淺析天然氣脫硫主要方法

袁興海

摘要：開采油氣田的天然氣中常含有H2S等酸性氣體。天然氣中酸性氣體的存在會(huì)加快金屬管道和設(shè)備的腐蝕，影響其使用壽命。含H2S較多的天然氣不但燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生異味，污染環(huán)境，影響身體健康。因此，脫除天然氣中的酸性氣體對(duì)天然氣的發(fā)展至關(guān)重要。本文介紹常見脫硫方法，化學(xué)法，物理法，生物脫硫法原理及適用條件。

關(guān)鍵詞：天然氣，脫硫，化學(xué)法，物理法

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，給我國帶來了巨大的能源需求，但是石油、煤炭等傳統(tǒng)能源的廣泛應(yīng)用也帶來了大氣與環(huán)境的污染問題。相比于上述能源，天然氣要更加清潔環(huán)保，對(duì)環(huán)境要更加優(yōu)化，天然氣的應(yīng)用能夠有效抑制二氧化硫以及粉塵等給大氣和環(huán)境帶來的污染問題。但是天然氣當(dāng)中也存在一些有害氣體，例如硫化氫、二氧化碳以及其他硫化物等酸性氣體，這對(duì)于天然氣的生產(chǎn)加工和運(yùn)輸來說是有害的，因此通過一定的措施來減少天然氣中的酸性氣體是十分必要的。

1化學(xué)吸附法-醇胺法

醇胺法是當(dāng)前世界各國的大型油氣田中最為常用的脫硫脫碳法，這種方法已經(jīng)形成了一套比較完善的操作工藝體系，這種方法主要是利用了天然氣中的硫化物和碳化物成酸性的化學(xué)性質(zhì)，通過醇胺溶液的堿性化學(xué)性質(zhì)來對(duì)酸性氣體進(jìn)行吸附。通常來說，常溫條件下的硫化物和碳化物就能夠和醇胺溶液發(fā)生反應(yīng)，因此只要將發(fā)生反應(yīng)的酸性氣體剝離出來，就可以實(shí)現(xiàn)醇胺溶液的多次利用。在當(dāng)前我國的天然氣脫硫脫碳工藝當(dāng)中，常用的醇胺溶液主要包括二甘醇胺（DGA）、甲基二乙醇胺（MDEA）、二乙醇胺（DEA）以及二異丙醇胺（DIPA），這些醇胺溶液都隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展而應(yīng)用于天然氣的脫硫脫碳工藝當(dāng)中，而就目前的天然氣脫硫脫碳工藝來看，甲基二乙醇胺的應(yīng)用范圍最廣。特別是以MDEA為脫硫劑的選擇性吸收脫硫工藝，自開始在工業(yè)上應(yīng)用以來，其顯著的節(jié)能效果，并具備使用濃度高、腐蝕輕微、不易降解變質(zhì)、脫硫化氫選擇性高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)成為快速發(fā)展的一種脫硫工藝。

2 物理脫除法

2.1物理吸收

物理吸收法可簡(jiǎn)述為在低溫、高壓的條件下使溶劑內(nèi)的水和酸氣組分溶解。吸收酸性氣體的溶劑可以在高溫以及低壓下釋放出酸性氣體以恢復(fù)溶劑的吸收能力，從而循環(huán)以達(dá)到脫酸的目的。物理吸收法全部采用有機(jī)復(fù)合物做吸收劑。利用吸收劑對(duì)硫化物的溶解性脫硫，在脫硫過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于該法存在共吸現(xiàn)象（吸收劑吸收H2S的同時(shí)吸收了很多重?zé)N），影響凈化氣的熱值和硫磺的質(zhì)量，因而多用來吸收酸氣分壓高（一般大于0.35MPa）、重?zé)N含量低的天然氣。物理吸收法的優(yōu)點(diǎn)：處理量大、再生容易、大部分酸氣可減壓閃蒸出來;溶劑循環(huán)量和設(shè)備體積小、專用系統(tǒng)簡(jiǎn)單、基建和操作費(fèi)用低，溶劑一般無腐蝕性、不易產(chǎn)生泡沫，可同時(shí)脫除有機(jī)硫（硫醇和COS）而本身不降解，穩(wěn)定性好、不易發(fā)生凍結(jié)等。常見的物理吸收法有多乙二醇二甲醚法（Selexol法）、低溫甲醇法（Rectiol法）、N甲基吡咯烷酮法（Purisol法）和磷酸三丁酯法（24tasolvan法）。但是溶劑價(jià)格昂貴和存在共吸現(xiàn)象限制了該法的發(fā)展。該方法通常使用的物理溶劑再生所需要的加熱量往往很小，對(duì)天然氣內(nèi)酸氣負(fù)荷高的情況一般較為適用。其依據(jù)的基本原理是依據(jù)酸性雜質(zhì)以及烴類在物理溶劑中溶解度的巨大差異來完成天然氣的脫硫脫碳過程，該過程擁有以下基本特征：傳質(zhì)速率較慢，達(dá)到高的凈化度往往較為困難，溶劑再生的能耗比較低，物理溶劑能夠?qū)崿F(xiàn)在共存的條件下同時(shí)脫硫脫水脫烴類。

2.2分子篩法

分子篩是人工合成的無機(jī)吸附劑—硅鋁酸鹽晶體，其脫硫過程主要是利用分子篩具有很強(qiáng)的親H2S能力，但是當(dāng)進(jìn)料氣中H2S含量較高時(shí)，會(huì)造成需對(duì)再生氣進(jìn)行處理的問題。因此除特殊場(chǎng)合外，在天然氣脫硫領(lǐng)域中該法應(yīng)用很少。某等研究表明，對(duì)于小型LNG裝置建議采用分子篩脫硫，脫附順序?yàn)橄让撎荚倜摿颉?/p>

2.3膜分離法

膜分離法是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在外力推動(dòng)下對(duì)混合物進(jìn)行分離的一種方法。其基本原理是：一定壓力下原料氣中的各個(gè)組分因通過半透膜的速率不同而實(shí)現(xiàn)分離。膜分離法利用天然氣的自身壓力作為凈化推動(dòng)力，在脫除酸性氣體的同時(shí)還可以脫除天然氣中的部分水蒸氣。膜分離法具有投資低、操作簡(jiǎn)單以及無污染等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)在于：處理大量酸氣時(shí)不能達(dá)到理想的酸性氣體脫除率，且薄膜無法承受較高的壓力。

3 生物脫硫法

微生物脫硫技術(shù)是利用各種微生物的新陳代謝吸收H2S并將H2S轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫。常用的細(xì)菌為氧化亞鐵硫桿菌和脫氮硫桿菌等。能耗低、凈化程度高、環(huán)境友好、不需要催化劑和氧化劑、能量消耗較少和分離處理效率較高的優(yōu)點(diǎn)。通常借助于發(fā)酵液中的不同微生物，在各種不同的微氧環(huán)境下，將硫化氫氧化為單質(zhì)硫和硫酸，本領(lǐng)域常用的微生物主要是氧化亞鐵硫桿菌以及脫氮硫桿菌，對(duì)天然氣低含硫脫硫也較為適用。也可以將生物反應(yīng)和吸附反應(yīng)相結(jié)合進(jìn)行使用，從而達(dá)到提高脫硫的效果，該技術(shù)在天然氣、沼氣、造紙、化工、礦業(yè)以及煉油等領(lǐng)域已較好地實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用，效果普遍良好。目前已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化且運(yùn)用較為廣泛的是BS工藝。

生物脫硫利用微生物新陳代謝進(jìn)行硫的脫除，其操作條件溫和，流程簡(jiǎn)單，操作費(fèi)用低，具有較明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用和發(fā)展前景較為廣闊。由于生物酶催化反應(yīng)的專一性，對(duì)于不同形態(tài)的硫，適用的脫硫細(xì)菌不一樣。這類細(xì)菌在有氧條件下可以利用氧化鐵、硫和硫化氫等無機(jī)物獲得能量，以固定空氣中CO2而進(jìn)行繁殖，并在酸性或堿性條件下生長(zhǎng)。生物脫硫工藝流程簡(jiǎn)單，操作維護(hù)簡(jiǎn)單方便;化學(xué)品消耗少，能耗較低，不需化學(xué)催化劑，細(xì)菌使用過程中不會(huì)失活，無需更換，自動(dòng)再生，運(yùn)行中僅需加入堿、營(yíng)養(yǎng)液和補(bǔ)充水;脫硫效果好，能保證脫硫后H2S含量小于4×10-6（g/g）;處理裝置不存在硫堵、溶液發(fā)泡問題，由于生成的硫磺為親水性，硫磺不會(huì)堵塞管線;不僅可用于天然氣脫硫，也可以進(jìn)行硫磺回收，除處理含硫天然氣外，還可用于處理再生酸氣和硫回收裝置尾氣。

4結(jié)束語

天然氣脫硫工藝技術(shù)發(fā)展的總體趨勢(shì)可歸納如下，針對(duì)現(xiàn)有天然氣脫硫工藝的不足加以改進(jìn)和完善，大力研究發(fā)展新的醇胺法脫硫工藝，提高醇胺法脫硫的處理能力和處理效率將是未來脫硫工藝發(fā)展的方向之一總之，各種天然氣脫硫方法都有其優(yōu)勢(shì)和一定的使用局限性，需要根據(jù)不同的處理對(duì)象和要求，采用合適的方法進(jìn)行脫硫。

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