天然氣脫硫工藝的適應(yīng)性分析

劉海燕

摘要：天然氣原料中含有硫化氫和硫醇類化合物，在生產(chǎn)加工運(yùn)輸過程中存在危險(xiǎn)隱患。因此，為了滿足生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)男枨蟊仨殞?duì)天然氣原料進(jìn)行脫硫。在實(shí)際的脫硫環(huán)節(jié)中，通常采用不同的脫硫方法和脫硫工藝，以實(shí)現(xiàn)安全性和經(jīng)濟(jì)性等多方面需求。為此，針對(duì)天然氣脫硫方法進(jìn)行分析和研究具有現(xiàn)實(shí)的價(jià)值和意義。

關(guān)鍵詞：天然氣;脫硫;工藝;適應(yīng)性;分析

天然氣的產(chǎn)能日益擴(kuò)大，天然氣處理環(huán)節(jié)面臨更高的技術(shù)要求，為了降低天然氣原料氣中的硫化氫，提高天然氣生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)陌踩托б妫ㄟ^探討了天然氣脫硫方法的議題，從脫硫方法的分類及特點(diǎn)入手，分析了脫硫方法的選擇，圍繞醇胺脫硫法的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了分析和論述。

1.脫硫方法的分類及其主要特點(diǎn)

目前，天然氣脫硫方法已經(jīng)有很多，如化學(xué)吸收法、物理吸收法、聯(lián)合吸收法、直接轉(zhuǎn)化法、膜分離法、非再生法、干法等，不同的脫硫方法有各自的特點(diǎn)。

化學(xué)吸收法：該方法是利用堿性化學(xué)溶劑來吸收天然氣中的硫化氫，可采用的溶劑包括一乙醇胺、二乙醇胺、二異丙醇胺、甲基二乙醇胺、二甘醇胺等。這些溶劑吸收了天然氣中的硫化物后在升溫和降壓的過程中釋放出酸性氣體。該方法吸收速率快，成本低，具有較好的分離效果，脫硫效率可降到2.5×10-5-5×10-5kg/m3。實(shí)際應(yīng)用中，該方法吸收劑的用量與天然氣中酸性氣體含量成正比關(guān)系，而再生溶液所需要的蒸汽消耗量與吸收溶劑的循環(huán)量成正比關(guān)系。

物理吸收法：該方法是利用有機(jī)化合物來吸收天然氣中的硫化氫，與化學(xué)吸收法不同的是，物理吸收法吸收溶劑的使用量與天然氣中酸性氣體含量沒有規(guī)律性關(guān)系，因此該方法對(duì)于硫化氫氣體分壓高，如超過0.35MPa的情況更加適用。

聯(lián)合吸收法：該方法是化學(xué)吸收法和物理吸收法的整合，如二乙醇胺+熱碳酸鹽。脫硫工藝主要包括初步凈化和深度凈化兩個(gè)環(huán)節(jié)，前者是利用一乙醇胺溶液吸收硫化氫，后者是用再生溶液吸收硫化氫。對(duì)硫化氫含量較高的天然氣脫硫需要耗費(fèi)大量的水。

直接轉(zhuǎn)化法：該方法是基于氧化還原的原理，通過堿性溶液吸收天然氣中的硫化氫使其轉(zhuǎn)化為硫，然后通過空氣中的氧載體發(fā)生催化反應(yīng)，使吸收液再生。該方法適用于處理負(fù)荷較小的情況，由于副反應(yīng)產(chǎn)物多，因此會(huì)影響脫硫效率。

膜分離法：該方法是一種現(xiàn)代分離法，利用膜材質(zhì)和孔徑的不同實(shí)現(xiàn)硫化物的分離。通常來說，多孔膜是利用滲透速率的不同來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同硫化物的分離，脫硫效率往往與其他的滲透速率以及硫化物的分子質(zhì)量有關(guān)。一般情況下，當(dāng)硫化物的分子質(zhì)量越大，滲透速率越低，脫硫效率越低，反之脫硫效率越高。非多孔膜的脫硫效率與氣體的流動(dòng)速率關(guān)系不大，與硫化物的滲透系數(shù)以及分離因子關(guān)系更密切。一般情況下，當(dāng)要分離的兩種氣體滲透系數(shù)比值越大時(shí)，分離因子越大，此時(shí)更有利于實(shí)現(xiàn)較好的分離效果，這也是非多孔膜在氣體分離方面優(yōu)于多孔膜的特點(diǎn)。由于硫化氫對(duì)甲烷的分離因子是50，因此可以采用非多孔膜實(shí)現(xiàn)天然氣中硫化氫的分離。

非再生法：該方法對(duì)含硫濃度較低的天然氣井較為適用，通過采用氧化鋅、醋酸鋅的水化物作為脫硫劑來脫硫，利用分散劑來保障產(chǎn)物顆粒懸浮，提高分離和回收效率。

干法：天然氣中的硫化氫等酸性氣體與固體脫硫劑表面組分接觸吸附并發(fā)生反應(yīng)，去除硫化氫等酸性氣體。常見脫硫劑包括海綿鐵、水和氧化鐵+木屑、分子篩等。

2.脫硫方法選擇原則

不同的脫硫方法有不同特點(diǎn)，使用范圍也有差別，因此在脫硫生產(chǎn)中可根據(jù)不同的情況來選擇適宜的脫硫方法和脫硫試劑。經(jīng)常會(huì)遇到以下生產(chǎn)場景：如當(dāng)天然氣中硫化氫含量高于二氧化碳含量時(shí)（二氧化碳：硫化氫低于6），可采用選擇性不強(qiáng)的脫硫方法同時(shí)去除硫化氫和少量二氧化碳，如一乙醇胺吸收法或者混合胺吸收法;當(dāng)天然氣中二氧化碳含量高于硫化氫含量時(shí)（二氧化碳：硫化氫超過5），可采用選擇性較強(qiáng)的脫硫方法去除少量的硫化氫，如甲基二乙醇胺吸收法;當(dāng)天然氣中硫化氫組分分壓高，而硫醇含量高時(shí)，可采用聯(lián)合吸收法，如以環(huán)丁砜為物理吸收劑的Sulfinol-D法、Sulfinol-M法;當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境位于高寒地區(qū)時(shí)，可采用二甘醇胺吸收法;當(dāng)天然氣中含有較多的重?zé)N，可采用適用性較強(qiáng)的醇胺吸收法。

3.醇胺法的工藝原理

醇胺法是使用性較廣的脫硫方法，其工藝原理是利用高壓吸收設(shè)備對(duì)天然氣原料氣進(jìn)行吸收分離和凈化，然后通過再生系統(tǒng)對(duì)醇胺和酸性組分生成的化合物進(jìn)行逆向分解，從而將酸性氣體重新釋放出來。

醇胺法的吸收劑可根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行靈活選擇，通常采用的是化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有羥基和胺基氮的化合物。其中的羥基能夠起到降低化合物蒸氣壓的作用，同時(shí)增加化合物在溶液中的溶解度，因此有利于吸收劑的水性溶解，也便于多種吸收劑相容。其中的胺基氮能夠起到堿化溶液的作用，便于促進(jìn)堿性溶液對(duì)原料氣中酸性氣體的吸收。

4.醇胺溶液的性能比較及其應(yīng)用

醇胺吸收劑性能不同對(duì)醇胺吸收法應(yīng)用的效果也有區(qū)別，不同的醇胺吸收劑在天然氣脫硫性能方面有如下表現(xiàn)（如表1）。

具有選擇性的方法有甲基二乙醇胺法和Sulfinol-M法，其中，前者穩(wěn)定性好，對(duì)氣相的損失小，而且能耗低;后者環(huán)丁砜損失率較高運(yùn)行成本相對(duì)更高，因此在天然氣原料氣中二氧化碳與硫化氫比值較高的情況下可采用甲基二乙醇胺法，而二氧化碳與硫化氫比值較低的情況下可采用Sulfinol-M法。

5.結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)天然氣脫硫方法進(jìn)行了梳理分析，圍繞醇胺法原理及該方法不同吸收劑進(jìn)行的性能對(duì)比分析。在實(shí)際的天然氣脫硫生產(chǎn)工藝中，工作人員需要結(jié)合實(shí)際條件和原料氣的組分情況來科學(xué)選擇脫硫方法，以滿足后續(xù)生產(chǎn)的硫含量要求。