含硫天然氣脫硫脫水工藝技術方案研究

鄒春妍(璧山縣民生液化天然氣有限公司 重慶 402764)

引言

21 世紀不僅是一個信息大爆炸的時代， 同時也是一個能源消耗的時代。 當前人類日常生活中所使用的能源絕大多數是不可再生能源，像是煤炭、石油和天然氣。 根據有關的調查顯示，國內含硫氣田的天然氣產量大概占全國60%左右， 而硫化物對于環境和人體都有一定程度的傷害。 因此，有必要對天然氣中的硫化物進行過濾。 本文接下來將對含硫天然氣的脫硫脫水工藝方案進行探討。

一、含硫天然氣綜述

天然氣是一種多成分組成的混合氣體，主要包含各種烷烴、飽和水、雜質等。 但是剛從油氣田提取出來的天然氣一般都含有較高的硫，有機硫和各種硫化物是常見的雜質。 根據化學常識知道，在有水的情況下，硫化物中的H2S 會和鐵構件發生一系列的反應，從而導致金屬失去原本的特性，出現腐蝕的情況。 同時如果人體長期處于含有較高硫的環境中會與人體中的水分結合是人體形成酸性的環境，對人體的健康產生影響。 因為硫對于人體和環境都會產生很大的危害， 因此在用戶接觸到天然氣前都需要將硫出去。 下面將對含硫天然常用的脫硫和脫水工藝方案進行論述。

二、脫硫工藝方案

含硫天然氣的脫硫工藝主要包括化學反應類、物理分離類、生物法脫硫等，下面一一進行簡單的介紹。

1、化學法脫硫

化學法脫硫主要包括分濕法和干法兩大類。 其中濕法主要是指將含硫天然氣與液體進行接觸， 從而把氣體中的硫化物轉移到液體中。 濕法脫硫一般包括氨洗法、熱堿法和液相催化氧化法。 其中氨洗法指的是將含硫天然氣通入含有氨基的堿性水溶液中，利用氨基與酸化合物之間的中和反應，從而促使對天然氣中硫化物的吸收。氨洗法對不同天然氣組成有廣泛的適應性。熱堿法的原理和氨洗法差不多， 就是將含硫化氫氣體與堿性液體進行充分的混合利用堿性中和硫化氫。 液相催化氧化法是指利用有機的催化劑將注入含硫天然氣的溶液中的硫化氫轉為硫磺，進而再通過一系列的化學反應使之轉化為其氧化物的形式。這種方法適用于各種氣體的脫硫， 克服了傳統化學難吸收的缺點。

干法脫硫指的是用固體物質的固定床作為酸氣組分的反應區。 固體脫硫法中，常用的脫硫劑有氧化鐵（海綿鐵）、活性炭、泡沸石和分子篩等，其中海綿鐵法用的較多。 由于他們吸附硫容量較低，一般只用于含低至中等濃度H2S 或硫醇的氣體，不適用于含酸氣（H2S）較高的工況。

2、物理法脫硫

物理法脫硫包括物理溶劑法 （適用于天然氣中酸氣分壓高且重烴含量低的工況）、分子篩法（適用于已脫除H2S 的天然氣進一步脫除硫醇13X 和5A）、膜分離法（適用于高酸氣濃度的天然氣處理，可作為第一步脫硫脫碳措施，與胺法組合是一種好的安排）、低溫分離法（系為CO2 驅油后的伴生氣處理而開發的工藝）等。 其中膜分離法的原理是在薄膜的表皮層中，有很多毛細管孔，根據氣體中不同成分的分子直徑的不同進行篩選和分離。膜分離技術由于同時具備分離、濃縮、純化和精制的功能，因而被廣泛的應用于各行各業中。 物理法脫硫對于脫硫工藝有較高的要求，因此，在實際的脫硫中脫硫人員一定要有一定的經驗，注意細節。

3、生物法脫硫

生物法脫硫指的是利用發酵液中的各種微生物， 像是脫硫桿菌、氧化硫硫桿菌等，在缺氧的環境中，將硫化氫轉化為硫單質和硫酸。 生物脫硫法中，不同的微生物會將硫化氫轉換為不同的物質。 生物法脫硫是一種可再生的脫硫方法，不會對環境造成影響，但是對所處的反應環境要求較高。

三、脫水工藝方案

從油氣井所留出來的天然氣一般都會攜帶一定量的水分。天然氣中的水分與二氧化碳和硫化氫形成酸性環境， 會腐蝕金屬設備。 同時過多的水分也會大大降低天然氣管道的傳輸速率。因此，需要對從油井出來的天然氣進行脫水處理。 常見的脫水技術有低溫法、溶劑吸收法、固體吸附法、化學反應法和膜分離法等。 其中，低溫脫水法對于環境的要求較高，需要在高壓的環境下，利用高壓天然氣節流膨脹降溫實現。 但是對于低壓天然氣使用這種方法就需要進行增壓，從而增加了工業成本。 下面主要對溶劑吸收法和固體吸附法進行論述。

1、溶劑吸收法

溶劑吸收法是利用親水的溶劑與天然氣充分接觸， 然后使天然氣中的水分傳遞到溶劑中。 溶劑吸水法師目前最常用的一種吸水方法，常采用具有強親水性的醇類物質作為吸水劑。 在天然氣脫水中所采用的醇類一般包括二乙醇、二甘醇、三甘醇等。甘醇脫水過程一般是一個連續的過程。 對于含有較高硫化氫的天然氣，需要在核心的吸收塔裝置前部設置一個富液汽提塔，這個塔的作用是將所吸收出來的硫化氫重新返回到吸收塔， 將其與甲烷等輸送到脫硫裝置中進行脫硫處理。

2、固體吸附法

因為固體吸附法在占地小并且成本低、 效率高， 因而在化工、冶金、石油煉制等部門獲得了廣泛的應用。 在天然氣加工中，脫水、脫硫過程都可以應用吸附法。 固體吸附法主要是利用多孔的固體，當水分與其表面接觸時就會被吸附在固體的表面，在實際過程中主要包括物理吸附和化學吸附。 一般在低溫環境下進行的是物理吸附，而在高溫環境下進行的則是化學吸附。 天然氣在進行脫水的時候需要采用固定的吸附塔， 同時為了保證吸水過程的連續性，吸水塔一般是并聯的進行排列，而每個塔內部，三個功能交替的作用。

結束語

綜上所述， 含硫天然氣的脫硫脫水工藝是天然氣處理廠的核心任務。 在對含硫天然氣進行脫水脫硫時需要根據天然氣的組成成分以及其技術指標， 通過比較工藝方法特點以及其具體的流程來確定技術方案。 一般以經濟、效率為參考標準。

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[2]王蘭芝，李桂明，天然氣凈化技術研究進展，天然氣進化研究進展，2006 年

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