几种天然气脱硫脱碳工艺研究

杨广

摘 要：我国相关部门规定，天然气的使用都必须要提前经过一道净化环节。通过物理方法、化学方法以及物理化学方法等将天然气中的无机硫、有机硫以及二氧化碳进行脱除。基于此，本文重点针对天然气脱硫脱碳工艺进行了详细的分析，以供参考。

关键词：天然气;脱硫脱碳工艺

所谓天然气，指的是以甲烷为主要成分的，深埋在地下、海洋下的能源，可以用作燃料和化工原料。但是，从地下开采出来的天然气都会含有大量的硫化物和二氧化碳。其中，硫化物是一种剧毒物质，如果不经过处理就直接使用，会加速酸雨的形成。而二氧化碳则是造成温室效应的主要物质。所以，为了符合我国环境保护的要求，保证天然气的使用安全，必须要对天然气进行脱硫脱碳处理。

一、几种天然气脱碳工艺

（一）醇胺法

醇胺法是一种非常有效的天然气碳元素脱除方法。在醇胺法的应用过程中，活化MDEA工艺的应用效果最好。活化MDEA技术的应用原理与醇胺的分子结构有关。首先，醇胺的分子结构中至少含有一个羟基，可以降低化合物的蒸气压，提高化合物的水溶性。其次，醇胺的分子结构中至少含有一个胺基，可以使溶液呈现出碱性的特点。正是因为醇胺分子结构的特殊性，所以与天然气中的硫化氢和二氧化碳进行结合，就可以通过酸碱中和的原理实现二氧化碳的顺利脱除。

（二）膜+醇胺法处理工艺

膜+醇胺法处理工艺，其实是一种集成工艺，包含以下两部分。第一膜脱离单元、主要作用是以不同的气体有着不同的高分子聚合物的溶解与扩散差异为基础，借助膜两侧的分压差来促进气体渗透通过纤维壁。第二醇胺法单元，对气体进行进一步的分离，彻底达到气体分离的目的。膜+醇胺法处理工艺的应用，膜两侧相应组分的分压差、膜的面积以及膜的选择分离性，既是膜分离的三要素，也是天然气脱碳过程中的主要推动力。对天然气中的气体进行分析，可以将其分为“快气”和“慢气”两部分。其中，快气指的是性质相对活泼的气体，主要包含以下几种：第一水、第二氢气、第三氦气、第四硫化氢、第五二氧化碳等。而“慢气”指的是性质比较稳定的气体，包含以下几种：第一各种烃类、第二氮气、第三一氧化碳、第四氩气等。正是因为不同气体的性质差异较大，所以才可以通过膜技术对天然气中的很多气体进行分离[1]。

（三）低温分离工艺

低温分离工艺的应用原理为：天然气中不同的气体组分有着不同的挥发度，运用冷冻制冷的方式，就可以在低温环境下实现气体中所有组分的冷凝。之后，由于不同物质的蒸发温度差异较大，所以只需要运用蒸馏法就可以实现冷凝物中各个物质的逐一分离。

（四）变压吸附工艺

目前，变压吸附工艺，又叫做PSA工艺，其应用原理为：同一吸附剂在不同气体当中，有着不同的吸附量。将吸附剂应用到天然气混合物中，就可以通过吸附剂的挥发作用来吸附出天然气中的杂质组分。然后再运用减压技术，就可以释放出这些被吸附的气体，而吸附剂则恢复原始状态，继续吸附天然气混合物中杂质组分。根据相关专家学者的研究，确定了在变压吸附工艺中，二氧化碳的吸附力最强，一氧化碳次之、甲烷较弱，氢气的吸附力最差[2]。

（五）膜+变压吸附技术

膜+变压吸附技术也是一种集成工艺，包含以下两部分。首先，是膜分离单元，又可以细分为两个部分：其一是预处理部分、其二是膜分离部分。其中，预处理部分又可以细分为三个部分，即加热器、过滤器和除雾器。其次，是变压吸附单元。工作人员需要对原料量以及天然气产品的纯度等要求进行分析，并以此为基础对膜的参数进行调节，以此来降低天然气中的二氧化碳含量，并达到最终的气体分离目的。

二、几种天然气脱硫工艺

（一）湿法脱硫工艺工艺

1.化学吸附法

以脱除机制和作用原理为标准，化学吸附法又可以分成两种：一种是胺法，另一种是直接转换法。

首先，胺法，与醇胺法脱碳相似，即以醇胺溶液为媒介，利用羟基来降低天然气的蒸气压，提高化合物的溶解度;利用胺基来使化合物呈碱性，进而通过化合物与酸性气体的反应来达到硫化物和二氧化碳脱除的目的。胺法的应用优势为净化度高、适用范围广;应用缺点为设备规模大，应用成本高。

其次，直接转化法，即直接通过含氧溶液的应用，将溶液中的硫化氢转化成硫元素。这种方法可以对脱硫和硫进行有效的回收，所以其应用成本更低。而且，这种方法的应用优势为，硫的脱除率较高，且无需对脱除后的气体进行处理。应用缺点为溶液的循环量太大，需要为其提供源源不断的动力。

2.物理吸纳法

物理吸附法的应用原理是在不同的溶液中，酸性气体的溶解度不同。一般情况下，多乙二醇二甲醚和碳酸丙烯酯是最常用的脱除剂。因为硫化氢的溶解度高于二氧化碳的溶解度，所以需要科学选择物理溶剂。由于其工作原理不是化学反应方式，而是物理溶解方式，所以整个脱除环节不会消耗过多的能量。其应用优势为选择性好、能耗小。应用缺点为对反应装置要求苛刻，溶液成本高。

3.物理化学脱硫法

物理化学脱硫法在我国天然气脱硫过程中有着极为广泛的应用，主要是通过物理技术和化学技术的相互作用来达到脱硫目的的。例如，Sulfionl-D和Sulfionl-M是两种不同的溶剂，将两种溶剂混合起来，比单纯使用一种溶剂的净化效果更好，脱有机硫的效率更高[3]。

（二）干法脱硫技术

1.铁系列脱硫剂

在众多干法脱硫技术当中，氧化铁脱硫法的应用最为广泛，效果也最好。因为这种脱硫工艺的应用操作难度较低，能耗较小，所以在城市燃气、天然气的脱硫技术中有着广泛的应用。

2.克劳斯氧化法

以硫化氢为原料，在克劳斯燃烧炉中，尾气部分的硫化氢就会通过氧化反应生成二氧化硫，然后二氧化硫与硫化氢就会发生反应，生成硫磺。这就是所谓的克劳斯氧化法，又被人们称为干式氧化法。这是我国最传统天然气脱硫技术，以气体流量的不同为标准，可以分为三种：第一直流克劳斯法、第二分流克劳斯法、第三直接氧化克劳斯法。

3.微生物脱硫技术

在天然气净化过程中，微生物脱硫技术的应用，可以直接通过发酵液中的微生物来达到天然气的净化目的。因为，当硫化氫被溶液吸收之后，就会被溶液中的细菌转化成硫元素。Bio-SR、Shell-Paquas、DDS都是最常用的微生物脱硫工艺，但是我国在微生物脱硫方面的研究还十分有限，所以其应用范围还十分有限[4]。

三、结语

综上所述，在我国社会经济的发展过程中，对于能源的需求也来越高，环保意识与安全意识也越来越高。在这种情况下，在使用天然气之前必须要对其进行净化处理。虽然我国的天然气脱硫脱碳工艺较多，但是每一种天然气脱硫脱碳工艺依然有很大的进步空间。所以，我们要进一步加强更加先进天然气脱硫脱碳工艺的研究与推广，不断的提升天然气净化水平。

参考文献：

[1]贠莹，高峰.天然气脱硫脱碳工艺技术进展[J].化工管理，2020，（19）：168-171.

[2]陈水财.关于天然气脱硫脱碳工艺的选择分析[J].化工管理，2017，（29）：36.

[3]周新.天然气脱硫脱碳工艺综述[J].化工设计通讯，2017，43（3）：11，32.

[4]宗月，仇阳，王为民， 等.天然气脱硫脱碳工艺综述[J].化工管理，2019，（4）：200-202.