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1、天然气脱硫工艺介绍 (1)工程中常用得天然气脱硫方法 天然气脱硫得方法有很多种,习惯上把采用溶液或溶剂做脱硫剂得脱硫方法称为湿法脱硫,采用固体做脱硫剂得脱硫方法称为干法脱硫。 一般得湿法脱硫有化学溶剂法(如醇胺法）、物理溶剂法(如Ｓeｌexol法、Flｏur法)、化学－物理溶剂法（如砜胺法)与直接转化法(如矾法、铁法)。常见得干法脱硫有膜分离法、分子筛法、不可再生固定床吸附法与低温分离法等。 (２)天然气脱硫方法选用原则 天然气组分、处理量、硫含量、厂站所处自然条件、产品质量要求、运行操作要求等都就是天然气脱硫工艺得选择依据。目前,根据国内外工业实践得经验,天然气脱硫脱碳工艺得选择原
2、则可参考以下内容。 ①原料气中含硫量高，处理量大,硫碳比高需要选择性吸收Ｈ2S同时脱除相当量得ＣO２,原料气压力低，净化气H2S要求严格等条件下,可选择醇胺法作为脱酸工艺。 ②原料气中含有超量得有机硫化物需要脱除，宜选用砜胺法。此外,H2S分压高得原料气选用砜胺法时能耗远低于醇胺法。 ③ H2S含量较低得原料气中，潜硫量在０、２t/ｄ～5t／d时可考虑直接转化法,潜硫量低于0、2t/d得可选用非再生固体脱硫法如固体氧化铁法等。 实践中，往往在选择基本工艺方案之后,根据具体情况进行技术经济比较,最终确定天然气得脱硫脱碳方法。图１ 与图2 分别表示了原料气中酸气分压与出口气质量指标对脱硫方
3、案选择得影响。 图1 脱硫方案选择与酸气分压得关系 图2 脱硫方案选择与进、出口气质量指标得关系 (3）低含硫量天然气脱硫方案 某项目天然气组分与参数如下: 表１ 原料气组分表 序号 名称 组分 备注 1 N2 ０、００１22 2 CＯ2 ０、０1２1 3 H2S 0、０0０1 ４ C1 ０、7223６３477 5 C2 0、１42１２1２5 ６ C３ ０、0686 7 i-Ｃ4 0、012６ ８ n-Ｃ４ 0、023 9 i－C５ ０、0０6４3 10 ｎ-C5 0、０0
4、５23 1１ Ｃ6 0、002０５ 12 Ｃ７ ０、00108 １3 Ｃ8+ 0、０0０945273 １4 H2O ０、00216 １５ 合计 １、００0 表2 原料气工艺参数表 序号 名称 单位 前期 中期 后期 １ 操作压力 psiｇ 125０ 1250 １250 2 操作温度 ℉ 96 11０ 110 3 气源流量 MMSCFD 1０ ５、１ 9、5 4 气源密度(操作条件) ｌb/ｆt3 6、95 6、588 6、７37 ５ 出口气含硫量 pｐmｖ 不大于4 由
5、表可知，本工程得特点就是含硫量低，处理量不大,出口气要求较严格。可用得几种脱硫工艺方案如下： ①干法脱硫——固定床吸附法 氧化铁固体脱硫就是典型得干法脱硫工艺,处理原料气中得H2S含量一般在10ppｍ到1％之间。工艺流程图如图3。 原料气首先进行过滤分离，除去固体杂质与游离水后，进入脱硫装置固体脱硫塔进行吸附脱除气体中含有得H2S,其余塔进行更换脱硫剂工作。脱硫后得净化气经过滤分离,除去化学反应产生得水与气流带出得脱硫剂杂质后输出。 氧化铁固体脱硫工艺所需要得主要设备见表３，常见脱硫装置见图４。 图３ 氧化铁固体脱硫工艺流程 表３ 氧化铁固体脱硫主要设备 序号 名称 单位
6、 数量 1 过滤分离器 台 1 2 脱硫塔 座 2 3 粉尘过滤器 台 １ 图4 氧化铁固体脱硫装置 ②湿法脱硫——醇胺法 醇胺法就是典型得湿法脱硫工艺,也就是目前最常用得天然气脱硫脱碳得方法。醇胺法以可逆反应为基础,弱碱性溶剂为吸收剂,最常用得脱硫剂有ＭＤEA、DＥA与MEA及它们得混合溶剂。本方案可选用目前国际广泛采用得醇胺－甲基二乙醇胺(MDＥA）作为脱硫溶剂。工艺流程见图5。 图5醇胺法脱硫工艺流程简图 原料气经进口分离器除去游离液体与携带得固体杂质后进入吸收塔得底部与醇胺溶液接触,脱除酸性组分。饱与得湿净化气经分离脱水后进入ＮGL回收单元或
7、LNG生产装置,或作为商品气或管输。 吸收塔底部流出得富液进入脱硫剂再生循环单元,脱除溶液中得酸性气体,增压后进入吸收塔循环利用。有时,贫液在换热与增压之后也经过一个过滤器滤除其中杂质。从富液中汽提出来得酸性组分在与冷凝后得水分离之后,根据其组成与流量,或去硫磺回收装置,或压缩回注地层，或处理后去火炬系统。 醇胺法脱硫工艺主要设备见表４,常见脱硫装置见图6。 表４ 醇胺法脱硫主要设备 序号 名称 单位 数量 １ 吸收塔 座 １ 2 再生塔 座 1 3 粉尘过滤器 台 1 4 重沸器 台 1 5 富液闪蒸罐 座 １ 6 贫富液换热器 台
8、 1 7 溶液冷却器 台 1 8 酸气冷却器 台 1 9 入口过滤分离器 台 1 １０ 净化气分离器 台 １ 11 酸气分离器 台 1 1２ 贫液缓冲罐 座 １ 13 溶液循环泵 台 ２ 14 贫液泵 台 2 15 贫液提升泵 台 2 16 回流泵 台 2 １7 ＭDEA补充泵 台 2 图6 醇胺法脱硫装置 ③湿法脱硫——Shelｌ-Ｐaｑｕes(谢尔－帕克)工艺 谢尔－帕克工艺就是采用生物技术脱硫得湿法脱硫工艺,操作弹性可从H2Ｓ浓度５０ｐpmv到100vol、%,处理后得天然气Ｈ2S含量可达
9、到4ｐｐｍv以下。工艺流程见图７。 酸性气体通过入口分离器后进入吸收塔,脱除H２S后分离外输。吸收后得富液进入闪蒸罐,闪蒸后得气体进入火炬系统，液体进入生物反应器，反应器通入空气，通过控制氧化还原反应促使溶液中得HS¯转化为硫磺,达到吸收液再生得目得。再生后得溶液循环使用,硫磺回收。 图7Shell-Paｑueｓ工艺流程简图 生物脱硫工艺常见装置见图8,主要设备见表５。 图８生物脱硫工艺装置 表５Ｓhell－Paques法脱硫主要设备 序号 名称 单位 数量 1 吸收塔 座 1 2 生物反应器 台 1 ３ 鼓风机 台 1 4 闪蒸罐 座
10、 1 ５ 再生液分离器 台 1 6 再生液循环泵 台 2 7 脱硫剂循环泵 台 2 8 入口过滤分离器 台 １ 9 净化气分离器 台 1 10 营养液缓冲罐 座 1 １１ 营养液加注泵 台 ２ ④湿法脱硫——ＬＯ-CAＴ工艺 ＬO-ＣAT工艺属于湿法脱硫中得液相氧化还原脱硫工艺。包含酸气吸收与硫磺回收两个单元。LＯ-CAT工艺方法只选择性吸收H2Ｓ，对CO2几乎没有吸收效果。主要工艺流程见图9。 图9 ＬO-CAT工艺流程简图 原料气进入吸收塔进行氧化还原反应，出口净化气分离外输，H2Ｓ被Fe3＋氧化物单质硫;再生塔中Ｆe2+
11、被空气中得O2转化为Fｅ3+进入缓冲罐,循环利用;单质硫被滤出回收。过程中不断补充加注化学药剂,维持系统得浓度与pH值。主要设备见表6。 表６ＬO－ＣAT法脱硫主要设备 序号 名称 单位 数量 1 吸收塔 座 1 ２ 再生塔 座 1 3 鼓风机 台 １ 4 缓冲罐 座 1 5 单质硫过滤器 台 1 ６ 净化气分离器 台 １ ７ 入口过滤分离器 台 1 8 循环泵 台 2 9 加药泵 台 2 (4)脱硫方案比选总结 对于本工程，脱硫工艺方案应结合普遍性、适用性、经济性、流程简单、操作简便等各方面特点对比选择。
12、 表7各脱硫工艺方法对比 氧化铁固体脱硫法 醇胺法 Ｓｈeｌl-Paｑues法 LＯ-ＣAT法 优点 ①工艺简单、操作简便 ②易于维护,无需专人职守 ③对配套设施与公用工程依赖性小 ④适用压力范围宽 ⑤费用投资低 ①工艺成熟可靠、流程灵活多变 ②处理量大,可进行大规模脱硫脱碳处理 ③可对酸性组分选择行吸收 ④脱硫剂循环利用 ①操作、运行安全,环境污染小 ②气源适用范围广 ③能耗较低 ①适用性强,能允许较大得酸气量得波动 ②净化效率高,操作条件叫温与 ③操作流程较简单 缺点 ①硫容量低 ②费脱硫剂较难处理，规模大时更换费用较高 ①流程复杂，设备
13、繁多 ②运行操作复杂 ③建设成本高 ④需依托完善得辅助、公用工程 ①应用不够广泛,尚未形成稳定、成熟得规模 ②过程控制困难,条件要求苛刻 ③建设运行投资较高 ①处理量小,只能选择性吸收Ｈ2S单种组分 ②能耗高 ③投资费用较高 ④需公用工程支持 在本工程中,气体处理量较少,操作压力不高,酸性气体含量少,分压很小,但含有数量可观得CO2组分；此外，本工程要求流程简洁、操作方便、公用工程消耗较少。 基于本工程得以上特点,从适用性来瞧,氧化铁固体脱硫法最为使用;投资方面，对于本工程得处理规模与含硫量而言,氧化铁固体脱硫法得建设运行成本也远比其她方法经济。结合各脱硫方案得特点与建设运行投资等因素综合考虑,本工程选用氧化铁固体脱硫法较为合适。
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