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天然气脱硫方法的分类和选择 - 山东同智科技!

天然气脱硫

从井场出来的天燃气中,都不同程度的含有一定量的CO2H2S和有机硫化物(如硫醇等),这些成分的存在会腐蚀天然气的输送设备、污染环境、妨碍天然气的应用。因此,通常要根据管输要求和使用目的对天然气进行净化处理。

天然气脱硫方法一般可以分为化学吸收法、物理吸收法、直接转化法、非再生性法、膜分离法和低温分离法等。其中采用溶液或溶剂做脱硫剂的化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法及直接转化法,习惯上统称为湿法;采用固体床脱硫的海绵铁法、分子筛法统称为干法。

 

(1)化学吸收法脱硫

 

这是以弱碱性溶液为吸收溶剂,与天然气中的酸性气体(主要是H2S和CO2)反应形成化合物,当吸收了酸性气体的溶液(富液)温度升高、压力降低时,该化合物即分解放出酸性气体。

在化学吸收法中,各种烷醇胺法(简称胺法)应用最广,所使用的胺有一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等。胺法的突出优点是成本低、反应率高、良好的稳定性和易再生。一般对于H2S和CO2,胺吸收法更易吸收H2S,经净化后,H2S的浓度可降到5×10-5kg/m3。对于CO2,当胺溶液的循环流量足够大时,浓度可降至2.5×10-5kg/m3。化学吸收法中另外还有碱性盐溶液法,如改良热钾碱法和氨基酸盐法。

化学吸收法用于酸性气体分压低的天然气脱硫,特别是CO2含量高、H2S含量低的天然气,这样成本可以降低。其原因是化学吸收法的溶剂用量与天然气中酸性气体含量成正比,再生富液时所需的蒸气耗量则与溶剂循环量成正比。

 

(2)物理吸收法脱硫

此法采用有机化合物作为吸收溶剂,吸收天然气中的酸性气体。物理吸收法的溶剂用量与原料气中的酸性气体含量无关。因此,如果天然气中的酸性气体分压高,最好采用物理吸收法。由于物理溶剂对天然气中的重烃有较大的溶解度,因而物理吸收法常用于酸气分压大于0.35MPa、重烃含量低的天然气脱硫,其中某些方法可选择性地脱除H2S。

 

 

(3)联合吸收法脱硫

此法兼有化学吸收和物理吸收两种方法的特点。目前在工业上应用较多的是砜胺法、二乙醇胺-热碳酸盐联合。

在净化高含量H2S和CO2的气体时,吸收过程可分为初步净化和最终净化二级。初步净化可用不完全再生的一乙醇胺溶液,最终净化使用完全再生的溶液。对含高含量H2S的气体或高含量CO2的气体,也可用水来净化,但需要较大的水耗量。

 

(4)直接转化法

此法也称为氧化还原法。它以氧化-还原反应为基础,借助于溶液中氧载体的催化作用,把被碱性溶液吸收的H2S氧化为硫,然后鼓入空气,使吸收液再生。

直接转化法有以下缺点:①吸收硫的质量较低,一般不超过1kg/m3,所以处理的气量不大,且H2S浓度不能太高;②所需的再生设备大;③副反应较多,生成的硫磺质量差。

 

(5)非再生性法脱硫

此法适用于H2S含量很低的边远小气井脱硫。其中,化学净化法使用氧化锌、醋酸锌及水的混合物做脱硫剂,并用分散剂使固体颗粒呈悬浮状态。

 

(6)膜分离法脱硫

20世纪80年代以来,为解决酸气含量很高的天然气净化问题,国外致力于开发利用物理原理进行分离的方法,其中膜分离方法是较成功的一种。膜材料按材质大致可分为多孔质膜和非多孔质膜。多孔质膜靠渗透速度的差别达到分离的目的。通常微孔中气体的渗透速度与其相对分子质量的倒数成正比。

目前在气体分离中常用的是非多孔质膜,其分离效果基本上和气体的流动状态无关,有两个参数对分离有较大的影响:一为渗透系数K,表示气体渗过不同膜时的难易程度;二为分离因子α,表示要求分离的两种气体渗透系数的比值。选择分离用的膜时,既要有较大渗透系数,也要求有适当的分离因子。非多孔质膜的渗透系数比多孔质膜小,但其分离因子却大的多,这就是非多孔质膜在气体分离工艺中被采用的原因。H2S对甲烷的分离因子为50,CO2对甲烷的分离因子为30,所以用膜分离技术从天然气中分离掉H2S和CO2是可以实现的。

 

(7)低温分离法脱硫

此法是专门用于CO2驱油伴生气处理的方法,可根据对产品的不同要求而采用二塔、三塔及四塔流程。

 

(8)干法

此法是利用酸性气体在固体脱硫剂表面的吸附作用,或者与表面上的某些组分反应,脱除天然气中的酸性气体。

常用干法的固体脱硫剂为氧化铁(或称海绵铁),采用浸透了水合氧化铁的木屑做脱硫剂;分子筛法采用分子筛做脱硫剂。

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