(yǎng)都較為方便，符合節(jié)能環(huán)保的要求。但使用一級(jí)膜分離方法時(shí)，損失的甲烷數(shù)量巨大，因此，在天然氣脫硫脫碳過(guò)程中，多采用二級(jí)膜分離處理裝置。

2.2 干法脫硫脫碳工藝

干法脫碳技術(shù)的工作原理是在利用碳丙進(jìn)行脫碳的基礎(chǔ)上，加入HS添加劑，使其同時(shí)具備脫硫和脫碳的能力，不斷地推動(dòng)凈化技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。干法脫硫脫碳的流程一般分為以下三種：首先是通過(guò)對(duì)氣體的吸收、分離和洗滌，實(shí)現(xiàn)脫硫脫碳，其次是通過(guò)溶劑的蒸發(fā)、吸收和分解，實(shí)現(xiàn)脫硫脫碳的目的，最后是對(duì)溶液的洗滌和回收再利用。某化工公司通過(guò)采用富氧造氣技術(shù)，將煤炭轉(zhuǎn)化為半水煤氣，然后通過(guò)反法脫硫技術(shù)，將其變壓吸附后轉(zhuǎn)化為氫氣，為生產(chǎn)裝置提供氫氣。同時(shí)，為了配合公司擴(kuò)大天然氣產(chǎn)量的要求，該公司不斷改進(jìn)干法脫硫脫碳裝置，將裝置轉(zhuǎn)換氫氣的能力從21000Nm2轉(zhuǎn)換為36000Nm2,生產(chǎn)氫氣的能力顯著提高。公司經(jīng)過(guò)慎重的分析和對(duì)比，確定了干法脫硫脫碳技術(shù)的改造方案，經(jīng)過(guò)實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)用，證明了其在脫硫脫碳方面具有強(qiáng)大的優(yōu)越性，具有很高的推廣使用價(jià)值[1]。

2.3 復(fù)合醇胺法

氮甲基二以醇胺脫碳工藝通過(guò)將含有硫化氫和二氧化碳的天然氣進(jìn)行過(guò)濾，然后使其進(jìn)入吸收它的底部，然后將氮甲基二以醇胺溶劑自上而下倒入吸收塔，實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化氫和二氧化碳的濾除。氮甲基二以醇胺的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的選擇性脫硫能力，缺點(diǎn)是無(wú)法深度脫除二氧化碳，只能在二氧化碳濃度較低的條件下使用。而復(fù)合醇胺法能夠在二氧化碳和有機(jī)硫含量都很高的情況下，完成深度脫除二氧化碳的工作，具有較高的選擇性，能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)硫的完全脫除。

復(fù)合醇胺法將伯醇胺對(duì)二氧化碳良好的吸附能力與叔胺的低腐蝕性、低降解度和高溶劑濃度的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，既發(fā)揮了伯胺對(duì)二氧化碳良好的吸附能力，又發(fā)揮了氮甲基二以醇胺低腐蝕性和低溶解度的優(yōu)勢(shì)。例如，在美國(guó)，某天然氣凈化廠，天然氣凈化裝置的吸收能力無(wú)法滿足天然氣脫硫脫碳處理的需要，于是不斷創(chuàng)新，采用30%的氮甲基二以醇胺和20%的伯醇胺混合液作為脫硫脫碳的溶劑的方法，大大降低了出氣口的二氧化碳含量，同時(shí)在吸收塔的兩側(cè)設(shè)置了氮甲基二以醇胺和伯醇胺含量為9.9m3/h的胺液靜態(tài)混合器，有效的解決了有機(jī)硫和二氧化碳含量超標(biāo)的問(wèn)題，使天然氣符合凈化氣的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 直接轉(zhuǎn)化法

直接轉(zhuǎn)化法是氣體脫硫方法，利用含氧的溶液將天然氣中的硫化氫氧化為硫，被還原的氧化劑經(jīng)過(guò)空氣又恢復(fù)氧化能力繼續(xù)進(jìn)行脫硫脫碳處理。由于脫硫脫碳的反應(yīng)過(guò)程包含了氧化還原反應(yīng)，所以此過(guò)程也被稱(chēng)作液相氧化還原法。主要包括鐵法，釩法和PDS等方法。直接轉(zhuǎn)化法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。首先，直接轉(zhuǎn)化法的流程較為簡(jiǎn)單，利用氧化還原反應(yīng)直接將硫化氫轉(zhuǎn)化為元素硫，且脫硫的操作過(guò)程只需在常溫下進(jìn)行，降低了脫硫脫碳的成本。其次，直接轉(zhuǎn)化法對(duì)二氧化碳的脫除作用不明顯，溶液的酸堿度較大的情況下，脫除的二氧化碳含量較多。因此，當(dāng)天然氣同過(guò)管道運(yùn)輸時(shí)，二氧化碳的含量超標(biāo)，需另外設(shè)置脫碳裝置。第三，當(dāng)輸氣管道中硫化氫和二氧化碳的含量上升時(shí)，需依據(jù)二氧化碳和硫化氫含量上升的比例，增加轉(zhuǎn)化溶液的含量，所以直接轉(zhuǎn)化法的適應(yīng)性不如醇胺法。最后，直接轉(zhuǎn)化法的裝置操作比較復(fù)雜，產(chǎn)生故障的可能性也比較大，經(jīng)過(guò)氧化還原反應(yīng)的元素硫品質(zhì)也不能得到保證[2]。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)，在天然氣脫硫脫碳的過(guò)程中，采用膜分離的脫硫脫碳方法，能夠有效降低天然氣的凈化成本，提高脫硫脫碳的效率。在此基礎(chǔ)上，采用干法脫硫脫碳、通過(guò)復(fù)合醇胺法和直接轉(zhuǎn)化法進(jìn)行脫硫脫碳，能夠提升脫硫的效率和質(zhì)量，值得借鑒和推廣。因此，在天然氣脫硫脫碳的過(guò)程中，可以采用上述幾種方法。

[1]徐學(xué)飛.天然氣脫硫脫碳方法的選擇[J].化工管理,2015,02:227-228.

[2]王治紅,顏麗.某天然氣脫硫脫碳裝置溶劑配比優(yōu)化研究[J].天然氣與石油,2015,03:39-43+9.