低含硫天然气净化工艺技术的研究

张建 (山西煤炭运销集团太原有限公司,山西 太原 030006)

天然气主要存在于地表下孔隙性地层，常常与原油一起，也可以称之为石油的另一种存在形态。因此，天然气中主要含有饱和的烃类化合物，同时也含有很多非烃类物质，例如，氮气、二氧化碳、硫化氢等气体。天然气是一种高效、优质、清洁的新能源，主要应用于工业及居民用燃气中，同时，在发电行业中也有着重要用途。对天然气进行脱硫可以有效的改善天然气质量，减少大气污染。

1 低含硫天然气净化的发展及新工艺技术

1.1 国内外含硫天然气净化工艺技术及其进展

对天然气中硫化氢气体的脱除主要分为干法和湿法两种类型。干法硫化氢气体脱除技术主要针对于低含硫天然气，在脱硫过程中操作较为简单方便，耗能较低且具有较高的脱硫精度，因此得到广泛的应用。干法主要分为氧化铁法、氧化锌法、活性炭法等，其中氧化铁脱硫得到了较为广泛的应用。而湿法脱硫技术，在实际应用中有着较多的缺点，特别是工艺要求较高，动力消耗大，运行费用较高等，使得湿法脱硫技术在推广中受到限制。湿法脱硫技术主要有化学吸收法、物理吸收以及物理化学吸收法。其中化学吸收法主要主要以醇胺类或碱性盐溶液作为溶剂，通过吸收塔中对天然气中的二氧化硫及二氧化碳等气体进行吸收，以达到净化天然气的目的。其工艺流程图如下:

含有酸性气体的天然气进入到吸收塔中与溶剂逆流接触，可以有效的吸收天然气中的二氧化硫及二氧化碳等气体，最终纯净的天然气从塔顶流出，而吸收了二氧化硫的溶剂可以进入到再生塔中进行再生，其中的酸气会被回收利用，而溶剂再次进入吸收塔中进行循环利用。溶剂的循环利用不仅有效的提高了资源的利用率，同时，也为天然气的净化降低了成本。

1.2 低含硫天然气净化处理新工艺

在进行天然气脱硫时，由于脱硫后的废液、废渣有较大的处理量，容易造成环境的二次污染。在20世纪90年代时，美国的气体研究院开发了一种新的低含硫天然气的脱硫技术，它是一种新型的直接注入法进行脱硫处理。直接注入法是将除硫剂的水溶液通过直接注入到天然气管线中，实现对天然气中的硫化氢气体进行吸收，以达到净化的目的。而脱硫后的废液可以用于污水处理剂或肥料，可以有效的减少废液对环境的二次污染。同时直接注入法的装置投资低，占地面积小，且基本无污染的优势表明了直接注入法有着广阔的发展前景，目前已经进入到工业化试验阶段，即将为低含硫天然气注入新的活力。

2 主要的低含硫天然气净化工艺

2.1 混合胺工艺

混合胺工艺主要是对胺法的优化发展，胺法主要采用醇胺类溶剂，例如:一乙醇胺（MEA）、二异丙醇胺（DIPA）以及甲基二乙醇胺（MDEA）等。其中一乙醇胺具有较强的碱性，能够快速的与天然气中的酸气进行反应，可以有效的去除天然气中的硫化氢及二氧化碳。同时，具有较为稳定的化学性能，但与羰硫及二硫化碳的反应是不可逆反应，容易造成溶剂难回收利用。而二乙醇胺相对于一乙醇胺碱性较弱，可以有效的实现对硫化氢及二氧化碳的有效吸收，但净化程度较低。其优点是溶剂的损失较少。而混合胺工艺就是将二乙醇胺换成了甲基二乙醇胺与二乙醇胺的混合溶液，有效的提高了对天然气中酸气的吸收，使得硫化氢及二氧化碳的含量都达到了管输标准，同时在没有对设备有更高的要求下大大提高了装置的处理能力，有效的提高了装置的工作效率。甲基二乙醇胺与伯胺或仲胺的混合，有效克服了甲基二乙醇胺在单独使用时的缺点，有效的提高了净化程度，使得对甲基二乙醇胺的应用得到有效的扩展。

2.2 Benfield工艺

Benfield工艺主要用到的溶剂是碳酸与催化剂、防腐剂的混合物，在酸气超过50%的环境下也可以适应。因此，Benfield工艺在世界上得到较为广泛的应用。可以将Benfield系统与胺系统进行有机结合，碳酸钾主要用于除去天然气中的酸气成分，而胺溶液主要用于对商品气进行最终的纯化功能。在Ben⁃field工艺中，美国新研发了一种新型的吸收剂，取代了常用的吸收溶剂，不但对二氧化硫及硫化氢等气体有较好的吸收效果，同时对一氧化碳也有较高的吸收能力，加强对装置的改进还可以有效的提高产量、节约能耗、降低成本，且这种新型吸收剂属于“绿色”材料，可以有效的降低对环境的污染。

2.3 Sulfinol工艺

砜胺法净化天然气主要是对醇胺法的改善，采用了相同的工艺流程，但将吸收溶剂换为了同时含有物理吸收溶剂及化学吸收溶剂的混合溶剂。物理吸收溶剂主要用的是环丁砜，而化学吸收溶剂主要是醇胺类化合物。这类混合溶剂可以有效的降低天然气中的酸性气体，能够轻松达到管输标准，是对物理吸收与化学吸收的优点集合，有效的消除了各自进行天然气净化中的缺点。

2.4 Sulfatreat工艺

Sulfatreat工艺装置主要安装于气液分离器的下游与脱水装置上游，可以有效的脱除天然气中的硫化氢气体，具有较强的专一性，对天然气中的其他组分不起作用。Sulfatreat工艺在实际应用中可以有效的降低火灾的危险，同时，对操作人员的伤害也较低，有效的保障了操作人员的人身安全。同时，工艺生产造成的废料也不需要进行繁杂的处理，对环境没有污染，还可以作为肥料用于植物生长，具有一定的促进生长作用。有效的简化了对废料的后续处理。

2.5 低温甲醇洗工艺

低温甲醇洗工艺来自于德国，凭借着其优异的性能而在多个领域得到了广泛的应用。它的主要特点是：第一，具有较高的溶解度，对天然气进行纯化的是甲醇，对天然气中的酸性气体有较高的溶解度，可以实现较高的工作效率，而且在进行净化时也不需要用化学法再生时的大量热能，减少了相应的设备投资，有效的降低了净化的成本。第二，具有较强的选择性，甲醇只对天然气中的二氧化碳、硫化氢、羰基硫具有较高的溶解性能，而对天然气中的其他气体成分不具有溶解性，可以有效的提高天然气的净化程度，而对天然气主要成分没有影响。第三，具有较好的化学稳定性及热稳定性。第四，具有较好的传热、传质性能，且腐蚀性小，对设备需要进行防腐处理，有效的降低对设备的资金投入。且甲醇材料廉价易得，可以有效的降低对天然气的净化成本。

3 发展趋势

随着我国大力倡导使用天然气，减少环境污染的大力号召，有效的促进了我国天然气行业的发展，而天然气的工业发展也呈现着蓬勃的发展趋势。这些发展的快速崛起有效的促进了我国天然气净化工艺的发展，对传统的净化工艺有了更好的优化方案，使得天然气的净化效果越来越好。同时，国外的很多技术也被引进到了国内，并通过对其工艺进行优化研究，促进了外国工艺在我国的良好运作，有效的提高了我国天然气净化工艺水平。我国也应该加强对天然气净化工艺的研究和应用，不断对现有的净化工艺进行优化完善，提高我国的天然气净化水平。

4 结语

对天然气进行净化处理可以有效的去除天然气中的酸性气体，这些酸性气体的存在使得天然气在燃烧后容易对环境产生污染。对天然气进行净化处理后可以有有效的降低对环境的污染，是对我国绿色环保的积极响应。天然气净化工艺在我国已经得到较快的发展，但响应的工艺技术还不够完善，并没有达到国际水平。因此，我国应该加强对天然气净化工艺技术的深化研究，不断提高我国的净化水平。

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