天然氣凈化中的脫硫方法與節(jié)能措施

王曉光

【摘 要】高含硫天然氣凈化廠需對(duì)H2S含量較高的原料氣進(jìn)行處理，溶液循環(huán)量大、工藝流程長(zhǎng)、公用工程消耗量大、能耗高。本文介紹了天然氣脫硫原理及工藝流程和含硫天然氣脫硫方法，闡述了含硫天然氣脫硫節(jié)能措施及效果。

【關(guān)鍵詞】天然氣；脫硫裝置；脫硫方法；節(jié)能措施

在天然氣凈化工作中的開展節(jié)能措施工作，能夠有效的降低能源消耗和生產(chǎn)成本，是天然氣企業(yè)生產(chǎn)工作中的重中之重，而在天然氣凈化工程中脫硫單元的能耗占到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中能耗的90%以上，做好脫硫裝置的節(jié)能降耗工作對(duì)整體節(jié)能降耗工作有著非常重要的意義。

一、天然氣脫硫原理及工藝流程

1.1原理。原料氣被分離掉其中的絕大部分雜質(zhì)和游離水后，進(jìn)入脫硫裝置脫除其所含的H2S和部分CO2，從脫硫裝置出來(lái)的濕天然氣送至脫水裝置進(jìn)行脫水處理，脫水后的干凈化天然氣即產(chǎn)品天然氣經(jīng)輸氣管道外輸至用戶。與其它脫硫方法相比，甲基二乙醇胺（MDEA）脫硫法具有選擇性好、解吸溫度低、能耗低、腐蝕性弱、溶劑蒸汽壓低、氣相損失小、溶劑穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前天然氣工業(yè)中普遍采用的脫硫方法。但MDEA溶液的再生過(guò)程能耗較大，再生塔重沸器消耗了凈化廠全廠蒸汽消耗總量的90%以上。因此，對(duì)脫硫工藝過(guò)程本身的能量進(jìn)行合理而高效的回收利用是天然氣脫硫工藝節(jié)能的重要途徑。

1.2工藝流程。MDEA法脫硫工藝原料天然氣在約20℃、4～7MPa條件下進(jìn)入脫硫裝置，在塔內(nèi)40～50℃、4～7MPa的低溫高壓條件下進(jìn)行脫硫脫碳反應(yīng)；吸收了酸氣的富胺液（40～50℃、4～6MPa）從吸收塔底部抽出，經(jīng)液位控制后壓力降至約0.6MPa進(jìn)入閃蒸罐；經(jīng)液位控制從閃蒸罐底部抽出的富液經(jīng)貧/富液換熱器與從再生塔底來(lái)的貧液換熱，溫度升至約90℃后進(jìn)入再生塔。再生塔頂酸氣出口含有大量的潛在熱能，溫度為100～110℃，其中水蒸氣含量約為70%。典型MDEA脫硫工藝使用風(fēng)冷、水冷將其冷卻至約40℃，冷卻后酸氣送至硫磺回收裝置，液體部分回流至再生塔頂進(jìn)行循環(huán)。在此過(guò)程中，水蒸汽的潛熱不僅沒(méi)有被有效回收利用，而且消耗了電能及大量循環(huán)冷卻水。

二、含硫天然氣脫硫方法

2.1膜分離法。有相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示，在脫硫處理中應(yīng)用氣體分離膜，可將每立方米所含硫量控制在5mg以內(nèi)。而在脫硫中應(yīng)用單級(jí)膜組件，對(duì)于烴的損害較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。脫硫率以及烴回收率之間屬于相互矛盾的關(guān)系，無(wú)法同時(shí)滿足兩者，因此在脫硫工作中，應(yīng)在保證脫硫量的前提下，盡量減少烴的損失量。

2.2生物催化脫硫法。生物催化脫硫法是通過(guò)對(duì)微生物新陳代謝的效果而實(shí)現(xiàn)脫硫的目的，此方法操作條件較為溫和，且操作流程簡(jiǎn)單，費(fèi)用合理，其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)較為顯著，發(fā)展前景也較為明朗。對(duì)于中低含硫量的天然氣而言，在凈化處理中應(yīng)用生物脫硫法，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)尤為明顯。在處理含硫天然氣中，硫磺的處理能力不宜超出5t/d。生物催化脫硫法的流程較為簡(jiǎn)單，且對(duì)于化學(xué)品與能源的消耗方面較少，無(wú)需借助化學(xué)催化劑。此外，生物催化脫硫法的效果較好，可確保天然氣在進(jìn)行脫硫處理后，其硫化氫含量不超出4×10-6（g/g）。并且，由于生成硫磺的親水性較佳，對(duì)管線不會(huì)產(chǎn)生堵塞情況，因此處理裝置方面無(wú)硫堵與溶液發(fā)泡的現(xiàn)象。

2.3混合吸收法

（1）Hybfisol法。此方法是Elf Aquitaine近年開發(fā)成功的脫硫工藝，其吸收劑的構(gòu)成物包括叔胺、仲胺、甲醇等物質(zhì)，該吸收劑將叔胺、仲胺、甲醇等的特性有效結(jié)合在一起。在富含烴類的伴生原料氣或是酸性天然氣等氣體的處理中較適宜應(yīng)用Hybfisol法。

（2）活化MDEA法?；罨疢DEA溶劑是將MEA或DEA等活化劑與MDEA溶液混合所構(gòu)成，增強(qiáng)二氧化碳的吸收效率為活化MDEA溶劑最主要的目的，常在處理硫化氫含量較少但需要進(jìn)行大量脫除二氧化碳的原料氣中應(yīng)用。在流程的安排方面，活化MDEA法是以多級(jí)降壓閃蒸進(jìn)行安排，從而使水溶液中所溶解的二氧化碳最大化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。然而，節(jié)能目的僅能在二氧化碳分壓極高的原料氣中實(shí)現(xiàn)。活化MDEA溶劑在化學(xué)性、熱穩(wěn)定性等方面的性能較優(yōu)，因而可有效預(yù)防裝置出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕與結(jié)垢的現(xiàn)象。此外，活化MDEA溶劑產(chǎn)生發(fā)泡現(xiàn)象的幾率也較低。

（3）Sulfinol法。此方法屬于砜胺法脫硫工藝之一，主要由化學(xué)吸收劑與物理吸收劑構(gòu)成，其中物理吸收劑采用環(huán)丁砜，而化學(xué)吸收劑可由多種醇胺化合物中選取一種，其中MDEA（甲基二乙醇胺）與DIPA（二異丙醇胺）屬于較為常用的化學(xué)吸收劑，因而衍生了SulfinolMDEA法、Sulfinol-DIPA法。Sulfinol法與通常使用的醇胺法較為相似，主要有強(qiáng)凈化能力、再生能消耗量低、酸氣負(fù)荷高等特點(diǎn)，在氣能的凈化方面可滿足商品氣對(duì)于質(zhì)量的要求。

（4）物理吸收法。物理吸收法中應(yīng)用的吸收劑均為有機(jī)復(fù)合物。該方法通過(guò)吸收劑對(duì)硫化物進(jìn)行溶解性脫硫，同時(shí)在脫硫期間無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。因?yàn)榇朔N方法具有共吸現(xiàn)象，例如在同一時(shí)間不僅吸收H2S物質(zhì)還吸收了重?zé)N，這一現(xiàn)象會(huì)對(duì)凈化期在熱值與硫磺等方面的質(zhì)量造成影響，因此常用于吸收含烴量較大、酸氣分壓在0.35MPa以上的天然氣中。物理吸收法具有易再生、處理量大、可減壓閃蒸出大部分酸氣等優(yōu)點(diǎn)。

（5）化學(xué)吸收法?；瘜W(xué)吸收法屬于現(xiàn)階段在天然氣脫硫中最為多用的一種方法。MEA（一乙醇胺）、MDEA（甲基二乙醇胺）、DEA（二乙醇胺）、TEA（三乙醇胺）、DIPA（二異丙醇胺）、DGA（二甘醇胺）等均是目前較為多見的脫硫劑。醇胺法中的脫硫、脫碳等工藝所應(yīng)用的水溶液已由單一性發(fā)展至多種溶劑混合調(diào)配成的配方型溶液，借助溶劑的復(fù)合化，不僅可提升其操作性能、擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，還可實(shí)現(xiàn)提高裝置處理量、降低生產(chǎn)成本以及節(jié)能降耗的效果。

三、含硫天然氣脫硫節(jié)能措施及效果

3.1采用先進(jìn)節(jié)能工藝。應(yīng)根據(jù)天然氣的組成、壓力和對(duì)產(chǎn)品氣質(zhì)量的要求，選用能耗低、經(jīng)濟(jì)效益好的脫硫工藝方法。采用溶劑吸收法脫硫時(shí)，宜選用溶液酸氣負(fù)荷高的溶劑，以降低溶液循環(huán)量。對(duì)含二氧化碳與硫化氫比例高的原料氣，在二氧化碳含量已符合產(chǎn)品氣要求時(shí)，宜選用對(duì)硫化氫具有選擇性的溶劑，如甲基二乙醇胺（MDEA）及配方溶液。溶液循環(huán)量少，則貧胺液增壓的電力消耗、冷卻貧胺液耗用的循環(huán)冷卻水量及再生胺液的蒸氣消耗量均較低。適當(dāng)降低硫磺回收裝置的配風(fēng)量，提高硫磺回收裝置出口尾氣中還原氣量，確保尾氣中的還原氣量能滿足尾氣處理裝置加氫反應(yīng)的需要，在線爐僅起進(jìn)加氫反應(yīng)器前尾氣的再熱作用，燃料氣采用等當(dāng)量燃燒，減少尾氣處理裝置在線爐的燃料氣消耗。

3.2回收可利用能源。①將脫硫裝置和脫水裝置的閃蒸氣回收用作燃料氣，以降低燃料氣消耗。②甘醇吸收法脫水工藝中，若汽提氣用量較大，應(yīng)根據(jù)將含水汽提氣回收利用。③脫水裝置在貧液循環(huán)泵前設(shè)置貧/富液換熱器，有效地回收了部分熱量，減少了貧液冷卻的循環(huán)冷卻水用量和富液再生的燃料氣耗量，降低了工廠能耗。④根據(jù)尾氣焚燒爐出口尾氣量大、溫度高、可回收熱量大的實(shí)際情況，將該熱量回收產(chǎn)生過(guò)熱蒸氣供裝置使用。⑤將酸水汽提后的汽提水用作循環(huán)水裝置的補(bǔ)充水，減少新鮮水用量，降低取水及水處理系統(tǒng)規(guī)模，降低能耗。

四、結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)天然氣開采時(shí)，會(huì)面臨著酸性氣體，尤其是硫化氫物質(zhì)危害嚴(yán)重的問(wèn)題，給實(shí)際開采工作造成了困難，對(duì)其進(jìn)行脫硫凈化具有重要意義。高含硫天然氣凈化廠因H2S含量高，溶液循環(huán)量大，公用工程負(fù)荷大，需要的能量大，同時(shí)，因酸氣量大，硫磺回收裝置工藝過(guò)程將產(chǎn)生大量可回收利用的熱能，節(jié)能的潛力巨大。優(yōu)化工藝方案，盡量回收能量，合理利用熱量，可有效降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

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