天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效的清潔能源，在多個領(lǐng)域已獲得廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)展前景廣闊。下面是小編精心推薦的天然氣學(xué)術(shù)論文，希望你能有所感觸!

　　天然氣學(xué)術(shù)論文篇一

　　天然氣凈化綜述

　　[摘 要]介紹脫碳、脫汞、脫水工藝方法。

　　[關(guān)鍵詞]天然氣;凈化;工藝。

　　中圖分類號：TE645 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X(2014)18-0107-01

　　1 引言

　　天然氣進(jìn)入液化前，需要脫除其中的酸性氣體CO2。酸性氣體CO2將導(dǎo)致設(shè)備腐蝕，還將在液化的低溫部分形成固態(tài)的干冰，堵塞設(shè)備和管道，使生產(chǎn)無法進(jìn)行，故設(shè)置酸性氣體脫除單元脫除原料氣中的CO2，使其達(dá)到液化的天然氣質(zhì)量要求。原料氣還需要進(jìn)行脫水脫汞處理，使水含量小于1ppm，汞含量小于0.01μg/m3。目的是可防止天然氣中的水分析出，在液化時結(jié)冰，使管道和儀表閥門出現(xiàn)冰堵，發(fā)生事故;因液態(tài)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(biāo)將會嚴(yán)重腐蝕鋁制設(shè)備，降低設(shè)備使用壽命，且將造成環(huán)境污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

　　脫碳工藝方法分為干法脫碳和濕法脫碳兩大類。

　　1)干法脫碳

　　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)，然后通過加熱使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布置在同一個塔中，從而達(dá)到減少單元數(shù)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(jìn)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)濕法脫碳

　　分為物理吸收法和化學(xué)吸收法。物理吸收法是基于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。而在吸收飽和后，采用降壓或常溫汽提的方式將CO2分離使吸收劑再生。

　　化學(xué)吸收法是以可逆的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，以堿性溶劑為吸收劑的脫碳方法。溶劑與原料氣中的CO2反應(yīng)生成某種化合物，然后在升高溫度、降低壓力的條件下，該化合物又能分解并釋放CO2，解析再生后的溶液循環(huán)使用?；瘜W(xué)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(yè)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(cè)分壓差的作用下導(dǎo)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(cè)相應(yīng)組份的分壓差)、膜面積及膜的分離選擇性，構(gòu)成了膜分離的三要素。依照氣體滲透通過膜的速率快慢，可把氣體分成滲透系數(shù)較大的“快氣”和滲透系數(shù)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(nèi)配置數(shù)萬根細(xì)小的中空纖維絲，中空纖維絲的優(yōu)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(tǒng)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(jìn)入膜分離器殼程后，沿纖維外側(cè)流動，維持纖維內(nèi)外兩側(cè)一適當(dāng)?shù)膲毫Σ睿瑒t氣體在分壓差的驅(qū)動下“快氣”(H2O、CO2)選擇性地優(yōu)先透過纖維膜壁在管內(nèi)低壓側(cè)富集導(dǎo)出膜分離系統(tǒng)，滲透速率較慢的氣體(烴類)則被滯留在非滲透氣側(cè)，以幾乎跟原料氣相同的壓力送出界區(qū)。

　　2)活化MDEA(甲基二乙醇胺)工藝

　　活化MDEA工藝于20世紀(jì)60年代開發(fā)，第一套活化MDEA工業(yè)裝置于1971年在德國巴斯夫的一座工廠中被投入生產(chǎn)應(yīng)用?；罨疢DEA法采用45～50%的MDEA水溶液，并添加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(xué)和熱降解能力、腐蝕性小、蒸汽壓低、溶液循環(huán)率低，并且烴溶解能力小，是目前應(yīng)用最廣泛的氣體凈化處理溶劑。該工藝應(yīng)用范圍廣泛，可以用來從合成氨廠的合成氣中去除CO2，也可凈化合成氣、天然氣，及高爐氣等專用氣體。目前活化MDEA工藝已成功運用于全世界超過250個氣體凈化工廠中，其中包括80個天然氣處理廠。且該工藝可應(yīng)用到現(xiàn)有工廠的技術(shù)改造上，近年來，國外的大型化肥裝置已有采用活化MDEA水溶液改造熱鉀堿脫CO2的趨勢。

　　3)Selexol工藝

　　Selexol工藝是美國Allied化學(xué)公司(現(xiàn)歸屬Norton公司)在20世紀(jì)60年代研發(fā)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(xué)降解等特點，適用于合成氣和天然氣的凈化處理。目前全球采用Selexol工藝裝置的數(shù)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(zhì)阻力，不利于吸收過程，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(zhì)等。

　　4)冷甲醇工藝

　　冷甲醇工藝是由德國Linde AG公司和Lurgi公司于20世紀(jì)50年代聯(lián)合開發(fā)的氣體凈化工藝。該工藝采用甲醇作為溶劑，依據(jù)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(zhì)。由于所使用的甲醇因蒸氣壓較高，需在低溫下(-55℃～-35℃)操作。該工藝目前多用于渣油或煤部分氧化制合成氣的脫硫和脫碳，而在其它項目單獨用于脫除CO2的工業(yè)應(yīng)用實例很少。

　　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(fā)度的差異，通過冷凍制冷，在低溫下將氣體中組份按工藝要求冷凝下來，然后用蒸餾法將其中各類物質(zhì)依照沸點的不同逐一加以分離。該方法應(yīng)用較多的工藝主要是美國的Rayn-Holmes工藝，目前全世界工業(yè)裝置超過8套。該方法適用于天然氣中CO2含量較高，以及在CO2含量和流量出現(xiàn)較大波動的情形。但工藝設(shè)備投資費用較大，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(如硅膠、活性氧化鋁、分子篩等)吸附法。

　　1)冷卻脫水時利用當(dāng)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(xiàn)天然氣脫水。此法只適用于大量水分的粗分離。若冷卻脫水過程達(dá)不到作為液化廠原料氣中對水露點的要求，則還應(yīng)采用其它方法對天然氣進(jìn)行進(jìn)一步的脫水。

　　2)吸收脫水是用吸濕性液體(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(zhì)應(yīng)具有以下特點：對天然氣有很強的脫水能力，熱穩(wěn)定性好，脫水時不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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，對設(shè)備無腐蝕性，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(yōu)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(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，露點小于甘醇脫水裝置，僅限于酸性天然氣脫水。(2)二甘醇水溶液：優(yōu)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性能穩(wěn)定，高的吸濕性。缺點：攜帶損失比三甘醇大，露點降小于三甘醇溶液，投資高。(3)三甘醇水溶液：優(yōu)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(dāng)有輕質(zhì)烴液體存在時會有一定程度的起泡傾向，運行可靠。

　　甘醇法適用于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(jié)語

　　通過以上對天然氣凈化工藝的綜合介紹及對比，旨在為今后液化天然氣裝置技術(shù)選用提供借鑒和設(shè)計參考。

　　參考文獻(xiàn)

　　[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(shù)，機械工業(yè)出版社，2003.

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