谈天然气脱硫脱碳方法探究进展

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1、谈天然气脱硫脱碳方法探究进展　　摘要：综述了甲基二乙醇胺（MDEA）法、砜胺法、LO-CAT法及CT8-5法等天然气脱硫脱碳方法的应用状况，对脱硫脱碳方法的适用范围、溶剂的变质过程、脱除效果进行了比较和分析，并展望了天然气脱硫脱碳方法未来的发展方向。通过对比分析得出，当原料气压力较高且硫含量高时，适宜采用LO-CAT法处理；若原料气中硫含量低时，应采用砜胺Ⅲ法；当原料气压力较低时，采用MDEA法和CT8-5法均适宜，但使用CT8-5法时溶剂更稳定，不易变质。若需要从原料气中选择性脱除H2S和有机硫、可适当保留CO2的工况，应选用砜胺Ⅲ法。关键词：天然气脱硫脱

2、碳天然气作为一种清洁燃料，其开发和利用已在全球受到普遍关注，本文依据天然气脱硫脱碳方法的应用现状和趋势，对几种常用天然气脱硫脱碳方法适用的原料气状况、溶剂的变质难易和最终的净化效果进行了分析比较。一、常用天然气脱硫脱碳方法1.MDEA法MDEA工艺在工业上应用的虽然较多，取得的效益也很大，但公开发表的数据并不多。2.砜胺法6目前国内外应用最广泛的化学-物理溶剂法是砜胺法，砜胺溶剂在较高的酸气分压下，对酸气仍有较好的吸收能力，从而降低了溶剂的循环量。3.LO-CAT法LO-CAT法由美国Wheelabrator清洁空气系统公司研发。4.CT8-5法CT8-5法

3、是四川天然气研究院开发的天然气净化工艺。CT8-5是一种新型选择性脱硫溶剂，该溶剂具有高选择性、低腐蚀性、低降解、节能等特点。二、溶剂变质过程的比较胺液的变质分为化学变质和热变质，变质过程与原料气组分、温度有关系。砜胺溶剂的再生温度较MDEA等胺性溶剂要高6～10℃，因此砜胺溶剂中醇胺变质速率将显著高于MDEA，而所生成的变质产物对脱硫体系的不利影响也更为严重。砜胺Ⅱ溶剂中的环丁砜是十分稳定的化合物，迄今为止还未有其在砜胺溶剂中产生变质反应的报道。LO-CAT法在运行过程中络合物的降解是导致溶剂变质的主要因素，防止络合剂的降解将很大程度上减少LO-CAT法的

4、操作费用。Dow公司提出在保持吸收器中m（Fe2+）∶m（Fe3+）大于5，或添加对甲苯磺酸的情况下，可使络合剂的降解量大幅度降低，基本解决了络合剂稳定性的问题。CT8-65溶剂抗污染能力强，在吸收过程中产生的降解物较少。由于CT8-5溶剂属于叔胺类化合物，吸收过程反应热低，不会与CO2，COS，CS2直接反应产生降解，生成噁唑烷酮等类降解物。因此CT8-5法不易发生溶剂变质，使用周期，综上所述，MDEA法的溶剂氧化降解过程较轻微，发生降解后可采用加碱减压蒸馏或离子交换法等除去热稳定盐。砜胺Ⅲ法的溶剂发生变质的可能性最大，且危害较严重。LO-CAT法可采用相

5、应措施防止络合物的降解。相比之下，CT8-5法的溶剂发生变质的可能性最小。三、对于天然气脱硫脱碳方法的选择可采用美国Parsons公司采用的加权法，即投资费用（20）、操作费用（30）、工艺可靠性（15）、工艺经验（15）、工艺复杂程度（10）和酸气质量（10），括弧内的数值为该项特性的加权因子，每一特性再分为10级。每一特性的级别值乘以加权因子则为该项特性得分，6种特性的累计得分则是该工艺性能的量化结果，得分高者为优。四、天然气脱硫脱碳方法的比较1.适用的原料气类型MDEA法、砜胺法及CT8-5法均为吸收法脱硫脱碳。因此，若要分析其适用性，应从其吸收机理入

6、手。MDEA法、砜胺Ⅲ法采用选择性脱硫溶剂，H2S和CO2在MDEA、砜胺Ⅲ溶剂中的化学吸收过程的总反应为：其中，反应（1）是瞬间反应，反应（2）6是慢反应。从动力学角度，在吸收过程中，当H2S分子从气相通过气-液界面进入液相时可与MDEA瞬间完成反应，因此，H2S的吸收速率仅受在气相中的传质速率限制（即只受气膜控制）；另一方面CO2不直接与MDEA反应，当CO2进入气-液界面时，需先溶解于水中，水解成H2CO3并经过离解后与MDEA反应，即CO2的吸收速率不仅受反应速率限制，而且还受在液膜中的扩散限制。因此，CO2的吸收速率与H2S相比较低。从化学平衡角度

7、以及式（1）和式（2）可以导出，在一定的溶剂组成下：式中，p*S和p*C分别为系统达到平衡时H2S和CO2在溶剂中的蒸气分压，kPa；KS和KC分别为由式（1）和式（2）通过转换得到的H2S和CO2的总包平衡常数，kPa-1；XS和XC分别为溶剂中H2S和CO2的负荷，这是平衡选择性的基本原理，该原理可用图1进行说明，图1中平衡曲线p*S和p*C的函数值分别取达到相平衡时与进料气分压pSF和pCF相等的数值，可获得的平衡选择性的大小与p*S和p*C曲线的形状，即A点和B点的相对位置有关，而A和B两点的相对位置与溶剂的组成及工况（pSF，pCF）有关。若吸收时

8、有足够的塔板数且溶剂有余，则进料气中的H2S和CO2