天然气酸性气体的脱除.doc

天然气酸性气体的脱除第一节 概述 在天然气中含有的硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）和有机硫化合物，统称为酸性气体。在天然气中的有机硫化合物主要有二硫化碳（CS2）、羰基硫（COS）、硫醇（RSH）、硫醚（RSR`）及二硫醚（RSSR`）等。天然气中酸性气体的存在，具有相当大的危害。硫化氢是一种具有臭鸡蛋的刺激性恶臭味的无色气体，有毒，它可以麻痹人的中枢神经系统，经常与硫化氢接触能引起慢性中毒；硫化氢具有强烈的还原性，易受热分解，在有氧存在时易腐蚀金属；易被吸附于催化剂的活性中心使催化剂“中毒”；在有水存在时能形成氢硫酸对金属有较强的腐蚀；H2S还会产生氢脆腐蚀。二氧化碳在有水存在时，会对金属形成较强的腐蚀；同时CO2含量过高，会降低天然气的热值。有机硫大多无色有毒，低级有机硫比空气轻，易挥发。有机硫中毒能引起恶心、呕吐、血压下降，甚至心脏衰竭、呼吸麻痹而死亡。因此，在化工生产中对酸气性组分是有严格要求的，必须严格控制天然气中酸性组分的含量。从天然气中脱除酸性组分的工艺过程称为脱硫、脱碳，习惯上统称为天然气脱硫。 第二节 天然气酸性组分脱除的方法 天然气酸性组分的脱除，其目的是按不同用途把天然气中的酸性气体脱除到要求的范围内。目前，国内外报道过的脱硫方法有近百种（1）。就其过程的物态特征而言，可分为干法和湿法两大类；在习惯上将采用溶液或溶剂作脱硫剂的方法统称为湿法，将采用固体作脱硫剂的脱硫方法统称为干法。就其作用机理而言，可分为化学溶剂吸收法、物理溶剂吸收法、物理—化学吸收法、直接氧化法、固体吸收/吸附法及膜分离法等。一、化学溶剂吸收法化学溶剂吸收法又称化学吸收法，是以可逆化学反应为基础，以碱性溶液为吸收溶剂（化学溶剂），在低温高压下，溶剂与原料气中的酸性组分（主要是H2S和CO2）反应生成某种化合物，在升高温度、降低压力的条件下该化合物又能分解放出酸气并使溶剂得以再生。这类方法中最具有代表性是醇胺法和碱性盐溶液法。醇胺法是一种较为成熟的方法，在上世纪三十年代已开始工业生产，常用化学吸收剂有：单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。碱性盐溶液法主要有改良热钾碱法（Catacarb法、Benfield法）、氨基酸盐法（Alkacid）等（1）。醇胺类化合物分子中至少含有一个羟基和一个胺基。羟基的作用是降低化合物的蒸汽压，并增加在水中的溶解度；而胺基则使溶液呈碱性，促进溶液对酸性组分的吸收。醇胺根据其氮原子上所连接的有机机团的数目可分为伯胺（如MEA）、仲胺（如DEA）、叔胺（如MDEA）三类，它们与H2S、CO2的反应如表4-1所示： 表4-1 醇胺吸收H2S和CO2的主要反应 醇胺类别 H2S CO2 伯胺 RNH2+H2SD(RNH3)2S(RNH3)2S+H2SD2RNH3HS 2RNH2+CO2DRNHCOONH3R2RNH2+H2O+CO2D(RNH3)2CO3(RNH3)2CO3+H2O+CO2D2RNH3HCO3 仲胺 2R2NH+H2SD(R2NH2)2S(R2NH2)2S+H2SD2R2NH2HS 2RH2+CO2DRNHCOONH3R2RNH2+H2O+CO2D(RNH3)2CO3(RNH3)2CO3+H2O+CO2D2RNH3HCO3 叔胺 2R3N+H2SD (R3NH)2S(R3NH)2S+H2SD2R3NHHS 2R3N+H2O+CO2D(R3NH)2CO3(R3NH)2CO3+H2O+CO2D2R3NHHCO3 从上表中可以看出，醇胺和H2S和CO2的主要反应均为可逆放热反应。因此，在吸收塔内，酸性组分压力较高，且温度较低时，反应平衡向右移动，原料气中的酸性组分被脱除；在再生塔内，酸性组分压力较低，且温度较高时，反应平衡向左移动，溶液释放出酸性组分，实现溶液再生。一般说来，醇胺法脱除酸性组分的流程基本形式是相同的，如图4-1所示。只是根据不同的实际情况会进行适当的调整。在整个脱除过程中，原料气由下而上与溶液逆流接触通过吸收塔。从吸收塔流出的富含酸性组分的富液首先在闪蒸塔内闪蒸至中压，除去溶液中溶解的烃类，然后通过贫富液换热器将贫液中的热量回收后进入再生塔进行再生，再生合格的贫液通过贫富液换热器和贫液冷却器将贫液温度降下来后，再通过循环泵加压后进入吸收塔完成循环。再生出来的酸性组分经过冷却将水分分离出来后，进入硫磺回收系统，水分则回到再生塔顶部，以保持溶液中水组分的平衡和降低溶剂的蒸发损失。溶液中闪蒸出来的烃类进入燃料气系统。 图4-1醇胺法脱硫的典型工艺流程 二、物理溶剂吸收法物理溶剂吸收法又叫物理吸收法，主要是利用有机化合物对天然气中的酸性组分进行物理吸收而将它们从原料气脱除。物理吸收法遵循享利定律：