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天然氣的凈化方法盤點
分類：
科研動態
發布時間：
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，以及水、硫化物和二氧化碳等有害物質。 雜質會產生很多有害的影響，當有酸性氣體（H2S和CO2）時，不僅對管線、設備的腐蝕；而且影響產品和中間產品的質量，污染環境，CO2 還影響天然氣的熱值。管輸天然氣的氣質要求：
1、H2S的濃度小于5.7~16mg/m3，總硫的質量濃度小于150~450mg/m3；
2、CO2的質量分數分數小于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。有些已經過時，有些仍在使用。下面我們來盤點一下：
化學溶劑吸收法
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、恢復吸收酸氣的活性，使脫酸過程連續進行。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的低溫高壓下吸收H2S和CO2氣體，生成相應的胺鹽并放出熱量。在再生塔內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塔自下而上流動，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，經過閃蒸罐，放出吸收的烴類氣體；
2、富醇胺液在再生塔內放出大部分酸氣；
3、酸氣在重沸塔內進一步解吸，醇胺液得到較完全再生。
物理溶劑吸收法
工作原理：利用有機溶劑對原料氣中酸性組分具有較大溶解度的特點，從天然氣內脫除酸氣。溶液的酸氣負荷正比于氣相中酸氣的分壓，當富液壓力降低時，即放出吸收的酸性氣體。
一、費盧爾（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：
1、對CO2和其他組分氣體的溶解度高，溶解熱較低；對天然氣主要輕組分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生化學反應；
4、無腐蝕性
二、物理化學吸收法（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吸收溶劑，兼有物理和化學溶劑的各自優點，著名的為砜胺法。
1、物理吸收溶劑：環丁砜是硫化物極好的吸收劑，對CO2、重烴、芳香烴的吸收能力低。
2、化學吸收溶劑：任何一種醇胺，常用二異丙醇胺二級脫酸，進一步脫除H2S和CO2。
優點：
1、酸氣負荷高；
2、凈化度高，可同時脫除H2S和有機硫；
3、消耗指標低；
4、溶劑損失量小；
5、對設備的腐蝕小。
缺點：
1、溶液吸收重烴的能力強；
2、環丁砜是良好的溶劑，泄漏至管線或設備上會溶解油漆，也會溶解鉛油等密封材料；
3、砜胺溶液的價格較貴，且溶液變質產物復活困難；
4、砜胺溶液的凝點高（約-2.2℃），在寒冷地區使用時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 發生化學反應，生成元素S和水。常用于天然氣脫出酸氣的處理，原料氣的特點是氣體流量小，酸氣濃度高。
一、克勞斯（Claus）法
分兩步進行：
第一步使高酸氣負荷的氣體燃燒產生SO2；
第二步在催化劑（合成氧化鋁）參與下使H2S和SO2反應元素S和水。
二、天然氣絡合鐵脫硫
絡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、安全無毒和流程簡單等優點，國內外廣泛應用于天然氣、石油化工等領域。
根據流程不同，絡合鐵脫硫工藝分為雙塔工藝和自循環工藝，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S；自循環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S。
雙塔絡合鐵脫硫工藝對于0.2~20 t/d中小規模硫磺回收裝置，特別是分散的天然氣井口脫硫有很好的適應性。
反應原理
雙塔絡合鐵脫硫工藝基礎化學反應分為吸收和再生兩個部分。具體是利用堿性絡合鐵催化劑的氧化還原性質，吸收原料氣中的H2S。
H2S被絡合鐵催化劑直接氧化生成單質硫，絡合鐵轉化為絡合亞鐵，然后在再生過程中鼓入空氣，以空氣氧化催化劑富液中的絡合亞鐵，使催化劑富液中的絡合亞鐵轉化為絡合鐵，從而再生回用。絡合鐵脫硫反應原理如下：
在總反應中，絡合鐵離子的作用是將吸收反應中得到的電子在再生反應中轉移給單質氧。每一個單質硫原子的產生需要兩個三價鐵離子參與反應。
由此，鐵離子盡管參與反應，但在總反應中并不消耗，而是作為硫化氫和氧氣反應的中間電子傳遞物，是催化劑體系的組成部分。
雙塔絡合鐵工藝流程圖
技術特點：
基于雙塔絡合鐵脫硫的反應原理和工藝流程，其技術特點如下：
（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）應用范圍廣，可處理各種含H2S氣體。
（3）操作彈性0～120%。
（4）環境友好，沒有三廢產生。
（5）反應條件溫和，為常溫反應過程。
（6）工藝流程簡單，開停工及日常操作簡單。
干法脫硫
工作原理：采用固體進行天然氣脫硫，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行反應，從而達到脫除的目的。
一、海綿鐵法
利用氧化鐵和H2S反應，生成硫化鐵和水，和酸氣生成的硫化鐵可用空氣再生。
要求進料氣水含量達到飽和或接近飽和。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可以進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構，一定型號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部中來，因而能把直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點不同的分子，飽和程度不同的分子分離開來，即具有“篩分”分子的作用，故稱為分子篩。
優點：可同時脫除天然氣中的H2O和H2S。
缺點：所脫除的H2S在再生過程中加入再生氣，當進料氣中H2S含量較高時，會造成需對再生氣進行再處理的問題。
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