天然气脱硫工艺的适应性分析

刘海燕

摘要：天然气原料中含有硫化氢和硫醇类化合物，在生产加工运输过程中存在危险隐患。因此，为了满足生产运输的需求必须对天然气原料进行脱硫。在实际的脱硫环节中，通常采用不同的脱硫方法和脱硫工艺，以实现安全性和经济性等多方面需求。为此，针对天然气脱硫方法进行分析和研究具有现实的价值和意义。

关键词：天然气;脱硫;工艺;适应性;分析

天然气的产能日益扩大，天然气处理环节面临更高的技术要求，为了降低天然气原料气中的硫化氢，提高天然气生产运输的安全和效益，通过探讨了天然气脱硫方法的议题，从脱硫方法的分类及特点入手，分析了脱硫方法的选择，围绕醇胺脱硫法的技术应用进行了分析和论述。

1.脱硫方法的分类及其主要特点

目前，天然气脱硫方法已经有很多，如化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法、直接转化法、膜分离法、非再生法、干法等，不同的脱硫方法有各自的特点。

化学吸收法：该方法是利用碱性化学溶剂来吸收天然气中的硫化氢，可采用的溶剂包括一乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺、二甘醇胺等。这些溶剂吸收了天然气中的硫化物后在升温和降压的过程中释放出酸性气体。该方法吸收速率快，成本低，具有较好的分离效果，脱硫效率可降到2.5×10-5-5×10-5kg/m3。实际应用中，该方法吸收剂的用量与天然气中酸性气体含量成正比关系，而再生溶液所需要的蒸汽消耗量与吸收溶剂的循环量成正比关系。

物理吸收法：该方法是利用有机化合物来吸收天然气中的硫化氢，与化学吸收法不同的是，物理吸收法吸收溶剂的使用量与天然气中酸性气体含量没有规律性关系，因此该方法对于硫化氢气体分压高，如超过0.35MPa的情况更加适用。

联合吸收法：该方法是化学吸收法和物理吸收法的整合，如二乙醇胺+热碳酸盐。脱硫工艺主要包括初步净化和深度净化两个环节，前者是利用一乙醇胺溶液吸收硫化氢，后者是用再生溶液吸收硫化氢。对硫化氢含量较高的天然气脱硫需要耗费大量的水。

直接转化法：该方法是基于氧化还原的原理，通过碱性溶液吸收天然气中的硫化氢使其转化为硫，然后通过空气中的氧载体发生催化反应，使吸收液再生。该方法适用于处理负荷较小的情况，由于副反应产物多，因此会影响脱硫效率。

膜分离法：该方法是一种现代分离法，利用膜材质和孔径的不同实现硫化物的分离。通常来说，多孔膜是利用渗透速率的不同来实现对不同硫化物的分离，脱硫效率往往与其他的渗透速率以及硫化物的分子质量有关。一般情况下，当硫化物的分子质量越大，渗透速率越低，脱硫效率越低，反之脱硫效率越高。非多孔膜的脱硫效率与气体的流动速率关系不大，与硫化物的渗透系数以及分离因子关系更密切。一般情况下，当要分离的两种气体渗透系数比值越大时，分离因子越大，此时更有利于实现较好的分离效果，这也是非多孔膜在气体分离方面优于多孔膜的特点。由于硫化氢对甲烷的分离因子是50，因此可以采用非多孔膜实现天然气中硫化氢的分离。

非再生法：该方法对含硫浓度较低的天然气井较为适用，通过采用氧化锌、醋酸锌的水化物作为脱硫剂来脱硫，利用分散剂来保障产物颗粒悬浮，提高分离和回收效率。

干法：天然气中的硫化氢等酸性气体与固体脱硫剂表面组分接触吸附并发生反应，去除硫化氢等酸性气体。常见脱硫剂包括海绵铁、水和氧化铁+木屑、分子筛等。

2.脱硫方法选择原则

不同的脱硫方法有不同特点，使用范围也有差别，因此在脱硫生产中可根据不同的情况来选择适宜的脱硫方法和脱硫试剂。经常会遇到以下生产场景：如当天然气中硫化氢含量高于二氧化碳含量时（二氧化碳：硫化氢低于6），可采用选择性不强的脱硫方法同时去除硫化氢和少量二氧化碳，如一乙醇胺吸收法或者混合胺吸收法;当天然气中二氧化碳含量高于硫化氢含量时（二氧化碳：硫化氢超过5），可采用选择性较强的脱硫方法去除少量的硫化氢，如甲基二乙醇胺吸收法;当天然气中硫化氢组分分压高，而硫醇含量高时，可采用联合吸收法，如以环丁砜为物理吸收剂的Sulfinol-D法、Sulfinol-M法;当生产环境位于高寒地区时，可采用二甘醇胺吸收法;当天然气中含有较多的重烃，可采用适用性较强的醇胺吸收法。

3.醇胺法的工艺原理

醇胺法是使用性较广的脱硫方法，其工艺原理是利用高压吸收设备对天然气原料气进行吸收分离和净化，然后通过再生系统对醇胺和酸性组分生成的化合物進行逆向分解，从而将酸性气体重新释放出来。

醇胺法的吸收剂可根据生产的实际情况进行灵活选择，通常采用的是化学结构中含有羟基和胺基氮的化合物。其中的羟基能够起到降低化合物蒸气压的作用，同时增加化合物在溶液中的溶解度，因此有利于吸收剂的水性溶解，也便于多种吸收剂相容。其中的胺基氮能够起到碱化溶液的作用，便于促进碱性溶液对原料气中酸性气体的吸收。

4.醇胺溶液的性能比较及其应用

醇胺吸收剂性能不同对醇胺吸收法应用的效果也有区别，不同的醇胺吸收剂在天然气脱硫性能方面有如下表现（如表1）。

具有选择性的方法有甲基二乙醇胺法和Sulfinol-M法，其中，前者稳定性好，对气相的损失小，而且能耗低;后者环丁砜损失率较高运行成本相对更高，因此在天然气原料气中二氧化碳与硫化氢比值较高的情况下可采用甲基二乙醇胺法，而二氧化碳与硫化氢比值较低的情况下可采用Sulfinol-M法。

5.结语

综上所述，本文对天然气脱硫方法进行了梳理分析，围绕醇胺法原理及该方法不同吸收剂进行的性能对比分析。在实际的天然气脱硫生产工艺中，工作人员需要结合实际条件和原料气的组分情况来科学选择脱硫方法，以满足后续生产的硫含量要求。