试析天然气脱硫技术研究现状及发展趋势

试析天然气脱硫技术研究现状及发展趋势

张银

陕西延长石油（集团）有限责任公司油气勘探公司陕西延安716000

摘要：天然气作为一种天然存在的能源，在当今社会中得到了广泛应用。天然气中不含一氧化碳，无毒无味，同时比重小于空气，发生泄漏事故也会迅速向上飘散，避免气体聚集而发生爆炸，相对来说较为安全。但天然气中含有硫化氢和其他一些有机硫类杂质，这些杂质及其燃烧产物具有毒性，且易形成酸性物质，会引发人体中毒、造成设备的腐蚀和环境的污染。因此在使用天然气前需要进行脱硫步骤，降低硫化氢含量。

关键词：天然气；脱硫技术；现状；发展趋势

21世纪进入信息与能源的时代，石油与天然气是当今应用最广泛的能源物质，目前我国含硫气田产气量占全国产气量的60%。天然气中所含H2S和少量有机硫具有高度危害性，不仅危害人体健康、腐蚀设备，还对环境造成极大的污染。因此，想要避免上述问题的出现必须严格限制不同环境下的H2S浓度，这就必须要大力发展我国的脱硫技术。

一、天然气脱硫技术

1.1干法脱硫技术

固体脱硫剂是干法脱硫技术的核心介质，其作用机理主要是依赖固体脱硫剂的孔隙度和渗透率等物理特性。目前，干法脱硫技术因其操作的简便性得到了很广泛的应用，但是固体脱硫剂的表面特性并不能很好的达到脱硫效果。经过大量的研究，更多更有效的固体脱硫剂投入到市场中。例如，Shell公司自主研发出来的产品SULFATREAT，孔隙度、渗透率均匀且脱硫率极高，操作要求以及操作费用更低，目前得到了很广泛的应用。

1.2湿法脱硫技术

湿法脱硫技术采用的脱硫剂为液体脱硫剂，通过与天然气逆向流动反应或吸附将天然气中的含硫杂质脱除的方法，同时液体脱硫剂也可以进行再生后重复利用，常见的湿法脱硫技术有物理法和化学法。

物理法主要利用硫化氢的溶解性，选取某些对硫化氢的溶解度大的溶剂来脱除天然气中的含硫杂质，如冷甲醇脱硫剂、1，2-二甲氧基乙烷脱硫剂、NMP脱硫剂等。硫化氢在甲醇中的溶解度随着温度的降低而增加，溶解后的硫化氢也能用来回收制备硫磺，同时二氧化碳也可被溶解回收，用于制备尿素。冷甲醇脱硫剂在使用过程中不会造成设备的腐蚀，但也由于甲醇的毒性带来了安全上的问题，同时甲醇需要降温至零下50℃左右，条件要求较为苛刻。1，2-二甲氧基乙烷脱硫剂及NMP脱硫剂均可用来脱除天然气中的硫化氢和二氧化碳，并可选择性吸附含硫杂质，并可改善天然气的指标。化学湿法脱硫技术主要是利用硫化氢某些碱性溶液的可逆反应来实现硫化氢的脱除方法，常用的碱性溶液有醇胺类脱硫剂和碳酸盐脱硫剂。醇胺类脱硫剂在天然气脱硫步骤中最为常用，其余硫化氢的反应可逆，在低温高压下硫化氢被反应溶解，而在高温低压下，醇胺类脱硫剂可将吸收的硫化氢释放出来达到再生后循环使用的目的。目前较常用的醇胺类脱硫剂为甲基二乙醇胺，热稳定性相对于其他醇胺类脱硫剂较好，不易降解，目前已在此基础上研发出了性能更为良好的其他醇胺脱硫剂，如AMP等。碳酸盐脱硫剂与硫化氢逆流接触后可反应生成碳酸氢盐和硫氢化盐，碳酸盐脱硫剂的硫化氢脱除率较高，也可实现回收硫化氢制备硫磺，且制备的硫磺纯度较高，但也存在能量消耗高的问题。在进行湿法脱硫时，也可以采用物理法和化学法相结合的方式，并且脱硫效果明显改善。由于这种方法兼具物理溶解和化学处理的优点，能够使处理后的天然气的指标更好，因此逐渐成为趋势。

1.3碱法脱硫技术

碱法脱硫技术的概念是利用PH值为9－11之间的强碱弱酸盐溶液来吸收硫元素，其具体的工艺流程是在吸收塔内注入碳酸钠溶液，与之前注入的原料混合发生化学反应生成碳酸氢钠（NaHCO3）及硫氢化钠(NaHS)。首先利用富液将大量的硫化氢吸收掉，所吸收的硫化氢在蒸汽作用下进行蒸馏作用再次形成溶液，经过这种处理后的液体在利用克劳斯法进一步的处理，最终可以让硫磺纯度达到99%，但是这种工艺能量消耗较大，需要消耗掉大量的冷却水及蒸汽。热碳酸盐法指的是一旦出现压力降低的情况时，蒸汽所散发出来的热量可以对其进行加热再生，在析出硫化氢的同时会生成Na2CO3，在原料中的氧气及二氧化碳较为丰富的情况下可以考虑使用这种方法。

1.4生物脱硫法

目前，生物脱硫法称得上一种较为高效的天然气处理技术，其作用机理是H2S在某些微生物或细菌的还原作用下被还原成单质，固态的硫在被回收起来进行处理。目前使用较多的工艺是在一定的环境下，利用一些微生物或酶，对含硫化合物进行催化作用，将非水溶性化合物转换为水溶性化合物，从而达到脱出其中硫的目的。有些研究人员运用Bio－SR工艺，在具有铁盐与氧化亚铁硫杆菌的情况下，进行了硫化氢脱除的实验，实验结果显示脱除效率高达98%。但是该项技术目前在我国还仅仅局限于实验室的探索，将其应用到工业现场还需要攻克很多难关。

1.5膜分离技术

膜分离技术的核心在于将膜技术和吸收过程相结合共同作用达到高效脱硫的作用，中空纤维膜接触器是利用该技术的基础设备。该设备连接灵活，操作简便，费用较低，在工程上得到了很广泛的应用。其操作核心工艺是利用将天然气注入到管腔内，在天然气中的H2S在膜的隔离作用下，渗入到管腔外部，储存在膜分离器里的吸收液将H2S所吸收。吸收H2S气体的吸收液体然后流出膜分离器，在换热器加热作用下，滑片泵将吸收液泵入膜再生器中，吸收液中的H2S渗入膜管腔，被真空泵抽出，进入尾气罐。再生后的吸收液体流出再生器通过过滤器净化，如此反复来完成天然气的脱硫过程。

二、脱硫技术发展趋势

随着我国天然气需求量的不断增加和国家对于环保的严格要求，天然气脱硫技术也在不断发展，以适应新形势下的要求，各种先进的脱硫技术和设备不断涌现，而通常单纯的使用某一种脱硫技术存在着一定的局限性，如成本、能耗、操作方便性或是在环境保护方面均有不足之处，因此应尽可能的根据实际情况选择合适的脱硫技术，将多种脱硫技术结合起来使用，扬长避短，提高脱硫效率。目前天然气脱硫技术更趋向于寻求更加高效、环保、方便的的脱硫剂或多种脱硫剂相结合使用的方法以满足脱硫的要求，如物理化学脱硫剂相结合的脱硫方法的使用。另一发展趋势是现有技术的创新发展，使得现有技术不断更新换代并实现多种技术并用，以实现节能减排降低成本的目的。同时其他行业中的先进技术的引入也为天然气脱硫技术开辟了广阔的发展空间。

结语

天然气作为一种常规能源，应用越来越广泛，国家对于天然气的开发与应用也较为重视，并对天然气的指标要求越来越严格，天然气中危害较大的含硫杂质的脱除是影响其性能指标的关键因素。近年来国内外也不断出现了新的脱硫技术，如离子液体法、超重力法、臭氧氧化法等，但有些技术仍处于实验室研发阶段，尚未实现工业化应用，我们应当时刻关注新的脱硫技术的发展，加大研发投入，适应天然气行业的发展趋势。

参考文献

[1]樊辉，陈陆建，赵红，等.活性炭基脱硫剂吸附脱除天然气中H2S的研究[J].天然气化工，2011．

[2]赵会军，张庆国，王树立，等.膜分离法脱除天然气中H2S的实验研究[J].西南石油大学学报：自然科学版，2009．

作者简介：

张银出生年：（1987）性别：男籍贯：陕西延安民族：汉学历：本科供职单位：陕西延长石油（集团）有限责任公司油气勘探公司