浅析天然气脱硫主要方法

袁兴海

摘要：开采油气田的天然气中常含有H2S等酸性气体。天然气中酸性气体的存在会加快金属管道和设备的腐蚀，影响其使用寿命。含H2S较多的天然气不但燃烧时会产生异味，污染环境，影响身体健康。因此，脱除天然气中的酸性气体对天然气的发展至关重要。本文介绍常见脱硫方法，化学法，物理法，生物脱硫法原理及适用条件。

关键词：天然气，脱硫，化学法，物理法

前言

随着社会经济的快速发展，给我国带来了巨大的能源需求，但是石油、煤炭等传统能源的广泛应用也带来了大气与环境的污染问题。相比于上述能源，天然气要更加清洁环保，对环境要更加优化，天然气的应用能够有效抑制二氧化硫以及粉尘等给大气和环境带来的污染问题。但是天然气当中也存在一些有害气体，例如硫化氢、二氧化碳以及其他硫化物等酸性气体，这对于天然气的生产加工和运输来说是有害的，因此通过一定的措施来减少天然气中的酸性气体是十分必要的。

1化学吸附法-醇胺法

醇胺法是当前世界各国的大型油气田中最为常用的脱硫脱碳法，这种方法已经形成了一套比较完善的操作工艺体系，这种方法主要是利用了天然气中的硫化物和碳化物成酸性的化学性质，通过醇胺溶液的碱性化学性质来对酸性气体进行吸附。通常来说，常温条件下的硫化物和碳化物就能够和醇胺溶液发生反应，因此只要将发生反应的酸性气体剥离出来，就可以实现醇胺溶液的多次利用。在当前我国的天然气脱硫脱碳工艺当中，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）以及二异丙醇胺（DIPA），这些醇胺溶液都随着社会经济的不断发展而应用于天然气的脱硫脱碳工艺当中，而就目前的天然气脱硫脱碳工艺来看，甲基二乙醇胺的应用范围最广。特别是以MDEA为脱硫剂的选择性吸收脱硫工艺，自开始在工业上应用以来，其显著的节能效果，并具备使用浓度高、腐蚀轻微、不易降解变质、脱硫化氢选择性高、能耗低等优点，在国内成为快速发展的一种脱硫工艺。

2 物理脱除法

2.1物理吸收

物理吸收法可简述为在低温、高压的条件下使溶剂内的水和酸气组分溶解。吸收酸性气体的溶剂可以在高温以及低压下释放出酸性气体以恢复溶剂的吸收能力，从而循环以达到脱酸的目的。物理吸收法全部采用有机复合物做吸收剂。利用吸收剂对硫化物的溶解性脱硫，在脱硫过程中不发生化学反应。由于该法存在共吸现象（吸收剂吸收H2S的同时吸收了很多重烃），影响净化气的热值和硫磺的质量，因而多用来吸收酸气分压高（一般大于0.35MPa）、重烃含量低的天然气。物理吸收法的优点：处理量大、再生容易、大部分酸气可减压闪蒸出来;溶剂循环量和设备体积小、专用系统简单、基建和操作费用低，溶剂一般无腐蚀性、不易产生泡沫，可同时脱除有机硫（硫醇和COS）而本身不降解，稳定性好、不易发生冻结等。常见的物理吸收法有多乙二醇二甲醚法（Selexol法）、低温甲醇法（Rectiol法）、N甲基吡咯烷酮法（Purisol法）和磷酸三丁酯法（24tasolvan法）。但是溶剂价格昂贵和存在共吸现象限制了该法的发展。该方法通常使用的物理溶剂再生所需要的加热量往往很小，对天然气内酸气负荷高的情况一般较为适用。其依据的基本原理是依据酸性杂质以及烃类在物理溶剂中溶解度的巨大差异来完成天然气的脱硫脱碳过程，该过程拥有以下基本特征：传质速率较慢，达到高的净化度往往较为困难，溶剂再生的能耗比较低，物理溶剂能够实现在共存的条件下同时脱硫脱水脱烃类。

2.2分子筛法

分子筛是人工合成的无机吸附剂—硅铝酸盐晶体，其脱硫过程主要是利用分子筛具有很强的亲H2S能力，但是当进料气中H2S含量较高时，会造成需对再生气进行处理的问题。因此除特殊場合外，在天然气脱硫领域中该法应用很少。某等研究表明，对于小型LNG装置建议采用分子筛脱硫，脱附顺序为先脱碳再脱硫。

2.3膜分离法

膜分离法是以选择性透过膜为分离介质，在外力推动下对混合物进行分离的一种方法。其基本原理是：一定压力下原料气中的各个组分因通过半透膜的速率不同而实现分离。膜分离法利用天然气的自身压力作为净化推动力，在脱除酸性气体的同时还可以脱除天然气中的部分水蒸气。膜分离法具有投资低、操作简单以及无污染等优点。其缺点在于：处理大量酸气时不能达到理想的酸性气体脱除率，且薄膜无法承受较高的压力。

3 生物脱硫法

微生物脱硫技术是利用各种微生物的新陈代谢吸收H2S并将H2S转化成单质硫。常用的细菌为氧化亚铁硫杆菌和脱氮硫杆菌等。能耗低、净化程度高、环境友好、不需要催化剂和氧化剂、能量消耗较少和分离处理效率较高的优点。通常借助于发酵液中的不同微生物，在各种不同的微氧环境下，将硫化氢氧化为单质硫和硫酸，本领域常用的微生物主要是氧化亚铁硫杆菌以及脱氮硫杆菌，对天然气低含硫脱硫也较为适用。也可以将生物反应和吸附反应相结合进行使用，从而达到提高脱硫的效果，该技术在天然气、沼气、造纸、化工、矿业以及炼油等领域已较好地实现了运用，效果普遍良好。目前已实现工业化且运用较为广泛的是BS工艺。

生物脱硫利用微生物新陈代谢进行硫的脱除，其操作条件温和，流程简单，操作费用低，具有较明显的竞争优势，应用和发展前景较为广阔。由于生物酶催化反应的专一性，对于不同形态的硫，适用的脱硫细菌不一样。这类细菌在有氧条件下可以利用氧化铁、硫和硫化氢等无机物获得能量，以固定空气中CO2而进行繁殖，并在酸性或碱性条件下生长。生物脱硫工艺流程简单，操作维护简单方便;化学品消耗少，能耗较低，不需化学催化剂，细菌使用过程中不会失活，无需更换，自动再生，运行中仅需加入碱、营养液和补充水;脱硫效果好，能保证脱硫后H2S含量小于4×10-6（g/g）;处理装置不存在硫堵、溶液发泡问题，由于生成的硫磺为亲水性，硫磺不会堵塞管线;不仅可用于天然气脱硫，也可以进行硫磺回收，除处理含硫天然气外，还可用于处理再生酸气和硫回收装置尾气。

4结束语

天然气脱硫工艺技术发展的总体趋势可归纳如下，针对现有天然气脱硫工艺的不足加以改进和完善，大力研究发展新的醇胺法脱硫工艺，提高醇胺法脱硫的处理能力和处理效率将是未来脱硫工艺发展的方向之一总之，各种天然气脱硫方法都有其优势和一定的使用局限性，需要根据不同的处理对象和要求，采用合适的方法进行脱硫。

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）.166-167

[2] 刘可，王向林，袁庆洪，梁莉，余军，杨威.高酸性天然气脱硫脱碳工艺技术研究[J].石油与天然气化工.2020（03）.14-20

[3] 屈志伟.浅析天然气脱硫主要方法[J].山东工业技术.2019（10）.83