劉泉洲 張楌 王志剛

陜西省延安市志丹縣長慶油田分公司第一采氣廠第四凈化廠 郵編 717500

一、背景

天然氣中含有酸性組分時，不僅在開釆、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(huán)境，危害用戶健康；天然氣中CO2 含量過高會降低熱值。因此當天然氣中酸性組分含量超過商品氣質(zhì)量指標或管輸要求時，必須釆用合適的方法將其脫除至允許值內(nèi)，脫除的酸性組分稱為酸氣，其主要成分是H2S、CO2 及少量烴類，從酸性天然氣中脫除酸性組分的工藝過程稱為脫硫脫碳。天然氣脫硫脫碳是天然氣凈化工藝的“龍頭”，其類別也特別多，但主導工藝是胺法及砜胺法。

二、化學溶劑法

化學溶劑法是以堿性溶液吸收H2S 及CO2 等，并于再生時又將其放出的方法，包括使用有機胺的MEA 法，DEA 法，DIPA 法，DGA 法，MDEA 法及位阻胺法等，使用無機堿的活化熱碳酸鉀法也有應用。到目前為止，化學溶劑（主要是醇胺類）法是天然氣脫硫中使用最為頻繁的方法。

天然氣胺法脫硫脫碳的工藝流程是基于醇胺與酸氣（H2S 及CO2）的反應設置的；在加壓及常溫條件下胺液吸收天然氣中的酸氣，在低壓及升溫條件下使胺液吸收的酸氣逸出，再生了的胺液可循環(huán)使用。因此，使用不同醇胺溶液的天然氣脫硫脫碳裝置的基本工藝流程是相同的。

天然氣脫硫脫碳工藝主要分為吸收、閃蒸、換熱以及再生部分。其中吸收部分主要是將天然氣中的酸氣（主要是H2S 與CO2）脫除至規(guī)定指標；閃蒸用于除去富液中的烴類（以降低酸氣中的烴含量）；換熱系統(tǒng)以富液回收貧液的熱量；再生系統(tǒng)將富液中的酸氣解析出來以恢復其脫硫性能。

三、物理溶劑法

物理溶劑法是利用H2S 及CO2 等酸性雜質(zhì)與烴類在物理溶劑中溶解度的巨大差異完成天然氣脫硫脫碳。特點如下：傳質(zhì)速率慢；達到高的H2S 凈化度較為困難；溶劑再生的能耗低。物理溶劑法中酸氣是溶解于其中故易于析出；具有選擇脫硫能力。幾乎所有的物理溶劑對H2S 的溶解能力均優(yōu)于CO2，所以物理溶劑可以實現(xiàn)在H2S 及CO2 共存的條件下選擇性脫除H2S；具有優(yōu)皂的脫有機硫的能力；可實現(xiàn)同時脫硫脫水；烴類溶解量多、特別是重烴。物理溶劑對烴類、特別是重烴、尤其是芳烴有良好的親和力，需采取有效措施回收溶解的烴以減少烴損失和降低酸氣中的烴含量；酸氣負荷與酸氣分壓大體成正比。由于物理溶劑法的酸氣負荷大體上與天然氣中的酸氣分壓成正比，當天然氣中H2S 及CO2 的濃度較低且操作壓力較低時，其溶液的循環(huán)量大大高于胺法；基本上不存在溶劑變質(zhì)問題。

四、間歇法

在塔器內(nèi)裝填一定高度的孔隙性固體顆粒，稱為固定床。氣體通過固定床層時，固體與酸氣發(fā)生化學反應，反應物截留在床層內(nèi)，使天然氣脫岀酸氣。當床層為酸氣飽和時，該塔器停止使用，再生或更新已飽和的床層，因而需有另一個塔器投入使用，使脫酸工作能連續(xù)進行。這種脫硫方法稱間歇法。固體床也可為含某種化合物的漿液代替，漿液與酸氣發(fā)生化學反應脫酸，漿液失去活性后更換新的漿液。工業(yè)上常用的海綿鐵法、漿料（氧化鋅、亞硝酸鈉）法和分子篩法都屬間歇法，但分子篩不與酸氣發(fā)生化學反應，其脫酸原理屬物理吸附。

間歇法的特點是：能較徹底地脫除低至中等含量的H2S 及有機硫，脫酸能力與壓力基本無關，與CO2—般不發(fā)生反應；與胺法等需再生的工藝相比，投資較低；需兩個以上接觸塔，一個工作、另一個更新塔內(nèi)充填物；要求進塔原料氣潔浄，不含液固雜質(zhì)。

五、膜分離法

用無孔聚合物薄膜分離氣體內(nèi)的某些組分，這種分離方法稱膜分離。在膜的一側(cè)為高壓原料氣，另一側(cè)為低壓側(cè)，低壓側(cè)壓力約為高壓側(cè)的10%～20%。氣體分子在高壓側(cè)吸附，通過薄膜擴散，并在低壓側(cè)解吸。由高壓側(cè)經(jīng)薄膜進入低壓側(cè)的氣體稱滲透氣，而仍留在高壓側(cè)的氣體為滲余氣。由于氣體內(nèi)各組分的滲透速度不同，使氣體組分得到一定程度的分離。用氣體各組分通過薄膜滲透性能的區(qū)別，將某種氣體組分從氣流中分離和捏濃，達到天然氣脫酸性氣的目的。適用于從天然氣內(nèi)分岀大量CO2 的場合。據(jù)統(tǒng)計，陸上油氣田90%以上的酸性天然氣釆用醇胺吸收法和間歇法處理。在氣量大、酸氣負荷高的場合常使用建設費用較高、操作費用低廉的醇胺法。常把原料氣硫含量作為判別參數(shù)，硫含量大于45kg/d 時使用醇胺法；低于9kg/d、且氣體處理量很小時才考慮釆用建設費用低、操作費用較高的間歇法處理酸性天然氣。

六、結(jié)語

以上介紹的各種脫酸氣方法都有各自的特點、適用條件。在選擇脫酸方法時一般應考慮以下因素：在天然氣中，酸氣的類型和各種酸性組分的含量；天然氣處理量，壓力，溫度；是否需要選擇性地脫除某種酸氣組分，從酸氣中回收硫磺的可行性；重烴和芳香烴在氣體中的數(shù)量；管輸要求、下游加工工藝要求，以及銷售合同、環(huán)保等強制性要求等。由于脫酸工藝還在不斷發(fā)展，改變現(xiàn)有脫酸溶劑配方就可能使某種脫酸方法改變性能、適應范圍擴大、操作費用下降。