随着社会经济的不断发展和生产力的不断进步, 我国已把节能减排作为我国的战略发展目标, 这也导致了民众对天然气能源的需求量不断增加, 天然气能源成为仅次于石油能源的第二大能源。应用天然气能源, 能够有效减少煤炭资源过度使用导致的空气污染, 极大地改善了人们的居住环境。因此, 完善天然气的脱硫脱碳工艺, 具有十分重要的现实意义。
近年来, 随着生产力的不断提高, 脱硫脱碳的方法得到了一定程度上的改进和创新, 取得了良好的成效。根据脱硫脱碳过程中的物态特征, 可将脱硫脱碳工艺分为干法和湿法。湿法通过吸收剂和溶液完成脱硫脱碳, 干法脱硫脱碳则通过将固体作为吸收剂的方式完成脱硫脱碳。根据脱硫脱碳方法的实现原理, 脱硫脱碳的过程又应用了化学溶剂吸收法、物理溶剂吸收法、膜分离法和吸附法等脱硫脱碳方法。
膜分离法利用天然气的各种成分通过膜时的透过性的差异, 将膜作为驱动力, 对膜两侧的成分进行分压, 将透过性较好的二氧化碳等纤维从大量的分子中脱离出来, 实现了二氧化碳的分离。目前, 在天然气脱硫脱碳过程中, 应用最多的是经济廉价的醋酸纤维膜。与其他脱硫脱碳技术相比, 膜分离法具有简单、高效、节能的特点。利用膜分离法实现天然气的脱硫脱碳, 耗费的能源较少, 天然气的净化成本较低, 维修和保养都较为方便, 符合节能环保的要求。但使用一级膜分离方法时, 损失的甲烷数量巨大, 因此, 在天然气脱硫脱碳过程中, 多采用二级膜分离处理装置。
干法脱碳技术的工作原理是在利用碳丙进行脱碳的基础上, 加入HS添加剂, 使其同时具备脱硫和脱碳的能力, 不断地推动净化技术的创新和发展。干法脱硫脱碳的流程一般分为以下三种:首先是通过对气体的吸收、分离和洗涤, 实现脱硫脱碳, 其次是通过溶剂的蒸发、吸收和分解, 实现脱硫脱碳的目的, 最后是对溶液的洗涤和回收再利用。某化工公司通过采用富氧造气技术, 将煤炭转化为半水煤气, 然后通过反法脱硫技术, 将其变压吸附后转化为氢气, 为生产装置提供氢气。同时, 为了配合公司扩大天然气产量的要求, 该公司不断改进干法脱硫脱碳装置, 将装置转换氢气的能力从21000Nm2转换为36000Nm2, 生产氢气的能力显著提高。公司经过慎重的分析和对比, 确定了干法脱硫脱碳技术的改造方案, 经过实际的生产运用, 证明了其在脱硫脱碳方面具有强大的优越性, 具有很高的推广使用价值[1]。
氮甲基二以醇胺脱碳工艺通过将含有硫化氢和二氧化碳的天然气进行过滤, 然后使其进入吸收它的底部, 然后将氮甲基二以醇胺溶剂自上而下倒入吸收塔, 实现对硫化氢和二氧化碳的滤除。氮甲基二以醇胺的优点是具有较强的选择性脱硫能力, 缺点是无法深度脱除二氧化碳, 只能在二氧化碳浓度较低的条件下使用。而复合醇胺法能够在二氧化碳和有机硫含量都很高的情况下, 完成深度脱除二氧化碳的工作, 具有较高的选择性, 能够实现有机硫的完全脱除。
复合醇胺法将伯醇胺对二氧化碳良好的吸附能力与叔胺的低腐蚀性、低降解度和高溶剂浓度的优点相结合, 既发挥了伯胺对二氧化碳良好的吸附能力, 又发挥了氮甲基二以醇胺低腐蚀性和低溶解度的优势。例如, 在美国, 某天然气净化厂, 天然气净化装置的吸收能力无法满足天然气脱硫脱碳处理的需要, 于是不断创新, 采用30%的氮甲基二以醇胺和20%的伯醇胺混合液作为脱硫脱碳的溶剂的方法, 大大降低了出气口的二氧化碳含量, 同时在吸收塔的两侧设置了氮甲基二以醇胺和伯醇胺含量为9.9m3/h的胺液静态混合器, 有效的解决了有机硫和二氧化碳含量超标的问题, 使天然气符合净化气的相关标准。
直接转化法是气体脱硫方法, 利用含氧的溶液将天然气中的硫化氢氧化为硫, 被还原的氧化剂经过空气又恢复氧化能力继续进行脱硫脱碳处理。由于脱硫脱碳的反应过程包含了氧化还原反应, 所以此过程也被称作液相氧化还原法。主要包括铁法, 钒法和PDS等方法。直接转化法具有以下几个特点。首先, 直接转化法的流程较为简单, 利用氧化还原反应直接将硫化氢转化为元素硫, 且脱硫的操作过程只需在常温下进行, 降低了脱硫脱碳的成本。其次, 直接转化法对二氧化碳的脱除作用不明显, 溶液的酸碱度较大的情况下, 脱除的二氧化碳含量较多。因此, 当天然气同过管道运输时, 二氧化碳的含量超标, 需另外设置脱碳装置。第三, 当输气管道中硫化氢和二氧化碳的含量上升时, 需依据二氧化碳和硫化氢含量上升的比例, 增加转化溶液的含量, 所以直接转化法的适应性不如醇胺法。最后, 直接转化法的装置操作比较复杂, 产生故障的可能性也比较大, 经过氧化还原反应的元素硫品质也不能得到保证[2]。
通过以上研究发现, 在天然气脱硫脱碳的过程中, 采用膜分离的脱硫脱碳方法, 能够有效降低天然气的净化成本, 提高脱硫脱碳的效率。在此基础上, 采用干法脱硫脱碳、通过复合醇胺法和直接转化法进行脱硫脱碳, 能够提升脱硫的效率和质量, 值得借鉴和推广。因此, 在天然气脱硫脱碳的过程中, 可以采用上述几种方法。
摘要：天然气的脱硫脱碳工艺是基于石油资源日渐枯竭的形势下产生的, 对节能减排战略目标的实现具有重要的作用。本文在对天然气脱硫脱碳工艺进行综合阐述的基础上, 分析了几种脱硫脱碳工艺的优点和缺点, 以期为相关人士提供借鉴和参考。
关键词：脱硫脱碳,膜分离法,复合醇胺法
[1] 徐学飞.天然气脱硫脱碳方法的选择[J].化工管理, 2015, 02:227-228.
[2] 王治红, 颜丽.某天然气脱硫脱碳装置溶剂配比优化研究[J].天然气与石油, 2015, 03:39-43+9.
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