3-1天然气净化-脱酸性气.ppt

第一章 天然气净化-脱酸性气（H2S和CO2） 第一节 概述 由地层采出的天然气除通常含有水蒸气外，往往还含有一些酸性气体。这些酸性气体一般是H2S、C02、COS（氧硫化碳;羰基硫;Carbonyl sulfide;Carbon oxide sulfide;无色无味的气体。熔点-138.8℃，沸点-50℃，溶于醇）与RSH（硫醇;thiols;mercaptans；一类具有通式RSH(R为烃基，且多数为烷基)的化合物。也是醇类分子中的氧换之以硫的类似物。低分子量的硫醇常为特殊臭味的液体。烃基链超过10个碳的硫醇则变得几乎无不愉快气味）等气相杂质。天然气最常见的酸性气体是H2S、C02和COS。含有酸性气体的天然气通常称为酸性气或含硫气。 H2S是酸性天然气中含有的毒性最大的种酸气组分。H2S有一种类似臭蛋的气味，具有致命的剧毒。它在很低含量下就会对人体的眼、鼻和喉部有刺激性。若在含H2S体积分数为0．06％的空气中停留2min，人可能会死亡。另外H2S对金属具有腐蚀性。 C02也是酸性气体，在天然气液化装置中，C02易成为固相析出，堵塞管道。同时C02不燃烧，无热值，所以运输和液化它是不经济的。 因此，酸性气体不但对人身有害，对设备管道有腐蚀作用，而且因其沸点较高，在降温过程中易呈固体析出，故必须脱除。脱除酸性气体常称为脱硫脱碳，或习惯上称为脱硫。在净化天然气时，可考虑同时除去C02和H2S，因为醇胺法和用分子筛吸附净化中，这两种组分可以被一起脱除。 第二节 脱硫方法分类和选择 1、脱硫方法 脱硫方法一般可分为化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法、直接转化法、非再生性法、膜分离法和低温分离法等。 其中采用溶液或溶剂作脱硫剂的化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法及直接转化法，习惯上统称为湿法；采用固体床脱硫的海绵铁法、分子筛法统称为干法。 2、 脱硫方法的选择 天然气脱硫方法的选择，不仅对于脱硫过程本身，就是对于下游工艺过程，包括酸气处理和硫磺回收、脱水、天然气液回收等都有很大的影响。针对一个特定的脱硫装置，选择脱硫方法要考虑下列因素： 1)有关大气污染的脱硫及／或尾气处理规范。 2)酸性气中气相杂质的类型及含量。 3)对脱除酸性气体后脱硫气(或净化气)的技术要求。 4)对酸性气的技术要求。 5)需要处理的酸性气的体积流量。 6)酸性气中的烃类组成。 7)对需要脱除的酸气组分的选择性要求。 8)需要处理的酸性气温度和压力，脱硫气外输时所要求的温度和压力。 9)投资及操作费用。 10)方法的专利费。 11)对液体产品的技术要求。 下表列出了有代表性的脱硫方法及其原理与主要特点。 (1) 化学吸收法 这是以弱碱性溶液为吸收溶剂，与天然气中的酸性气体(主要是H2S和C02反应形成化合物。当吸收了酸性气体的溶液(富液)温度升高、压力降低时，该化合物即分解放出酸性气体。 在化学吸收法中，各种烷醇胺法(简称醇胺法)应用最广，所使用的胺有一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等。胺法的突出优点是成本低、高反应率、良好的稳定性和易再生。一般对于H2S和CO2，胺吸收法更易吸收H2S，经净化后，H2S的浓度可降到5×10-5kg／m3。对于C02，当胺溶液的循环流量足够大时，浓度可降至2．5×10-5m3／m3。化学吸收法中另外还有碱性盐溶液法，如改良热钾碱法和氨基酸盐法。 化学吸收法用于酸性气体分压低的天然气脱硫，特别是C02含量高、H2S含量低的天然气，这样成本可以降低。其原因是化学吸收法的溶剂用量与天然气中酸性气体含量成正比，再生富液时所需的蒸汽耗量则与溶剂循环量成正比。 经典的一乙醇胺法有其致命的缺点，它对H2S和CO2的选择性低、与COS和CS2会发生不可逆反应、不易除去硫醇、蒸发损失大。当原料气中含有大量的COS和CS2时，要用二乙醇胺法净化。 经典醇胺法易起泡、腐蚀、在有机硫存在下会发生降解。鉴于上述缺陷，在20世纪60年代，研究开发了二甘醇胺法(DGA法)、二异丙醇胺法(ADIP法)、砜胺法等新醇胺法。 (2)物理吸收法 此法采用有机化合物作为吸收溶剂，吸收天然气中的酸性气体。物理吸收法的溶剂用量与原料气中的酸性气体含量无关。因此，如果天然气中的酸性气体分压高，最好采用物理吸收法。由于物理溶剂对天然