天然气脱硫脱碳工艺综述

周 新

（四川瑞琦控制技术工程有限公司，四川成都 610000）

天然气脱硫脱碳工艺综述

周 新

（四川瑞琦控制技术工程有限公司，四川成都 610000）

为保证使用安全和基于环境保护的要求，天然气在使用前需进行净化，即利用物理方法、化学方法或物理化学方法将天然气中的以硫化氢为主的无机硫、以羰基硫和硫醇为主的有机硫及二氧化碳予以脱除。介绍了天然气脱硫脱碳的几种工艺，并分别针对代表性的脱硫脱碳工艺进行论述，并预测未来天然气净化的发展方向。

天然气；脱硫；脱碳；低温甲醇洗

我国是一个资源结构多样化的国家，煤、石油、天然气存储量非常丰富。近年来，石油资源的日益减少，煤化工受到环境问题、安全问题、工艺流程复杂而止步不前，天然气在化工生产、能源结构中所占的比例越来越大。

天然气的主要成分是以甲烷为主，广泛的蕴藏在地下、海洋下，包括石油油田气、天然气气田气和煤层气等。天然气是优质燃料和化工原料，主要用途是作燃料，作为燃料的天然气性质，热值高，工业上天然气可制造炭黑、化学药品和液化石油气等等。

从地下开采出的天然气因含有硫化物和二氧化碳等杂质不能直接使用，硫化物是剧毒物质，在工业生产中会使大部分的催化剂中毒，其本身和燃烧后的产物排放到大气中会形成酸雨；二氧化碳会造成温室效应，掺杂在天然气中会降低热值及增加动力消耗。同时硫化物和二氧化碳在遇水后会腐蚀碳钢的管道和设备，必须予以脱除。这就产生了天然气净化工艺。

目前，国内外普遍采用的天然气净化工艺主要有物理法、化学法和物理化学法，均是通过加入吸收剂将天然气中的二氧化碳和硫化物予以脱除，根据不同的工艺有的是分别脱除硫化物和二氧化碳，有的是同时脱除二者：

1 化学法脱硫脱碳

化学吸收法脱硫和脱碳最具有代表性的是就是醇胺法，即利用化学性质呈现碱性的醇胺作为吸收剂，与硫化物和二氧化碳反应，使天然气得到净化的工艺。常用的醇胺溶液有甲基二乙醇胺（MDEA）、一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）和二异丙醇胺（DIPA）等。其本质是利用胺类水解时候产生的胺根离子与酸根反应的特性进行脱硫和脱碳。

其反应机理为：

2RNH2（R2NH，R3N）+H2S=（RNH3）2S，[（R2NH2）2S，（R3NH）2S]

2RNH2（R2NH）+CO2=RNHCOONH3R（R2NCOONH2R）

2RNH2（R2NH）+CO2+H2O=（RNH3）2CO3[（R2NH2）2CO3]

2R3N+CO2+H2O=（R3NH）2CO3

醇胺法脱硫和脱碳最早由美国联合化工公司开发，后经德国巴斯夫公司和法国的Elf Aquitaine公司进一步开发，目前技术已经趋于成熟。该工艺属于典型的化学吸收法，脱硫脱碳比较彻底，脱硫脱碳可以在一起进行，节省人员成本。但该工艺属于化学吸收法，并且反应属于可逆反应，其吸收过程受温度等影响大，且反应后的盐类不能分离。且醇胺溶液价格昂贵，湿法吸收溶剂的耗损量大，工艺极大地增加了运行成本。

2 物理化学法脱硫脱碳

组合吸收法也是目前中小型工厂普遍采用的脱硫脱碳工艺，即利用碱性溶液化学反应吸收脱除硫化物，利用NHD溶液脱除二氧化碳，将天然气净化的工艺。该工艺在不同单位中使用的脱硫工艺也不同，主要有栲胶脱硫法和ADA法。

2.1 栲胶法脱硫

栲胶法是典型的湿法化学吸收法，利用热的碳酸钠溶液中加入栲胶和五氧化二钒，利用栲胶中的丹宁和五氧化二钒在水中形成络合物，最终和硫化物反应得到盐类以将其除去。

以下是反应原理：

Na2CO3+H2S=NaHCO3+NaHS

2NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S

Na2V409+2TQ+2NaOH+H2O=4NaVO3+2THQ

4THQ+O2=4TQ+2H2O

2.2 NHD脱碳技术

NHD技术是20世纪广泛采取的脱碳技术，是一种典型的物理吸收法，是利用NHD为吸收剂，进一步吸收脱硫后的气体，吸收后的溶液再用空气进行气提，再经脱水塔脱水，将NHD再生后使用。NHD为聚乙二醇二甲醚到聚乙二醇八甲醚的混合物。

该组合脱硫脱碳法应用时间长，技术成熟，中小型化工厂多采用此法。栲胶法脱硫比较彻底，NHD溶液无毒副作用。但此湿法脱硫脱碳湿溶剂浪费量大，溶剂再生时候蒸汽用的多，五氧化二钒是剧毒物质，使用过程中受到多种限制。NHD价格昂贵，运行过程中消耗量大，其运动黏度大，输送过程中能耗大。脱硫脱碳不能在一起完成，增加运行维护人员比例，大大提高了运行成本。

3 物理法脱硫脱碳

低温甲醇洗工艺（见图1）是最具有代表性的物理脱硫脱碳工艺，该工艺在20世纪50年代，由德国的鲁奇公司和林德公司联合开发，经过几十年的发展，鲁奇和林德公司相继开发了各自特色的净化工艺，全世界已经建立100余套甲醇洗装置。低温甲醇洗利用甲醇在低温下具有物理选择性吸收的特点，即低温甲醇对硫化物和二氧化碳的吸收能力明显高于其他气体，用甲醇作为吸收剂，将硫化物和二氧化碳脱除。流程一般包含一个吸收塔和多个解析塔，吸收塔吸收酸性气体，解析塔解析出酸性气体并将贫液甲醇返回吸收塔，吸收后的甲醇溶剂经过减压、加热等方法再生后实现循环利用。

图1 低温甲醇洗流程示意图

目前，低温甲醇洗工艺是国内外气体净化首选的工艺，该工艺技术成熟，净化后的气体质量好，气提净化度高，二氧化碳含量小于10×10-6，总硫小于0.1×10-6，是其他方法不可比拟的；甲醇作为吸收剂有很好的化学稳定性，不氧化、不起泡、不降解，运行过程中热损失少；甲醇价格便宜，低温下黏度小，运行时输送成本小；脱硫脱碳可以同时在一个塔中进行，解吸时可以分开得到，节省人员成本，操作方便；该工艺利用无水甲醇作为吸收剂，硫化物和二氧化碳溶解后不会产生酸类，对管道和设备的腐蚀程度小。该工艺低温高压下操作，对设备的要求较高，甲醇同时是一种剧毒物质，在使用时要注意防护。

4 结束语

天然气工业是未来工业发展的趋势，以天然气为原料的化学工业、民用企业将会得到长足的发展。以低温甲醇洗为代表的物理法气体净化技术操作简便，自动化程度高，将会是未来气体净化工业的发展方向。

[1] 杨超越.天然气脱硫脱碳工艺进展[J].广东化工，2013，（2）：48-49.

[2] 肖俊，高鑫，熊运涛，等.天然气脱硫脱碳工艺综述[J].天然气与石油，2013，（5）：34-36+40+6.

[3] 覃园圆，李耀锋，何庆华，等.天然气脱硫脱碳工艺[J].中国石油和化工标准与质量，2013，（22）：265.

Summarization of Natural Gas Desulfurization and Decarbonization Process

Zhou Xin

In order to ensure the use of safety and environmental protection requirements，natural gas should be purif i ed before use，that is，the use of physical methods，chemical methods or physical and chemical methods to natural gas in the hydrogen sulfide-based inorganic sulfur，carbonyl sulfur and Mercaptan-based organic sulfur and carbon dioxide to be removed.This paper introduces several processes of desulfurization and decarbonization of natural gas，and discusses the representative desulfurization and decarburization process respectively，and predicts the future development direction of natural gas purif i cation.

natural gas；desulfurization；decarburization；low temperature methanol washing

TE644

B

1003–6490（2017）03–0011–02