天然气脱硫工艺介绍

1、天然气脱硫工艺介绍（1）工程中常用的天然气脱硫方法天然气脱硫的方法有很多种，习惯上把采用溶液或溶剂做脱硫剂的脱硫方法称为湿法脱硫，采用固体做脱硫剂的脱硫方法称为干法脱硫。一般的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）和直接转化法（如矾法、铁法）。常见的干法脱硫有膜分离法、分子筛法、不可再生固定床吸附法和低温分离法等。（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、运行操作要求等都是天然气脱硫工艺的选择依据。目前，根据国内外工业实践的经验，天然气脱硫脱碳工艺的选择原则可参考以下内容。原料

2、气中含硫量高，处理量大，硫碳比高需要选择性吸收H2S同时脱除相当量的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。原料气中含有超量的有机硫化物需要脱除，宜选用砜胺法。此外，H2S分压高的原料气选用砜胺法时能耗远低于醇胺法。 H2S含量较低的原料气中，潜硫量在0.2t/d5t/d时可考虑直接转化法，潜硫量低于0.2t/d的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，最终确定天然气的脱硫脱碳方法。图1 和图2 分别表示了原料气中酸气分压和出口气质量指标对脱硫方案选择的影响。图1 脱硫方案选择与酸气分压的关

3、系图2 脱硫方案选择与进、出口气质量指标的关系（3）低含硫量天然气脱硫方案某项目天然气组分和参数如下：表1 原料气组分表序号名称组分备注1N20.001222CO20.01213H2S0.00014C10.7223634775C20.142121256C30.06867i-C40.01268n-C40.0239i-C50.0064310n-C50.0052311C60.0020512C70.0010813C8+0.00094527314H2O0.0021615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psig1250125012502操作温度961101103气源流

4、量MMSCFD105.19.54气源密度(操作条件)lb/ft36.956.5886.7375出口气含硫量ppmv不大于4由表可知，本工程的特点是含硫量低，处理量不大，出口气要求较严格。可用的几种脱硫工艺方案如下：干法脱硫固定床吸附法氧化铁固体脱硫是典型的干法脱硫工艺，处理原料气中的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，除去固体杂质和游离水后，进入脱硫装置固体脱硫塔进行吸附脱除气体中含有的H2S，其余塔进行更换脱硫剂工作。脱硫后的净化气经过滤分离，除去化学反应产生的水和气流带出的脱硫剂杂质后输出。氧化铁固体脱硫工艺所需要的主要设备见表3，常见脱硫装置见

5、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数量1过滤分离器台12脱硫塔座23粉尘过滤器台1图4 氧化铁固体脱硫装置湿法脱硫醇胺法醇胺法是典型的湿法脱硫工艺，也是目前最常用的天然气脱硫脱碳的方法。醇胺法以可逆反应为基础，弱碱性溶剂为吸收剂，最常用的脱硫剂有MDEA、DEA和MEA及它们的混合溶剂。本方案可选用目前国际广泛采用的醇胺甲基二乙醇胺（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和携带的固体杂质后进入吸收塔的底部与醇胺溶液接触，脱除酸性组分。饱和的湿净化气经分离脱水后进入NGL回收单元或LNG生产装置，或

6、作为商品气或管输。吸收塔底部流出的富液进入脱硫剂再生循环单元，脱除溶液中的酸性气体，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。从富液中汽提出来的酸性组分在与冷凝后的水分离之后，根据其组成和流量，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12再生塔座13粉尘过滤器台14重沸器台15富液闪蒸罐座16贫富液换热器台17溶液冷却器台18酸气冷却器台19入口过滤分离器台110净化气分离器台111酸气分离器台112贫液缓冲罐座113溶液循环泵台214贫液泵

7、台215贫液提升泵台216回流泵台217MDEA补充泵台2图6 醇胺法脱硫装置湿法脱硫Shell-Paques（谢尔-帕克）工艺谢尔-帕克工艺是采用生物技术脱硫的湿法脱硫工艺，操作弹性可从H2S浓度50ppmv到100vol.%，处理后的天然气H2S含量可达到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。吸收后的富液进入闪蒸罐，闪蒸后的气体进入火炬系统，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的HS¯转化为硫磺，达到吸收液再生的目的。再生后的溶液循环使用，硫磺回收。图7Shell-Paques工艺流程简图生物脱硫工

8、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12生物反应器台13鼓风机台14闪蒸罐座15再生液分离器台16再生液循环泵台27脱硫剂循环泵台28入口过滤分离器台19净化气分离器台110营养液缓冲罐座111营养液加注泵台2湿法脱硫LO-CAT工艺LO-CAT工艺属于湿法脱硫中的液相氧化还原脱硫工艺。包含酸气吸收和硫磺回收两个单元。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

9、质硫；再生塔中Fe2+被空气中的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，维持系统的浓度和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12再生塔座13鼓风机台14缓冲罐座15单质硫过滤器台16净化气分离器台17入口过滤分离器台18循环泵台29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。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法优点工艺简单、操作简便易于维护，无需专人职守对配套设施和公用工程依赖性小适用压力范围宽费用投资低工艺成熟可靠、流程灵活多变处理量大，可进行大规模脱硫脱碳处理可对酸性组分选择行吸收脱硫剂循环利用操作、运行安全，环境污染小气源适用范围广能耗较低适用性强，能允许较大的酸气量的波动净化效率高，操作条件叫温和操作流程较简单缺点硫容量低费脱硫剂较难处理，规模大时更换费用较高流程复杂，设备繁多运行操作复杂建设成本高需依托完善的辅助、公用工程应用不够广泛，尚未形成稳定、成熟的规模过程控制困难，条件要求苛刻建设运行投资较高处理量小，只能选择性吸收H2S单种组分能耗高投资费用较高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