[发明专利]一种天然气脱硫工艺

说明书

技术领域

本发明涉及天然气和合成气的脱硫技术。

背景技术

天然气（合成气）净化的目的是脱除含硫天然气（合成气）中的H₂S、CO₂、水份及其它杂质（如有机硫等），使净化后的天然气气质符合管道输送天然气质量指标。为用户提供合乎标准的净化气。国家质量技术监督局颁布的天然气国家标准要求：一类气H₂S≤6 mg／m3，总硫≤100mg/m3；二类气H₂S≤20 mg／m3，总硫≤200 mg／m3；而且是强制性标准。另一方面国家环保局制定了大气污染物综合排放标准，对SO₂排放除限定其排放速率外，还对排放浓度作了严格的规定：新污染源SO₂≤960 mg／m3，现有污染源SO₂≤1200 mg／m3．这两个标准的实施，对分布广、气质复杂的我国气田，在天然气脱硫与硫磺回收尾气处理上均面临若干技术问题，并需投入大量资金来进行技术改造。另外，由于天然气气质的变化，部分净化厂的适应性问题也很突出，需逐一加以改造。由此可见，国内天然气脱硫面临着十分繁重的任务，需进一步加大研究力度，开发出新型集成式脱硫新技术。

    天然气净化工艺一般包括脱硫脱碳、脱水以及硫磺回收和尾气处理等几个环节。脱硫工艺按照脱硫剂的不同可以分为固体脱硫法和液体脱硫法两大类。固体脱硫法中，常用的脱硫剂包括氧化铁（海绵铁）、活性炭、分子筛等，由于它们对硫的吸附率较低，而再生和更换脱硫剂费用较高等问题，通常多用于H₂S含量较低、处理规模较小的场合。 液体脱硫法中，按溶剂的吸收和再生方式可分为物理吸收法、化学吸收法和氧化还原法三大类。

    物理吸收法是基于有机溶剂对天然气中酸性组分的物理吸收而将其脱除，该法的优点在于能够处理酸气分压较高的天然气，而且其溶剂不易变质，比热容低、腐蚀性小、能脱除有机硫化物，但物理吸收法所采用的脱硫剂价格较昂贵，成本较高。物理吸收法目前在工业上应用的有机溶剂主要有弗里尔(Flour)法用的碳酸丙烯酯、普里索(Purisol)法使用的N-甲基吡咯烷酮(NMP)、埃斯塔索文(Estasolven)法使用的磷酸三丁酯(TBP)以及塞勒克梭(Sclcxol)法使用的聚乙二醇二甲醚等4种。不过，当前在天然气脱硫中应用最广泛的物理溶剂是环丁砜，但通常不单独使用，而是与某些胺组成混合溶剂。

化学吸收法是以可逆反应为基础，以弱碱性溶剂为吸收剂的脱硫方法。化学吸收法中最具代表性的是碱性盐溶液法和醇胺法。前者在工业上常用的有本菲尔德(Benfield)法，卡塔卡勃(Cata-Carb)法和氨基酸盐(Alkazid)法等，主要用于脱除CO₂。醇胺法主要有MEA法、SNPADEA法、DEA法、DIPA法和MDEA法等，其中，MDEA由于具有选择性脱除H₂S性能，且具有腐蚀性小、再生能耗低等优点，在天然气净化中得到了普遍推广应用。    

 化学一物理溶剂法。这是一种将化学吸收剂与物理吸收剂联合应用的脱硫方法,目前以砜胺法最为常用。砜胺法脱硫是一种较新的脱硫方法,具有明显的优点,近年来在国内外引起了普遍的重视。其独到之处在于兼有物理溶剂法和胺法的优点,其溶剂特性来自环丁砜,而化学特性来自二异丙醇胺和水。在酸性气体分压高的条件下,物理吸收剂环丁砜容许很高的酸性气体负荷,而化学溶剂DIPA可使处理过的气体中残余酸气浓度减小到最低。所以环丁砜法明显超过常用的乙醇胺溶液的能力,特别在高压和酸性组分浓度高时处理气流是有效的。环丁砜脱硫法所用溶剂一般是由DIPA、环丁砜和水组成。实验表明,溶液中环丁砜浓度高,适于脱除有机硫（COS），反之,低的环丁砜浓度则使溶液适合于脱除硫化氢。

氧化还原法的基本原理是H₂S由含催化剂的碱性溶液吸收后，把被碱性溶液吸收的H₂S直接氧化生成硫，然后鼓入空气，使吸收剂再生，从而使脱硫和硫磺回收合为一体。该法的特点是可直接生成硫，不存在二次污染问题，但由于吸收剂的硫容量（即单位质量或体积吸收剂能够吸收的硫的质量）较低（一般在0.3g/L以下），溶液循环量大，故适用于原料气压力较低及处理量不大的场合。该法的种类很多，属于此法的主要有钒法(ADA-NaVO，法、栲胶-NaVO，法等)、铁法(Lo-Cat法、Sulferox法、EDTA络合铁法、FD及铁碱法等)，以及PDS等方法。