天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效的清潔能源，在多個(gè)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(hào)：TE645 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shí)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(huì)對(duì)壓力管道和容器造成腐蝕。若汞含量超標(biāo)將會(huì)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(duì)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(jiǎn)單，而且可以與脫水分子篩布置在同一個(gè)塔中，從而達(dá)到減少單元數(shù)量、簡(jiǎn)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(jī)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(duì)天然氣中不同組份的溶解擴(kuò)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(jī)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(diǎn)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(yùn)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(kuò)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(dòng)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(duì)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(diǎn)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(shí)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(dòng)，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(dòng)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(qiáng)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(yùn)用于全世界超過250個(gè)氣體凈化工廠中，其中包括80個(gè)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(shì)。

　　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(diǎn)，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(shí)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(duì)不同氣體溶解度的顯著差別來脫除H2S、CO2和有機(jī)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(xiàng)目單獨(dú)用于脫除CO2的工業(yè)應(yīng)用實(shí)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(duì)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(diǎn)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(dòng)的情形。但工藝設(shè)備投資費(fèi)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(shí)利用當(dāng)壓力不變時(shí)，天然氣的含水量隨溫度降低而減少的原理實(shí)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(duì)水露點(diǎn)的要求，則還應(yīng)采用其它方法對(duì)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(diǎn)：對(duì)天然氣有很強(qiáng)的脫水能力，熱穩(wěn)定性好，脫水時(shí)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，容易再生，粘度小，對(duì)天然氣和液烴的溶解度較低，起泡和乳化傾向小，對(duì)設(shè)備無腐蝕性，同時(shí)價(jià)格低廉，容易得到。實(shí)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(diǎn)：可同時(shí)脫除水、CO2和H2S，甘醇能降低醇胺溶液起泡傾向。缺點(diǎn)：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(diǎn)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(diǎn)：濃溶液不會(huì)凝固，天然氣中有硫、氧和CO2存在時(shí)，在一般操作溫度下溶液性能穩(wěn)定，高的吸濕性。缺點(diǎn)：攜帶損失比三甘醇大，露點(diǎn)降小于三甘醇溶液，投資高。(3)三甘醇水溶液：優(yōu)點(diǎn)：濃溶液不會(huì)凝固，容易再生，攜帶損失量小，露點(diǎn)降大。缺點(diǎn)：投資高，當(dāng)有輕質(zhì)烴液體存在時(shí)會(huì)有一定程度的起泡傾向，運(yùn)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(duì)天然氣凈化工藝的綜合介紹及對(duì)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(jì)參考。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 徐文淵、蔣長安等，天然氣利用手冊(cè)，中國石化出版社，2001.

　　[2] 顧安忠，液化天然氣技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

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