天然氣脫硫技術(shù)工藝

天然氣脫硫技術(shù)工藝天然氣含硫?qū)ο到y(tǒng)環(huán)境影響很大，這就要求加大研究和開發(fā)節(jié)能、高效、環(huán)保的新型工藝技術(shù)，用于天然氣凈化等領(lǐng)域。隨著天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，為天然氣處理所需的各種新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用提供了很好的條件。天然氣脫硫的目的是為用戶提供合乎標(biāo)準(zhǔn)的凈化氣。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的天然氣國家標(biāo)準(zhǔn)要求：一類氣硫化氫W6mg/m3，總硫W100mg/m3；二類氣硫化氫W20mg/m3,總硫W200mg/m3；而且是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。另一方面國家環(huán)保局制定了GB16297-1996大氣污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)對二氧化硫排放除限定排放速率外，還對排放濃度做了嚴(yán)格的規(guī)定：新污染源二氧化硫W960mg/m3，現(xiàn)有污染源二氧化硫W1200mg/m3,另外，由于天然氣氣質(zhì)的變化，部分凈化廠的適應(yīng)性問題也很突出，需逐一加以改造。由此可見國內(nèi)天然氣脫硫面領(lǐng)著十分繁重的任務(wù)，需進(jìn)一步加大研究力度，開發(fā)出新型集成式脫硫新技術(shù)。一、醇胺法是目前天然氣脫硫中使用最多的方法。該方法脫除硫化氫等酸氣的過程主要為化學(xué)過程所控制，因此在低操作壓力下，比物理溶劑或混合溶劑更適用。常用的醇胺類溶劑有一乙醇胺、二乙醇胺、二異丙醇胺、甲基二乙醇胺等。一乙醇胺工藝：原料氣從吸收塔底部進(jìn)入，與從塔頂部進(jìn)入的貧胺溶液逆流接觸脫硫凈化后，從吸收塔頂部引出，離開吸收塔的富胺溶液，通過換熱器與貧胺溶液換熱得到加熱，然后在再生塔中再生，脫除的硫化氫和二氧化碳再生酸氣進(jìn)入克勞斯裝置進(jìn)行硫回收，貧胺經(jīng)冷卻泵進(jìn)入吸收塔。一乙醇胺既可以脫除硫化氫又可以脫除二氧化碳，一般認(rèn)為在兩種酸氣之間沒有選擇性。一乙醇胺與其他醇胺相比堿性較強(qiáng)，與酸氣反應(yīng)較迅速，其分子質(zhì)量也最低，故在單位質(zhì)量或體積的基礎(chǔ)上，它具有最大的酸氣負(fù)荷。優(yōu)缺點(diǎn)：化學(xué)性能穩(wěn)定，可最大限度地減少溶液降解蒸汽氣提即可與酸氣組分分離。使用范圍廣，無論裝置操作壓力高低、酸氣含量多少、原料氣中硫化氫二氧化碳大小，該法均能使用。操作彈性大，適應(yīng)性強(qiáng)，但其缺點(diǎn)主要是溶劑揮發(fā)損失大，容易發(fā)泡及降解變質(zhì)，再生溫度較高（約125°C）導(dǎo)致再生系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重，在高酸氣負(fù)荷下更嚴(yán)重，因此在實(shí)際使用下一乙醇胺的濃度一般在15%~20%。二乙醇胺的堿性較一乙醇胺弱，同樣對硫化氫和二氧化碳沒有選擇性凈化程度不高。但其溶劑蒸發(fā)損失較一乙醇胺小，腐蝕性弱，再生時(shí)具有比一乙醇胺溶劑低的殘余酸性組分濃度。二異丙醇胺和甲基二乙醇胺脫硫法從20世紀(jì)80年代后期開始廣泛應(yīng)用于氣體凈化，對硫化氫和二氧化碳具有選擇性，在二氧化碳存在的情況下，能將硫化氫脫除到管輸標(biāo)準(zhǔn)要求，節(jié)能效果明顯。2二異丙醇胺是1963年由hell公司推出的一種用于化學(xué)、物理溶劑處理酸性氣體的新工藝。其優(yōu)點(diǎn)是腐蝕性小，降解產(chǎn)物生成部敏感，在低酸氣分壓下以二異丙醇胺化學(xué)吸附為主，而在高分壓下則物理吸收起主導(dǎo)作用，兼容了化學(xué)物理吸收之長，與一乙醇胺相比，溶液和能量的消耗顯著降低，經(jīng)濟(jì)效益可觀；該工藝更重要的是具有脫除有機(jī)硫的能力。但是它使設(shè)備換熱效果差，而且二異丙醇胺黏性大，易發(fā)泡，實(shí)際操作濃度控制在30%以下。甲基二乙醇胺化學(xué)穩(wěn)定性好，溶劑不易降解變質(zhì)；對裝備腐蝕較輕，可減少裝置的投資和操作費(fèi)用；在吸收硫化氫氣體時(shí)，溶液循環(huán)量少，氣體氣相損失小，但是，甲基二乙醇胺比其他胺的水溶液抗污染能力差，易產(chǎn)生溶液發(fā)泡，設(shè)備堵塞等問題。胺吸收法是一種比較成熟的天然氣處理方法，但該法存在設(shè)備笨重、投資費(fèi)用高、再生和環(huán)境污染等問題。其中最大的問題就是吸收液的再生目前所應(yīng)用的再生方法主要是高溫減壓蒸餾，該方法回收耗能高，投資大再生回收液率不高。二、ulfatreat法干法脫硫是將氣體通過固體吸附劑床層來脫除硫化氫。常用的固體吸附劑有海綿鐵、活性炭、氧化鋁、泡沸石、分子篩等。僅用于處理含微量硫化氫的氣體，能完全脫除硫化氫。但由于該法是間歇操作，存在設(shè)備笨重、投資高、處理量低，吸附劑不易再生以及開發(fā)難度較大等原因，嚴(yán)重制約了該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。ulfatrea是一種由美國hell公司開發(fā)的新型干法脫硫劑。它是3由取得專利的30%單一的鐵化合物與30%蒙脫石和30%~40%水組合而成，具有均勻的孔隙度和滲透率。ulfatrea裝置應(yīng)直接安裝在氣液分離器的下游和脫水工藝裝置的上游，氣體溫度最好在21°C~50°C之間，且含飽和水蒸氣。ulfatrea對壓力不敏感，并且不受氣體中其他任何組分影響。ulfatrea工藝方法完全有選擇性地脫除硫化氫，并且不產(chǎn)生廢氣。一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是除了對氣體中的含硫化合物起作用外，而與其他物質(zhì)都不起化學(xué)反應(yīng)，這就消除了可能影響ulfatrea效率的副作用（如強(qiáng)氧化劑反應(yīng)），并且對下游設(shè)備如檢測儀表或控制儀器不產(chǎn)生腐蝕。ulfatrea可以在很寬的操作條件范圍內(nèi)正常運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)無人操作而且它有以下優(yōu)點(diǎn)：1、在ulfatrea替換過程中沒有發(fā)生火災(zāi)或燃燒的危險(xiǎn)，并且不需要控制PH值。2、由于其顆粒大小和形狀整齊，在氣體流速低時(shí)，效率提高操作費(fèi)用低。3、它是一種間歇式的脫硫方法，因而比較適用于小規(guī)模的深度脫硫。4、這是一個(gè)批量過程需要兩套流程，否則被處理的氣流中斷，且當(dāng)硫化氫的出口濃度一定時(shí)，ulfatrea的硫容量損失較大，因此采用兩套流程不但能提高單位質(zhì)量ulfatrea處理的天然氣量，而且可以減少ulfatrea容量損失。5、ulfatrea吸收硫化氫等硫化物的廢料不需要任何處理，可以直4接廢棄曠野或田地，對環(huán)境無毒無害，對植物甚至有一定的促長作用解決了長期以來比較簡單的脫硫方法所產(chǎn)生的廢料難以處理的問題。三、低溫甲醇洗法低溫甲醇洗法是20世紀(jì)50年代，由德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的。該工藝以冷甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對酸性氣體溶解度極大的良好特性，脫除原料氣中的酸性氣體。工藝流程：原料氣從底部進(jìn)入多動能塔與塔頂下來的低溫甲醇逆流接觸，其中硫化氫、二氧化碳等雜質(zhì)被甲醇洗滌、吸收后從塔頂引出，塔底部的富液進(jìn)入膨脹槽，解析出硫化氫后進(jìn)入萃取塔，分離出油類物質(zhì)后，進(jìn)入精餾塔回收甲醇，經(jīng)膨脹塔進(jìn)一步凈化后送入多功能塔上部作為吸收劑循環(huán)使用。從多功能塔中引出的洗滌液和從膨脹槽中解析出的硫化氫一起進(jìn)入到硫回收系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：甲醇在低溫下對硫化氫和二氧化碳等酸性氣體吸收能力強(qiáng)，溶液循環(huán)量很小，不需要化學(xué)法再生時(shí)的大量能，大大降低了凈化成本，低溫甲醇具有較好的傳熱、傳質(zhì)性能，選擇性強(qiáng)，凈化度高，腐蝕性下，廉價(jià)，可節(jié)約投資成本，溶劑不氧化不降解，有很好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，吸收過程不起泡，可穩(wěn)定生產(chǎn)。但是甲醇有毒，需要增加制冷系統(tǒng)，給操作和維修帶來一定的困難。該工藝屬于國外技術(shù)，需要購買專利軟件包，一次性投資較大。四、膜吸收技術(shù)膜吸收技術(shù)是分離過程中的重要因素，除了膜及膜材料的性能5外，還決定于膜組件、整個(gè)過程裝置及其設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)的合理性。膜吸收技術(shù)就是將膜基氣體分離與傳統(tǒng)的物理吸附、化學(xué)吸收、低溫精餾、深冷結(jié)合起來的新型分離技術(shù)?，F(xiàn)已有專利，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的工藝組合和最低的經(jīng)濟(jì)投資，取得了顯著的節(jié)能和減低投資的好效果，同時(shí)也擴(kuò)大了氣體膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍。與傳統(tǒng)的脫硫方法相比，投資費(fèi)用減少40%，運(yùn)行費(fèi)用減少30%，脫硫效率可以達(dá)到95%以上。膜吸收技術(shù)的傳質(zhì)包括吸收、解析以及在膜孔內(nèi)的絡(luò)合化和溶解層的等滲透分子在兩相或多相間的分配過程。由于膜的作用天然氣中的硫化氫滲入到管腔外部，并被通過膜分離器殼層的吸收液吸收。吸收液體流出膜分離器，經(jīng)過換熱器加熱，通過滑片泵將吸收液抽入膜再生器中，吸收液中的硫化氫滲入膜管腔，被真空泵抽出，進(jìn)入尾氣罐。再生后的液體流出再生器，通過過濾器凈化，進(jìn)行另一循環(huán)，從而完成天然氣的脫硫過程。6外，還決定于膜組件、整個(gè)過程裝置及其設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)的合理性。膜吸收技術(shù)就是將膜基氣體分離與傳統(tǒng)的物理吸附、化學(xué)吸收、低溫精餾、深冷結(jié)合起來的新型分離技術(shù)。現(xiàn)已有專利，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的工藝組合和最低的經(jīng)濟(jì)投資，取得了顯著的節(jié)能和減低投資的好效果，同時(shí)也擴(kuò)大了氣體膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍。與傳統(tǒng)的脫硫方法相比，投資費(fèi)用減少40%，運(yùn)行費(fèi)用減少30%，脫硫效率可以達(dá)到95%以上。膜吸收技術(shù)的傳質(zhì)包括吸