銳意自控：紅外氣體分析儀之天然氣硫碳脫除方法大全

有的天然氣中含有諸如硫化氫、二氧化碳、硫化碳、硫醇和二硫化物等酸性組分，通常，將酸性組分含量超過商品氣質量指標或管輸要求的天然氣稱為酸性天然氣或含硫天然氣。

天然氣中含酸性組分時，不僅在開采、處理和儲運過程中會造成設備和管道腐蝕，而且用作燃料時會污染環境，危害用戶健康；用作化工原料時會引起催化劑中毒，影響產品收率和質量。此外，天然氣中CO₂含量過高還會降低其熱值。因此，當天然氣中酸性組分含量超過商品氣質量指標或管道要求時，必須采用合適的方法將其脫除至允許值以內。脫除的這些酸性組分混合物稱為酸氣，其主要成分是H₂S、CO₂，并含有少量的烴類。從酸性天然氣中脫除酸性組分的工藝過程稱為脫硫脫碳或脫酸氣。如果此過程主要是脫除H₂S和有機硫化物則稱之為脫硫；主要是脫除CO₂稱之為脫碳。原料氣經濕法脫硫脫碳后，還需脫水（有時還需脫油）和脫除其他有害雜質（例如脫汞）。脫硫脫碳、脫水后符合一定質量指標或要求的天然氣稱為凈化氣，脫水前的天然氣稱為濕凈化氣。脫除的酸氣一般還應回收其中的硫元素（硫磺回收）。當回收硫磺后的尾氣不符合向大氣排放標準時，還應對尾氣進行處理。

當采用深冷分離的方法從天然氣中回收天然氣凝液（NGL）或生產液化天然氣（LNC）時，由于對氣體中的二氧化碳含量要求很低，這時應采用深度脫碳的方法。

天然氣脫硫脫碳的方法很多，一般可分為化學溶劑法、物理溶劑法、化學-物理溶劑法、直接轉化法和其他類型方法等。此外，對天然氣硫碳脫除效果進行有效監測也是天然氣硫碳脫除過程中的必要環節，采用Gasboard-3500系列紅外氣體分析儀有效檢測天然氣酸氣成分，可以幫助工作人員更好的調節現場工藝，提高天然氣硫碳脫除的效率。下面小編就詳細介紹一些上文提到的幾種硫碳脫除方法。

1.化學溶劑法

化學溶劑法系采用堿性溶液與天然氣中的酸性組分（主要是H₂S、CO₂）反應生成某種化合物，也稱化學吸收法。吸收了酸性組分的堿性溶液（通常稱為富液）再生時又可使該化合物將酸性組分分解與釋放出來。這類方法中代表性的是采用有機胺的醇胺（烷醇胺）法以及無機堿法，例如活化熱碳酸鉀法。

目前，醇胺法是zui常用的天然氣脫硫脫碳方法。屬于此法的有MEA法、DEA法、DGA法、DIPA法、MDEA法，以及空間位阻胺、混合醇胺、配方醇胺溶液（配方溶液）法等。醇胺溶液主要是由烷醇胺與水組成。

2.物理溶劑法

此法系基于氣體中H₂S、CO₂等與烴類溶解度差別很大的特性，利用某些溶劑將酸性組分脫除，也稱為物理吸收法。物理溶劑法一般在高壓和較低溫度下進行，適用于酸性組分分壓高（大于345kPa）的天然氣脫硫脫碳。此外，此法還具有可大量脫除酸性組分，溶劑不易變質，比熱容小，腐蝕性小以及可脫除有機硫等優點。由于物理溶劑對天然氣中的重烴有較大的溶劑度，故不宜用于重烴含量高的天然氣，且多數方法因受再生程度的限制，凈化度（即原料中酸性組分的脫除程度）不如化學溶劑法。當凈化度要求很高時，需采用汽提法等再生方法。

目前，常用的物理溶劑法有多乙二醇二甲醚法、碳酸丙烯酯法、冷甲醇法等。物理吸收法的溶劑通常靠多級閃蒸進行再生，不需蒸汽和其他熱源，還可同時使氣體脫水。

3.化學-物理溶劑法

這類方法采用的溶液是醇胺、物理溶劑和水的混合物，兼有化學溶劑法和物理溶劑法的特點，又稱混合溶液法或聯合吸收法。目前，典型的化學-物理吸收法為砜胺法，包括DIPA-環丁砜法、MDEA-環丁砜法。此外，還有Amisol、Selefining、Optisol和Flexsorb混合SE法等。

4.直接轉化法

這類方法以氧化-還原反應為基礎，又稱為氧化-還原法或濕式氧化法。它借助于溶液中大的氧載體將堿性溶液吸收的硫化氫氧化為元素硫，然后采用空氣使溶液再生，從而使脫硫和硫回收合為一體。此法目前雖在天然氣工業中應用不多，但在焦爐氣、水煤氣、合成氣等氣體脫硫及尾氣處理方面有著廣泛應用。由于溶劑的硫容量（即單位質量或體積溶劑能夠吸收的硫的質量）較低，故適用于原料氣壓力較低及處理量不大的場合。屬于此法的主要有釩法（ADA-NaVO3法、栲膠-NaVO3）、鐵法（Lo-Cat法、Sulferox法、EDTA絡合鐵法、FD及鐵堿法等）以及PDS等方法。

以上諸法因都采用液體脫硫脫碳，故又統稱為濕法。其主導方法是胺法和砜胺法。

5.其他類型方法

除上述方法外，目前還可采用分子篩法、膜分離法、低溫分離法及生物化學法等脫除硫化氫和有機硫。此外，非再生的固體（例如海綿鐵）和液體以及漿液脫硫劑則適用于硫化氫含量低的天然氣脫硫。其中，可再生的分子篩法等又稱為間歇法。

膜分離法借助于膜在分離過程中的選擇性滲透作用脫除天然氣的酸性組分，目前有AVIR、Cynara、杜邦、Grace等法，大多用于從CO₂含量很高的天然氣中分離CO₂。

氣體脫硫脫碳方法性能比較

脫硫脫碳方法的選擇會影響整個處理廠的設計，包括酸氣排放、硫磺回收、脫水回收、分餾和產品處理方法的選擇等。在選擇脫硫脫碳方法時應考慮的主要因素有：

1)原料氣中酸氣組分的類型和含量

2)凈化氣的質量要求

3)酸氣要求

4)酸氣的溫度、壓力和凈化氣的輸送溫度、壓力

5)原料氣處理量和原料氣中的烴類含量

6)脫除酸氣所要求的選擇性

7)液體產品（例如NGL）質量要求

8)投資、操作、技術費用

9)有害副產物的處理

根據國內外工業實踐，以下原則可供選擇各種醇胺法和砜胺法脫硫脫碳時參考：

1.一般情況

對于處理量比較大的脫硫脫碳裝置首先應考慮采用醇胺法的可能性，即：

1)原料氣中碳硫比高（CO₂、H₂S摩爾比>6）時，為獲得適用于常規硫磺回收裝置的酸氣（酸氣中H₂S濃度低于15%時無法進入該裝置）而需選擇性脫H₂S，以及其他可以選擇性脫H₂S的場合，應選用選擇性MDEA法。

2)原料氣中碳硫比高，且在脫除H₂S的同時還需脫除相當量的CO₂時，可選用MDEA和其他醇胺（例如DEA）組成的混合醇胺法或合適的配方溶液法。

3)原料氣中H₂S含量低、CO₂含量高且需深度脫除CO₂時，可選用合適的MDEA配方溶液法（包括活化MDEA法）。

4)原料氣壓力低，凈化氣的H₂S質量指標嚴格且需同時脫除CO₂時，可選用MEA法、DEA法、DGA法或混合醇胺法。如果凈化氣的H₂S和CO₂質量指標都很嚴格，則可采用MEA法、DEA法或DGA法。

5)在高寒或沙漠缺水地區，可選用DGA法。

2.需脫除有機硫化物

1)原料氣中含有H₂S和一定量的有機硫需要脫除，且需要同時脫除CO₂時，應選用Sulfinol-D法。

2)原料氣中含有H₂S、有機硫和CO₂，需選擇性地脫除硫化氫和有機硫時，應選用Sulfinol-M法。

3)H₂S分壓高的原料氣采用砜胺法處理時，其能耗遠低于醇胺法。

4)原料氣如經砜胺法處理后其有機硫含量仍不能達到質量指標時，可繼之以分子篩法脫有機硫。

3.硫化氫含量低的原料氣

當原料氣中H₂S含量低、按原料氣處理量計的潛硫量（t/d）不高、碳硫比高且不需要脫除CO₂時，可考慮采用以下方法：

1)潛硫量在0.5~5t/d之間，可考慮選用直接轉化法，例如ADA-NaVO3法、絡合鐵法和PDS法等。

2)潛硫量小于0.4t/d（zui多不超過0.5t/d）時，可選用非再生類方法，例如固體氧化鐵法、氧化鐵漿液法等。

4.高壓、高酸氣含量的原料氣

高壓、高酸氣含量的原料氣可能需要在醇胺法和砜胺法之外選用其他方法或采用幾種方法組合。

1)主要脫除CO₂時，可考慮選用膜分離法、物理溶劑法或活化MDEA法。

2)需要同時大量脫除H₂S和CO₂時，可先選用選擇性醇胺法獲得富含H₂S的酸氣，再選用混合醇胺法或常規醇胺法以達到凈化氣質量指標或要求。

3)需要大量脫除原料氣中CO₂且同時有少量H₂S也需脫除時，可先選膜分離法，再選用醇胺法以達到處理要求。

以上只是選擇天然氣脫硫脫碳方法的一般原則，在實踐中還應根據具體情況對幾種方案進行技術經濟比較后確定。

（來源：工業過程氣體監測技術）