天然氣學術論文

　　天然氣作為一種優質、高效的清潔能源，在多個領域已獲得廣泛的應用，並且發展前景廣闊。下面是小編精心推薦的，希望你能有所感觸!

　　篇一

　　天然氣淨化綜述

　　[摘 要]介紹脫碳、脫汞、脫水工藝方法。

　　[關鍵詞]天然氣;淨化;工藝。

　　中圖分類號：TE645 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X***2014***18-0107-01

　　1 引言

　　天然氣進入液化前，需要脫除其中的酸性氣體CO2。酸性氣體CO2將導致裝置腐蝕，還將在液化的低溫部分形成固態的乾冰，堵塞裝置和管道，使生產無法進行，故設定酸性氣體脫除單元脫除原料氣中的CO2，使其達到液化的天然氣質量要求。原料氣還需要進行脫水脫汞處理，使水含量小於1ppm，汞含量小於0.01μg/m3。目的是可防止天然氣中的水分析出，在液化時結冰，使管道和儀表閥門出現冰堵，發生事故;因液態水的存在，未脫除的酸性組份會對壓力管道和容器造成腐蝕。若汞含量超標將會嚴重腐蝕鋁製裝置，降低裝置使用壽命，且將造成環境汙染以及檢修過程中對人員的危害。

　　2 脫碳工藝方法介紹

　　a***脫碳工藝方法

　　脫碳工藝方法分為幹法脫碳和溼法脫碳兩大類。

　　1***幹法脫碳

　　主要有固體吸附和膜分離法。固體吸附CO2與分子篩脫水類似，天然氣中的CO2被吸附在多孔狀固體上***如分子篩***，然後通過加熱使CO2脫除出來。該方法工藝流程較簡單，而且可以與脫水分子篩佈置在同一個塔中，從而達到減少單元數量、簡化流程的目的。但受固體吸附劑吸附容量較小的限制，比較適合含硫，特別是有機硫的原料。

　　膜分離是將天然氣通過某種高分子聚合物薄膜，在高壓條件下，薄膜對天然氣中不同組份的溶解擴散性的差異，形成了不同組份滲透通過膜的速率不同，從而選擇性將CO2與其它組份進行分離。該方法投資較高，更適合CO2濃度較高的天然氣脫碳工藝。

　　2***溼法脫碳

　　分為物理吸收法和化學吸收法。物理吸收法是基於有機溶劑如碳酸丙烯脂、聚乙二醇二甲醚和甲醇等作為吸收劑，利用CO2在這些溶劑中的溶解度隨著壓力變化的原理來吸收CO2。其特點是在高壓及低溫的條件下吸收，吸收容量大，吸收劑用量少，且吸收效率隨著壓力的增加或溫度的降低而增加。而在吸收飽和後，採用降壓或常溫汽提的方式將CO2分離使吸收劑再生。

　　化學吸收法是以可逆的化學反應為基礎，以鹼性溶劑為吸收劑的脫碳方法。溶劑與原料氣中的CO2反應生成某種化合物，然後在升高溫度、降低壓力的條件下，該化合物又能分解並釋放CO2，解析再生後的溶液迴圈使用。化學吸收主要有碳酸鉀吸收法、醇胺吸收法和氫氧化鈉吸收法等。

　　b***工藝路線比選

　　目前在天然氣脫碳工業上主要運用以下工藝。

　　1***膜分離工藝

　　膜分離的基本原理就是利用各氣體組份在高分子聚合物中的溶解擴散速率不同，因而在膜兩側分壓差的作用下導致其滲透通過纖維膜壁的速率不同將不同氣體分離。推動力***膜兩側相應組份的分壓差***、膜面積及膜的分離選擇性，構成了膜分離的三要素。依照氣體滲透通過膜的速率快慢，可把氣體分成滲透係數較大的“快氣”和滲透係數相對較小的“慢氣”。常見氣體中，H2O、H2、He、H2S、CO2等稱為“快氣”;而稱為“慢氣”的則有CH4及其它烴類、N2、CO、Ar等。膜分離器內配置數萬根細小的中空纖維絲，中空纖維絲的優點就是能夠在最小的體積中提供最大的分離面積，使得分離系統緊湊高效，同時可以在很薄的纖維壁支撐下，承受較大的壓力差。天然氣進入膜分離器殼程後，沿纖維外側流動，維持纖維內外兩側一適當的壓力差，則氣體在分壓差的驅動下“快氣”***H2O、CO2***選擇性地優先透過纖維膜壁在管內低壓側富集匯出膜分離系統，滲透速率較慢的氣體***烴類***則被滯留在非滲透氣側，以幾乎跟原料氣相同的壓力送出界區。

　　2***活化MDEA***甲基二乙醇胺***工藝

　　活化MDEA工藝於20世紀60年代開發，第一套活化MDEA工業裝置於1971年在德國巴斯夫的一座工廠中被投入生產應用。活化MDEA法採用45～50%的MDEA水溶液，並新增適量的活化劑以提高CO2的吸收速率。MDEA不易降解，具有較強的抗化學和熱降解能力、腐蝕性小、蒸汽壓低、溶液迴圈率低，並且烴溶解能力小，是目前應用最廣泛的氣體淨化處理溶劑。該工藝應用範圍廣泛，可以用來從合成氨廠的合成氣中去除CO2，也可淨化合成氣、天然氣，及高爐氣等專用氣體。目前活化MDEA工藝已成功運用於全世界超過250個氣體淨化工廠中，其中包括80個天然氣處理廠。且該工藝可應用到現有工廠的技術改造上，近年來，國外的大型化肥裝置已有采用活化MDEA水溶液改造熱鉀鹼脫CO2的趨勢。

　　3***Selexol工藝

　　Selexol工藝是美國Allied化學公司***現歸屬Norton公司***在20世紀60年代研發成功。該工藝所使用的吸收劑***聚乙二醇二甲醚混合物***具有極低的蒸汽壓、無腐蝕性耐熱降解和化學降解等特點，適用於合成氣和天然氣的淨化處理。目前全球採用Selexol工藝裝置的數量超過55套，但Selexol工藝存在很多問題，如聚乙二醇二甲醚混合物的溶液粘度較大，增加了傳質阻力，不利於吸收過程，同時聚乙二醇二甲醚混合物溶解和夾帶天然氣中的少量烴類物質等。

　　4***冷甲醇工藝

　　冷甲醇工藝是由德國Linde AG公司和Lurgi公司於20世紀50年代聯合開發的氣體淨化工藝。該工藝採用甲醇作為溶劑，依據甲醇溶劑對不同氣體溶解度的顯著差別來脫除H2S、CO2和有機硫等雜質。由於所使用的甲醇因蒸氣壓較高，需在低溫下***-55℃～-35℃***操作。該工藝目前多用於渣油或煤部分氧化制合成氣的脫硫和脫碳，而在其它專案單獨用於脫除CO2的工業應用例項很少。

　　5***低溫分離工藝

　　低溫分離工藝是利用原料氣中各組份相對揮發度的差異，通過冷凍製冷，在低溫下將氣體中組份按工藝要求冷凝下來，然後用蒸餾法將其中各類物質依照沸點的不同逐一加以分離。該方法應用較多的工藝主要是美國的Rayn-Holmes工藝，目前全世界工業裝置超過8套。該方法適用於天然氣中CO2含量較高，以及在CO2含量和流量出現較大波動的情形。但工藝裝置投資費用較大，能耗較高。

　　3 脫水脫汞工藝介紹

　　a***概述

　　天然氣的脫水方法主要有三種：冷卻法、甘醇吸收法及固體***如矽膠、活性氧化鋁、分子篩等***吸附法。

　　1***冷卻脫水時利用當壓力不變時，天然氣的含水量隨溫度降低而減少的原理實現天然氣脫水。此法只適用於大量水分的粗分離。若冷卻脫水過程達不到作為液化廠原料氣中對水露點的要求，則還應採用其它方法對天然氣進行進一步的脫水。

　　2***吸收脫水是用吸溼性液體***或活性固體***吸收的方法脫除天然氣中的水蒸氣。用作脫水吸收劑的物質應具有以下特點：對天然氣有很強的脫水能力，熱穩定性好，脫水時不發生化學反應，容易再生，粘度小，對天然氣和液烴的溶解度較低，起泡和乳化傾向小，對裝置無腐蝕性，同時價格低廉，容易得到。實踐證明二甘醇及其相鄰的同系物三甘醇是常用的醇類脫水吸收劑。***1***甘醇胺溶液：優點：可同時脫除水、CO2和H2S，甘醇能降低醇胺溶液起泡傾向。缺點：攜帶損失量較三甘醇大，需要較高的再生溫度，易產生嚴重腐蝕，露點小於甘醇脫水裝置，僅限於酸性天然氣脫水。***2***二甘醇水溶液：優點：濃溶液不會凝固，天然氣中有硫、氧和CO2存在時，在一般操作溫度下溶液效能穩定，高的吸溼性。缺點：攜帶損失比三甘醇大，露點降小於三甘醇溶液，投資高。***3***三甘醇水溶液：優點：濃溶液不會凝固，容易再生，攜帶損失量小，露點降大。缺點：投資高，當有輕質烴液體存在時會有一定程度的起泡傾向，執行可靠。

　　甘醇法適用於大型天然氣液化裝置中脫除原料氣所含的大部分水分。

　　4 結語

　　通過以上對天然氣淨化工藝的綜合介紹及對比，旨在為今後液化天然氣裝置技術選用提供借鑑和設計參考。

　　參考文獻

　　[1] 徐文淵、蔣長安等，天然氣利用手冊，中國石化出版社，2001.

　　[2] 顧安忠，液化天然氣技術，機械工業出版社，2003.

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