天然气脱酸工艺

胡伟

天然气脱酸工艺

胡伟

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

介绍了几种天然气脱酸工艺流程，并对这几种天然气脱酸工艺的主要特点及适用性进行了对比与归纳。最后结合研究课题中目标天然气的实际情况，对天然气脱酸工艺进行了选取。

天然气 ; 脱酸工艺 ; 选取

近年来随着雾霾天气持续恶化，社会对清洁燃料的需求越来越大。天然气脱酸气技术是天然气处理工艺的一项关键技术。脱酸工艺的选取直接决定工艺设备的投入成本及将来的运行费用，本文针对几种常用的脱酸工艺方案进行了分析，对其工艺的主要特点及适用性进行了描述。

1 脱酸工艺介绍

脱酸方法总体上可归结为溶剂吸收法、膜分离法和变压吸附法三类，其中溶剂吸收法常用的有醇胺法、热钾碱法、砜胺法等

1.1 溶剂吸收法

1.1.1 醇胺法

醇胺吸收法是溶剂吸收法中比较有代表性的脱酸方法，适用于从天然气中大量脱硫和二氧化碳的场合。用于天然气脱二氧化碳的醇胺溶剂主要包括一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）和N-甲基二乙醇胺（MDEA）等。在溶剂吸收法中以各种醇胺为基料复配多种化学溶剂以满足各种脱酸需求的混合胺溶剂是目前的发展方向。混合胺溶剂法具有投资少、能耗低、处理能力大、CO2净化度高、腐蚀速率小、溶剂损失低等优点，是醇胺法脱酸的首选工艺方案。醇胺法脱碳装置的典型工艺流程见图1。

英国欧鲁克（OLKY）公司开发了一种胺法超重力气体脱硫化氢。中石化集团公司也开发了撬装式超重力气体脱硫成套技术，并应用在河口15万立方米/天含硫天然气撬装式脱硫装置上。胺法超重力气体脱硫化氢利用离心分离的方法代替吸收塔，天然气中酸性气与醇胺贫液混合快速反应，同时在离心作用下气液分离出净化天然气，而富液去再生系统。超重力脱酸工艺虽然具有高效、不受吸收塔晃动带来的影响的优点，但过程压降大、处理量小，并联设备多占地大，目前，超重力脱酸技术还不成熟，难以达到天然气液化要求（CO2含量小于50~100 ppmV），需要继续研发。

图1 醇胺法脱碳装置的典型工艺流程

热碳酸钾法

热碳酸钾法属化学吸收法，广泛用于脱除气体中CO2，由于溶液中常使用活性剂以促进CO2的吸收，所以亦称为活性热钾碱法。热碳酸钾法基本工艺流程见图2。

图2 热碳酸钾工艺流程

在热碳酸钾吸收剂基础上，市场上出现了多种具有专利的吸收剂工艺，它们有一个共同点，都掺有不同的催化剂，以增加吸收和再生速度，并降低系统腐蚀性。如：Catacarb（烷醇胺和硼酸盐），Giammarco-Vetrocoke（砷和其他催化剂），Benfield，Girdler（添加烷醇胺）等。

砜胺法

砜胺法是国际上应用最广泛的物理-化学溶剂天然气净化工艺流程。此流程所用物理吸收溶剂是环丁砜。环丁砜是一种优良的有机溶剂，对于H2S、CO2有很强的吸收能力。

化学吸收溶剂是一乙醇胺（MEA）、二异丙醇胺(DIPA)或甲基二乙醇胺(MDEA)。二异丙醇胺(DIPA)和环丁砜配伍被命名为Sulfinol-D，甲基二乙醇胺(MDEA)和环丁砜配伍被命名Sulfinol-M。

据工程实践，在醇胺法和砜胺法选取时有以下几点值得注意：

（1）当酸气中H2S、CO2含量不高，且H2S与CO2摩尔比值小于6，并需同时脱除H2S、CO2两种酸性气体时，应优先采用MEA法或混合胺法。

（2）当酸气中H2S与CO2摩尔比值大于5，且需选择性脱除H2S时，应优先采用MDEA法或其配方溶液法。

（3）当酸气中酸性组分分压高、有机硫化物含量高，并需同时脱除H2S和CO2时，应优先采用（Sulfinol-D）法（吸收剂为环丁砜与二异丙醇胺的混合液）；如需要选择性脱除 H2S时，则需采用Sulfinol-M 法。

（4）酸气中重烃含量较高时，一般宜用醇胺法。

1.2 膜分离法

气体膜分离技术是20世纪80年代开发成功的一种高新技术，目前世界上已有21个国家采用了膜分离天然气技术，已建成122套天然气处理装置。膜分离的基本原理是根据混合气体中各组分在压力推动下透过膜的传递速率不同，从而达到分离的目的。

用于天然气分离的膜主要由聚砜、醋酸纤维素、聚酰亚胺等材料制成，其分离原理主要以溶解-扩散机理为主。膜分离是一种动力学分离过程，分离效率受膜材料、气体组成、压差、分离系数等因素影响。天然气膜法分离技术也受到下述因素的制约：

（1）压力：薄膜系统自身特点决定了它不能承受过高的操作压力。

（2）进料气的饱和度：薄膜系统要求进料气为干燥气体。其饱和度需在80%以下，否则液态水滴会堵塞薄膜通道。

（3）目前的膜分离特性决定了其净化度不高，因此难以达到天然气液化所需的含酸气标准。

目前，国内膜分离技术研究大多集中在中科院和一些高等院校，研究内容主要包括膜材料和膜，对组件、装置、过程优化及集成工艺技术等方面。

2.1 变压吸附法

变压吸附法是利用分子筛筛分机理的特性来实现气体分离的，在吸附剂上二氧化碳对其他组分有较高的分离系数，来达到对酸性天然气中二氧化碳的脱除目的。

变压吸附法有以下几个特点：工艺简单，装置操作弹性大，调节能力强；制备的产品纯度高、质量好；能耗低；无溶剂和辅助材料消耗；无三废排放，对环境无污染。缺点是对原料气的损耗较大。

2 脱酸方法综合比选

2.1 脱酸方法对比

由以上对醇胺法、热碳酸钾法、砜胺法、膜分离法和变压吸附法的介绍可得出以下对比分析表。

表1 脱酸方法对比表

2.2 脱酸性气体方法选择考虑因素

在选择脱酸性气方法时需要考虑的主要因素有：

（1）天然气中酸性组分的类型和含量。大多数天然气中的酸性组分是H2S和CO2，但有的还可能有COS、CS2、RSH等存在。天然气中的酸性组分不同以及各组分比例不同，选取的天然气脱酸工艺就会不同。

（2）原料气的处理量。原料气的处理量的大小关系到脱酸的经济性，有些脱酸工艺适用于处理量大的工况，有些脱酸工艺只适用于处理量小的工况。

（3）原料气的温度、压力及净化气所要求的温度、压力。有些脱酸工艺不适合在低压下运行，而有些脱酸工艺在温度高于环境温度时会受到不利因素的影响。

3 结论

对以上因素综合分析，结合所研究课题中目标天然气中主要含CO2，几乎不含H2S和有机硫的情况，可排除选择性脱硫的方法。溶剂吸收法脱碳最经济，且原料气处理量较大，脱碳要求高，因此结合脱酸性气的各种考虑因素，本课题中天然气预处理系统脱酸工艺推荐溶剂吸收法。

［1］王保庆，姜岩，张卫敏. 天然气脱酸气工艺方案优选研究[J]. 现代化工, 2012, 32 (12): 96-99．

［2］罗小武. 天然气净化工艺技术研究与应用[J]. 天然气与石油, 2006，24 (2): 30-34．

Discussion on Natural Gas Deacidification Processes

（Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China）

Several natural gas deacidificaiton processes were introduced. Main characteristics and applicability of thesenatural gas deacidification processes were compared and summarized. Finally combining the actual situation of target gas in the research topic, thesolvent absorption method was selected.

natural gas; deacidification process; selection

TE 624

A

1004-0935（2017）09-0915-03

2017-05-22

胡伟（1984-），男，工程师，2008年毕业于武汉理工大学油气储运工程专业，研究方向：海洋石油工程管道设计。