天然气净化

天然气净化综述　

于海　

（中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院１３２００２）　

［摘要］介绍脱碳、脱汞、脱水工艺方法。　［关键词］天然气；净化。工艺。　中图分类号：ＴＥ６４５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）１８—０１０７—０１　

１引言　天然气进入液化前，需要脱除其中的酸性气体∞，。酸性气体ｃＯ，将导致设　

备腐蚀，还将在液化的低温部分形成固态的干冰，堵塞设备和管道，使生产无法　

进行，故设置酸性气体脱除单元脱除原料气中的ｃＯ，，使其达到液化的天然气　

质量要求。原料气还需要进行脱水脱汞处理，使水含量小于ｌｐｐｍ，汞含量小于　

０．Ｏｌ　ｇ／ｍ３。目的是可防止天然气中的水分析出，在液化时结冰，使管道和仪　表阀门出现冰堵，发生事故，因液态水的存在，未脱除的酸性组份会对压力管道　

和容器造成腐蚀。若汞含量超标将会严重腐蚀铝制设备，降低设备使用寿命，且　

将造成环境污染以及检修过程中对人员的危害。　

２脱碳工艺方法介绍　

ａ）脱碳工艺方法　

脱碳工艺方法分为干法脱碳和湿法脱碳两大类。　

１）干法脱碳　主要有固体吸附和膜分离法。固体吸附ＣＯ，与分子筛脱水类似，天然气中　的ｃｏ，被吸附在多孔状固体上（如分子筛），然后通过加热使ＣＯ）ｌ￣除出来。该方　

法工艺流程较简单，而且可以与脱水分子筛布置在同一个塔中，从而达到减少　

单元数量、简化流程的目的。但受固体吸附剂吸附容量较小的限制，比较适合含　

硫，特别是有机硫的原料。　膜分离是将天然气通过某种高分子聚合物薄膜，在高压条件下，薄膜对天　然气中不同组份的溶解扩散性的差异，形成了不同组份渗透通过膜的速率不　

同，从而选择一￣ｇｃＣＯ：与其它组份进行分离。该方法投资较高，更适合ｃＯ，浓度　

较高的天然气脱碳工艺　

２）湿法脱碳　分为物理吸收法和化学吸收法　物理吸收法是基于有机溶剂如碳酸丙烯　

脂、聚乙二醇二甲醚和甲醇等作为吸收剂，利用ｃＯ，在这些溶剂中的溶解度随　

着压力变化的原理来吸收ｃＯ，。其特点是在高压及低温的条件下吸收，吸收容　量大，吸收剂用量少，且吸收效率随着压力的增加或温度的降低而增加。而在吸　

第ｌ２期　王兰芝等：天然气净化技术研究进展　

天然气净化技术研究进展　

壬兰芝，李桂明，杨红健，侯凯湖　（河北工业大学化工学院。天津３００１３０）　

摘要：评述了天然气净化使用的几种主要方法如醇胺法、膜处理法等。指出备方法的优势覆目前存在的问题，提　出了今后天然气净化工艺发展的一些建议。认为应在成熟的天然气脱硫方法的基础上进一步改进，实现同时脱　硫、脱碳。指出膜分离过程与常规分离过程的组合是今后天然气净化技术的一个新动向。　．　关键词：天然气；净化；脱硫；脱碳　．　中圈分类号：ＴＥ６４４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—３４６７（２００６）１２—００１１．０３　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ　Ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ＷＡＮＧ　Ｌａｎ—ｚｌｌｉ，ＬＩ　Ｇｕｉ—ｍｉｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｈｏｎｇ－ｊｉａｎ，ＨＯＵ　Ｋａｉ—ｈｕ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｎｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００１３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｍｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｐｕｆｉ￣ｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ａｑｕｅｏｕｓ　ａｌｋａｎ．ｏｌａｍｉｎｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｍｅｍ－　ｂｒａｎｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｔｃ．ａｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｅｘｉｓｔｅｎｔ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ａｒｅ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ．Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｑｕｅｏｕｓ　ａｌｋａｎｏｌａｍｉｎｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｒｅｍｏｖｉｎｇ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｓｕｌｆｉｄｅ　ａｎｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｐａｉｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｑｕｅｏｕｓ　ａｌｋａｎｏｌａｍｉｎｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ；ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｅａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ　天然气作为一种绿色洁净能源，其开发和利用　两种酸气之间没有选择性…。ＭＥＡ与其他醇胺相　越来越受到人们的重视，各国对天然气质量都有相　比碱性较强，与酸气反应较为迅速，单位体积（质　应的净化标准。发展天然气工业，必须研究发展天　量）ＭＥＡ具有最大的酸气负荷，脱除一定量的酸气　然气净化工艺，解决天然气的输运储备和无害利用　需要循环的溶液较少　；但溶剂挥发损失大。ＭＥＡ　问题。天然气净化主要包括天然气脱硫技术和天然　水溶液的缺点是容易发泡及降解变质。另外，ＭＥＡ　气脱碳技术。　的再生温度较高（约１２５℃），导致再生系统腐蚀严　１天然气脱硫技术　天然气脱硫方法可分为于法和湿法两大类。干　法脱硫效率较高，脱硫剂　般不能再生，适用于低含　硫气处理，在目前工业上应用较少。湿法脱硫按溶　液的吸收和再生方法又分为化学吸收法和氧化还原　法三种类型。湿法脱硫处理量大，操作连续，适用于　天然气处理量大、硫化氢含量高的场合。本文仅对　天然气湿法脱硫的一些主要方法作一介绍。　１．１一乙醇胺法　一乙醇胺（ＭＥＡ）法的特点是化学反应活性好，　ＭＥＡ既可以脱除Ｈ：Ｓ叉可以脱除ＣＯ：，一般认为在　重，在高酸气负荷下更甚　，故ＭＥＡ溶液浓度（质　量分数）一般采用１５％一２０％，酸气负荷仅为０．３—　０．４。　１．２　Ｎ一甲基二乙醇胺法　Ｎ一甲基二乙醇胺（ＭＤＥＡ）脱硫法从２０世纪　８Ｏ年代后期开始广泛应用于气体净化…。ＭＤＥＡ　在原料气中ＣＯ：／Ｈ２Ｓ比较高的情况下，能选择性地　脱除Ｈ：ｓ，而将相当大量的ＣＯ：保留在净化气中，节　能效果明显。其化学稳定性好，溶剂不易降解变　质ｕ２　；且溶液的发泡倾向和腐蚀性也均优于其他醇　胺溶液；在处理酸性气体时，气体气相损失小，对　装置腐蚀较轻微Ｈ］。鉴于ＭＤＥＡ的特性，其水溶液　

1 天然气净化

概述

一、天然气中的主要杂质及危害

从地层中开采出来的天然气往往含有砂和混入的铁锈等固体杂质，以及水、水蒸气、硫化物和二氧化碳等有害物质。

砂、铁锈等尘粒随气流运动，磨损压缩机、管道和仪表的部件，甚至造成破坏。有时还会积聚在某些部位，影响输气的正常进行。

水积聚在管道低洼处，减少管道输气截面，增加输气阻力。水又能在管壁内壁上形成一层水膜，遇酸性气体（H2S,CO2等）形成酸性水溶液，对管内壁腐蚀极为严重，是造成输气管道破坏的重要原因之一。水在一定温度和压力条件下还能和天然气中的某些组分生成冰雪状水合物（CH4·nH2O等），造成管路冰堵。

天然气中的硫化物分为无机的和有机的两种。无机的主要是硫化氢，有机的主要是二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）等。硫化氢及其燃烧产物二氧化硫（SO2）都具有强烈刺鼻气味，对眼黏膜和呼吸道又破坏作用。空气中硫化氢含量大于910mg/m3(体积分数约0.06%)时，人呼吸1h就会严重中毒。当空气中含有0.05%（体积分数）二氧化硫时，人呼吸短时间就会有生命危险。硫化氢和二氧化碳还是一种腐蚀剂，尤其在有水存在时更是如此。含有硫化物的天然气作为化工原料很容易使催化剂中毒，生产无法进行，生产的产品质量也不好。另一方面，天然气中硫化氢又是制造硫、硫酸、化肥的重要原料，不应让它混在天然气中白白浪费掉。

CO2遇水生成碳酸，除腐蚀管壁外，还影响天然气热值。

因此，天然气进入输气干管之前必须净化，除去尘粒、凝析液、水及其他有害组分。

二、气质标准

天然气净化的指标和要求目前尚无统一规定 ，各国也不尽相同。

商品天然气以管道送往用户，因用户对气质的要求不同，天然气的质量指标也有区别。我国颁布的国家标准《天然气》（GB17820－1999）对天然气的质量要求如下：

高发热值： MJ/m3 A组 >31.4

B组14.65~31.4

２０１４年第１４卷第５期　气体净化　・１９・　

液化天然气工厂天然气净化工艺的选择　

陈文杰　

（东华工程科技股份有限公司上海分公司，上海２００２３３）　

摘要：介绍了天然气中水分、硫化氢、二氧化碳、重烃、汞及氮气等杂质对ＬＮＧ工厂液化的影响，以　及天然气的净化工艺。根据某公司液化天然气工厂天然气来源变化，说明天然气的组成对天然气净化　工艺选择的影响。　关键词：液化天然气净化工艺选择天然气组成　

液化天然气（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ，英文缩写　ＬＮＧ）主要成分为甲烷，由气态的天然气在常压下冷　

却至一１６２℃凝结成液体而得。天然气液化后可以　大大节约储运空间，而且具有热值大、性能高等　

特点。　某公司２００８年开始建设３００　０００　ｍ　／ｄ　ＬＮＧ调　

峰装置，２０１０年投入运行。该装置采用ＢＶ（Ｂｌａｃｋ　＆Ｖｅａｔｅｈ）公司的工艺技术，天然气来自中石油涩　

宁兰输气管线，装置建成后运行稳定。２０１２年，随　

着西气东输管网的发展，天然气的来源由单纯的　涩宁兰变为西气东输合并气，其组分也发生较大　

的变化，装置运行困难，结晶堵塞情况严重。经过　

净化系统的改造后，装置恢复正常运行。本文就　天然气组分对天然气净化工艺选择的影响进行　

探讨。　１天然气杂质对液化的影响　

天然气的净化是指脱除天然气中的硫化氢、　

水、二氧化碳、重烃和汞等杂质，以免这些杂质腐蚀　设备及在低温下冻结而堵塞设备和管道　１］。　

１．１　水分　天然气从地层中开采出来后会含有水分，液化　

装置中的水在低于零度时会结冰或霜，同时水还会　和天然气形成天然气水合物。天然气水合物是半　稳定的固态化合物，可以在零度以上形成。这些物　

质可以冻结换热器表面和节流阀的工作部分，影响　换热甚至堵塞管道。　

１．２硫化氢　硫化氢是一种酸』生气体，对金属具有腐蚀性。　

１．３二氧化碳　二氧化碳也是酸性气体。二氧化碳在低温下　

会结晶，在０．１　ＭＰａ下，升华点为一７８．５℃，比液化　天然气高，因此会在换热器表面结晶，影响液化。　１．４　重烃　天然气中主要成分为甲烷，通常还含有一些其