初探天然气净化工艺技术及其发展

刘泉洲　张楌　王志刚

摘要：脱硫脱水工艺是油气处理厂总工艺流程的核心部分，需根据原料天然气组成和商品天然气的技术指标要求，通过工艺方法特点、总工艺流程以及工程量、投资、能耗等技术经济指标进行对比确定。

关键词：天然气

中图分类号：TE624.1 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2019）05-0282-01

1.引言

为了使天然气用户能适当确定其加热设备，必须确定最小热值。这项规定主要要求控制天然气中的N2和CO2等不可燃气体的含量。为了控制夭然气的腐蚀性和出于对人类自身健康和安全的考虑，常以HS含量或总硫（H，S及其他形态）含量来表示。为了防止天然气在输配管线中有液烃凝结，目前许多国家都对商品天然气规定了脱油除尘的要求，规定在一定条件下天然气的最高允许烃露点，烃露点即在一定压力条件下天然气中析出的第一滴液烃时的温度，它与天然气的压力和组成有关。在地层温度和压力条件下，水在天然气中通常以饱和水蒸汽的形式存在，水蒸气的存在往往给天然气的输集带来了一系列的危害。因此，规定天然气的含水量是十分必要的。天然气的含水量以单位体积天然气中所含的水汽量来表示的，有时也用天然气的水露点来表示。天然气的水露点是指在一定的压力条件下，天然气与液态水平衡时（此时，天然气的含水量为最大含水量，即饱和含水量）的温度。一般要求天然气水露点比输气管线可能达到的最低温度还低5-6℃。

2.天然气净化工艺中的MDEA溶液吸收法

天然气净化，主要包括天然气脱硫和天然气脱水。在脱硫的众多方法中，MDEA溶液吸收法脱硫，操作压力对其影响较小，可以在低压下进行运行，仍然可以达到管输天然气的气质要求。在高碳比下能选择脱除HS，循环量小，操作费用低，损失小，应用极广;溶液MDEA浓度也是装置中不难调节的工艺参数。在相同的气液比下选择性随溶液浓度上升而改善，而若随溶液浓度升高而相应提高气液比运行时，则选择性的改善更显著。溶液浓度的主要影响可能是通过浓度进而导致液膜阻力变化而影响CO的吸收的。限制溶液浓度提高的因素有：腐蚀性、机械损失等，高的溶液浓度也导致塔底富液温度较高而影响其HS负荷。经过20年的发展，时至今日，以MDEA为主剂己开发出多种溶液体系，其应用范围则几乎覆盖整个气体脱硫脱碳领域，MDEA溶液体系包括MDEA溶液，MDEA配方溶液，活化MDEA溶液，MDEA一环丁矾溶液，MDEA混合胺溶液。选择性胺法抗污染的能力较弱。由于MDEA的碱性较常规醇胺为弱，一些杂质、特别是强酸性杂质进入溶液后对其净化能力的影响也就大于其它醇胺。所以选择性胺法装置的溶液更需精心维护，防止外来杂质污染溶液。

3.天然气净化工艺中的其它脱硫工艺

二甘醇胺（DGA）脱酸方法，二甘醇胺属伯醇胺。对酸气的活性和化学反应与MEA类似。以DGA为溶剂的脱酸方法以其发明公司的名称命名，称Fluor Econamine法。与MFA类似，DGA与COs和CS：反应产生的降解产物也需送人复活釜处理。DGA溶液的酸气负荷约为0.3md（酸气）/mol（DGA），腐蚀性略低于MEA。溶液配置浓度为50一70%。]）GA的优点是，蒸气压低，溶液损失小，溶液浓度高，循环量少，再生所需的热负荷低，且由于DGA的凝固点低适宜在高寒地区使用。

湿法脱硫采用各类液体浴液脱硫劑。此法多用于高压天然气中酸性气体组分含量较多的情况湿法本身又可按条件分为：化学吸收法、物理吸收法、复合法和直接氧化法。复合法同时使用混合的化学和物理吸收剂。本法中最得以广泛应用的是Sulfinol法，其中使用环丁砜和任一化学吸收剂相组合的溶液作为脱硫剂。Sulfinol溶液通常是有环丁砜、二异丙醇胺和水组成。在确定Sulfinol砜胺溶液配比时，应考虑依据使用条件不同而异。

直接转化法是指使用含有氧载体的浴液将天然气中的HS氧化为元素硫，被还原的氧化剂经空气再生又恢复了氧化能力的一类气体脱硫方法。因其主反应是液相中的氧化还原反应，因此也被称为氧化还原法或湿式氧化法。主要有钒法（ADA-NaVO，栲胶-NaVO等），铁法（Lo-Cat，Sulfemy，EDTA.络合铁，FD及铁碱法等），还有PDS等方法。

4.天然气净化工艺的发展

为了降低投资和操作费用，然气净化工艺流程也在不断改进和优化。脱硫工艺除溶剂配方上进行改进外，对传统工艺流程的改进，以提高改善脱硫脱碳性能力则一直未停止，比较典型的改进主要有：增加一个原料预接触器、吸收塔有多点进料、胺液分流、用变压再生替代重沸器热再生等。在流程方面的这些有益尝试都获得了经济上的利益。此外，在对装置中部分设备的改进亦促进了工艺技术的不断向前发展。如美国Union Pa-cific Resources公司的东德克萨斯天然气净化厂就在贫液回路采用水平多级离心泵代替传统的贫液循环泵，达到了降低成本目的。

臭氧氧化法。臭氧（03）去除硫化氢硫醇等臭味物质的基本原理是利用臭氧在催化剂存在或紫外线照射下快速分解出来的具有极高化学活性的原子氧的强氧化性，将硫化氢疏醇等臭味物质氧化，使之生成无臭味的其它的硫化物。氧化过程中即使有过量的臭氧，臭氧也会因为催化剂（如：钢铁屑）的存在而迅速分解。另外废气中的硫化氢和硫醇在氧化过程中不会生成二氧化硫，避免增加二氧化硫产生的污染。但由于目前臭氧的一工业化制备比较困难，因此此法运行成本会比较高。

天然气超音速脱水技术，其基本原理是其核心部件为超音速分离器，利用拉瓦尔喷管使天然气在自身压力作用下加速到超音速，这时天然气的温度和压力会急剧下降，使天然气中的水蒸汽冷凝成小液滴，然后在超音速下产生强烈的气流旋转将小液滴分高出来，并对于气进行再压缩。它的优点是：由于夭然气高速通过脱水系统，因此在相同处理能力下，其体积较小;天然气超音速脱水系统没有大的转动部件和化学处理系统，其可靠性很高，日常维护很少，允许在最苛刻环境中运转，可以实现无人职守;超音速脱水技术利用夭然气本身的压力工作，能够在瞬间启动和停止工作，并且不需要大量的外部能源供应;工艺工程中不添加化学药剂，如甲醇、乙二醇、三甘醇，避免了化学品对环境的危害;天然气超音速脱水系统投资少，操作方便，可靠性高，不需外加动力，所以其运行费用低。

参考文献：

[1]颜晓琴，孙别，叶茂昌，彭修军，龚德洪，万义秀，杨玉川.关于MDEA在天然气净化过程中变质特点的探讨[J].石油与天然气化工，2009，04：308.312+267.

[2]王开岳.天然气净化工艺的国内外现状及开发动向[J].石油规划设计，2016.