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天然氣的凈化方法盤點(diǎn)

分類：

科研動(dòng)態(tài)

發(fā)布時(shí)間：

2023-03-13 09:02

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從地層中開采出的天然氣或油田的伴生氣，往往含有砂和混入的鐵銹等固體雜質(zhì)，以及水、硫化物和二氧化碳等有害物質(zhì)。 雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生很多有害的影響，當(dāng)有酸性氣體（H2S和CO2）時(shí)，不僅對(duì)管線、設(shè)備的腐蝕；而且影響產(chǎn)品和中間產(chǎn)品的質(zhì)量，污染環(huán)境，CO2 還影響天然氣的熱值。管輸天然氣的氣質(zhì)要求：

1、H2S的濃度小于5.7~16mg/m3，總硫的質(zhì)量濃度小于150~450mg/m3；

2、CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)小于0.02%~0.03%。

目前，有不少凈化天然氣的方法，包括干法以及濕法。有些已經(jīng)過(guò)時(shí)，有些仍在使用。下面我們來(lái)盤點(diǎn)一下：

化學(xué)溶劑吸收法

工作原理：以弱堿性溶液為吸收劑，與酸性組分（H2S和CO2）反應(yīng)生成化合物。吸收了酸氣的富液在高溫低壓的條件下放出酸氣，使溶液再生、恢復(fù)吸收酸氣的活性，使脫酸過(guò)程連續(xù)進(jìn)行。各種醇胺溶液是使用最廣泛的吸收劑。

一、醇胺法凈化天然氣

醇胺溶液在吸收塔內(nèi)的低溫高壓下吸收H2S和CO2氣體，生成相應(yīng)的胺鹽并放出熱量。在再生塔內(nèi)溶液被加熱到一定溫度，在低壓高溫下溶液中的胺鹽分解，重新放出酸氣，同時(shí)使溶液得到再生。

 

醇胺脫硫裝置的典型工藝流程

原料氣由吸收塔下部進(jìn)塔自下而上流動(dòng)，同由上向下的醇胺溶液逆流接觸，醇胺溶液吸收酸氣后，凈化天然氣由塔頂流出；

1、吸收酸氣的富醇胺液由吸收塔底流出，經(jīng)過(guò)閃蒸罐，放出吸收的烴類氣體；

2、富醇胺液在再生塔內(nèi)放出大部分酸氣；

3、酸氣在重沸塔內(nèi)進(jìn)一步解吸，醇胺液得到較完全再生。

 

物理溶劑吸收法

工作原理：利用有機(jī)溶劑對(duì)原料氣中酸性組分具有較大溶解度的特點(diǎn)，從天然氣內(nèi)脫除酸氣。溶液的酸氣負(fù)荷正比于氣相中酸氣的分壓，當(dāng)富液壓力降低時(shí)，即放出吸收的酸性氣體。

 

一、費(fèi)盧爾（Flour）法脫酸氣

使用碳酸丙烯為物理吸收劑，吸收H2S和CO2。

 

 

溶劑的特點(diǎn)：

1、對(duì)CO2和其他組分氣體的溶解度高，溶解熱較低；對(duì)天然氣主要輕組分C1、C2的溶解度低

2、蒸氣壓低，粘度小；

3、與氣體所有組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

4、無(wú)腐蝕性

 

二、物理化學(xué)吸收法（砜胺法）

工作原理：采用的吸收溶液包括物理吸收溶劑和化學(xué)吸收溶劑，兼有物理和化學(xué)溶劑的各自優(yōu)點(diǎn)，著名的為砜胺法。

1、物理吸收溶劑：環(huán)丁砜是硫化物極好的吸收劑，對(duì)CO2、重?zé)N、芳香烴的吸收能力低。

2、化學(xué)吸收溶劑：任何一種醇胺，常用二異丙醇胺二級(jí)脫酸，進(jìn)一步脫除H2S和CO2。

優(yōu)點(diǎn)：

1、酸氣負(fù)荷高；

2、凈化度高，可同時(shí)脫除H2S和有機(jī)硫；

3、消耗指標(biāo)低；

4、溶劑損失量?。?/span>

5、對(duì)設(shè)備的腐蝕小。

缺點(diǎn)：

1、溶液吸收重?zé)N的能力強(qiáng)；

2、環(huán)丁砜是良好的溶劑，泄漏至管線或設(shè)備上會(huì)溶解油漆，也會(huì)溶解鉛油等密封材料；

3、砜胺溶液的價(jià)格較貴，且溶液變質(zhì)產(chǎn)物復(fù)活困難；

4、砜胺溶液的凝點(diǎn)高（約-2.2℃），在寒冷地區(qū)使用時(shí)要防止溶液凝固而堵塞管線。

 

直接氧化法

工作原理：在催化劑或特殊溶劑的參與下，使H2S和O2及SO2和H2S 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成元素S和水。常用于天然氣脫出酸氣的處理，原料氣的特點(diǎn)是氣體流量小，酸氣濃度高。

一、克勞斯（Claus）法

分兩步進(jìn)行：

第一步使高酸氣負(fù)荷的氣體燃燒產(chǎn)生SO2；

第二步在催化劑（合成氧化鋁）參與下使H2S和SO2反應(yīng)元素S和水。

 

 

 

二、天然氣絡(luò)合鐵脫硫

絡(luò)合鐵脫硫工藝是一種濕式氧化還原法脫硫工藝，由于其具有脫硫效率高、安全無(wú)毒和流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于天然氣、石油化工等領(lǐng)域。

根據(jù)流程不同，絡(luò)合鐵脫硫工藝分為雙塔工藝和自循環(huán)工藝，雙塔工藝也稱直接接觸式，是將天然氣中的H2S 一步氧化成單質(zhì)S；自循環(huán)工藝需配套醇胺法脫硫，再將醇胺再生酸氣中的H2S 氧化成單質(zhì)S。

雙塔絡(luò)合鐵脫硫工藝對(duì)于0.2~20 t/d中小規(guī)模硫磺回收裝置，特別是分散的天然氣井口脫硫有很好的適應(yīng)性。

反應(yīng)原理

雙塔絡(luò)合鐵脫硫工藝基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)分為吸收和再生兩個(gè)部分。具體是利用堿性絡(luò)合鐵催化劑的氧化還原性質(zhì)，吸收原料氣中的H2S。

H2S被絡(luò)合鐵催化劑直接氧化生成單質(zhì)硫，絡(luò)合鐵轉(zhuǎn)化為絡(luò)合亞鐵，然后在再生過(guò)程中鼓入空氣，以空氣氧化催化劑富液中的絡(luò)合亞鐵，使催化劑富液中的絡(luò)合亞鐵轉(zhuǎn)化為絡(luò)合鐵，從而再生回用。絡(luò)合鐵脫硫反應(yīng)原理如下：

 

在總反應(yīng)中，絡(luò)合鐵離子的作用是將吸收反應(yīng)中得到的電子在再生反應(yīng)中轉(zhuǎn)移給單質(zhì)氧。每一個(gè)單質(zhì)硫原子的產(chǎn)生需要兩個(gè)三價(jià)鐵離子參與反應(yīng)。

由此，鐵離子盡管參與反應(yīng)，但在總反應(yīng)中并不消耗，而是作為硫化氫和氧氣反應(yīng)的中間電子傳遞物，是催化劑體系的組成部分。

 

雙塔絡(luò)合鐵工藝流程圖

技術(shù)特點(diǎn)：

基于雙塔絡(luò)合鐵脫硫的反應(yīng)原理和工藝流程，其技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）硫化氫脫除率高，其硫磺回收率均可在99.99%以上，凈化后的氣體中H2S含量降低到5ppm以下。

（2）應(yīng)用范圍廣，可處理各種含H2S氣體。

（3）操作彈性0～120%。

（4）環(huán)境友好，沒(méi)有三廢產(chǎn)生。

（5）反應(yīng)條件溫和，為常溫反應(yīng)過(guò)程。

（6）工藝流程簡(jiǎn)單，開停工及日常操作簡(jiǎn)單。

 

干法脫硫

工作原理：采用固體進(jìn)行天然氣脫硫，即在固體脫硫劑表面采用上吸附酸性氣體或使用酸性氣體在其表面上與一些組分進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到脫除的目的。

一、海綿鐵法

利用氧化鐵和H2S反應(yīng)，生成硫化鐵和水，和酸氣生成的硫化鐵可用空氣再生。

 

要求進(jìn)料氣水含量達(dá)到飽和或接近飽和。適用于小處理量、低含硫天然氣的脫硫。

 

二.分子篩法

分子直徑小于分子篩晶體孔徑的物質(zhì)可以進(jìn)入分子篩晶體而被吸附，否則被排斥。

分子篩具有均勻的微孔結(jié)構(gòu)，一定型號(hào)的分子篩其孔徑大小一樣， 能把比其直徑小的分子吸附到孔穴的內(nèi)部中來(lái)，因而能把直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點(diǎn)不同的分子，飽和程度不同的分子分離開來(lái)，即具有“篩分”分子的作用，故稱為分子篩。

優(yōu)點(diǎn)：可同時(shí)脫除天然氣中的H2O和H2S。

缺點(diǎn)：所脫除的H2S在再生過(guò)程中加入再生氣，當(dāng)進(jìn)料氣中H2S含量較高時(shí)，會(huì)造成需對(duì)再生氣進(jìn)行再處理的問(wèn)題。

 

 

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