幾種天然氣脫硫脫碳工藝研究

楊廣

摘 要：我國相關(guān)部門規(guī)定，天然氣的使用都必須要提前經(jīng)過一道凈化環(huán)節(jié)。通過物理方法、化學(xué)方法以及物理化學(xué)方法等將天然氣中的無機硫、有機硫以及二氧化碳進行脫除。基于此，本文重點針對天然氣脫硫脫碳工藝進行了詳細的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：天然氣;脫硫脫碳工藝

所謂天然氣，指的是以甲烷為主要成分的，深埋在地下、海洋下的能源，可以用作燃料和化工原料。但是，從地下開采出來的天然氣都會含有大量的硫化物和二氧化碳。其中，硫化物是一種劇毒物質(zhì)，如果不經(jīng)過處理就直接使用，會加速酸雨的形成。而二氧化碳則是造成溫室效應(yīng)的主要物質(zhì)。所以，為了符合我國環(huán)境保護的要求，保證天然氣的使用安全，必須要對天然氣進行脫硫脫碳處理。

一、幾種天然氣脫碳工藝

（一）醇胺法

醇胺法是一種非常有效的天然氣碳元素脫除方法。在醇胺法的應(yīng)用過程中，活化MDEA工藝的應(yīng)用效果最好。活化MDEA技術(shù)的應(yīng)用原理與醇胺的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。首先，醇胺的分子結(jié)構(gòu)中至少含有一個羥基，可以降低化合物的蒸氣壓，提高化合物的水溶性。其次，醇胺的分子結(jié)構(gòu)中至少含有一個胺基，可以使溶液呈現(xiàn)出堿性的特點。正是因為醇胺分子結(jié)構(gòu)的特殊性，所以與天然氣中的硫化氫和二氧化碳進行結(jié)合，就可以通過酸堿中和的原理實現(xiàn)二氧化碳的順利脫除。

（二）膜+醇胺法處理工藝

膜+醇胺法處理工藝，其實是一種集成工藝，包含以下兩部分。第一膜脫離單元、主要作用是以不同的氣體有著不同的高分子聚合物的溶解與擴散差異為基礎(chǔ)，借助膜兩側(cè)的分壓差來促進氣體滲透通過纖維壁。第二醇胺法單元，對氣體進行進一步的分離，徹底達到氣體分離的目的。膜+醇胺法處理工藝的應(yīng)用，膜兩側(cè)相應(yīng)組分的分壓差、膜的面積以及膜的選擇分離性，既是膜分離的三要素，也是天然氣脫碳過程中的主要推動力。對天然氣中的氣體進行分析，可以將其分為“快氣”和“慢氣”兩部分。其中，快氣指的是性質(zhì)相對活潑的氣體，主要包含以下幾種：第一水、第二氫氣、第三氦氣、第四硫化氫、第五二氧化碳等。而“慢氣”指的是性質(zhì)比較穩(wěn)定的氣體，包含以下幾種：第一各種烴類、第二氮氣、第三一氧化碳、第四氬氣等。正是因為不同氣體的性質(zhì)差異較大，所以才可以通過膜技術(shù)對天然氣中的很多氣體進行分離[1]。

（三）低溫分離工藝

低溫分離工藝的應(yīng)用原理為：天然氣中不同的氣體組分有著不同的揮發(fā)度，運用冷凍制冷的方式，就可以在低溫環(huán)境下實現(xiàn)氣體中所有組分的冷凝。之后，由于不同物質(zhì)的蒸發(fā)溫度差異較大，所以只需要運用蒸餾法就可以實現(xiàn)冷凝物中各個物質(zhì)的逐一分離。

（四）變壓吸附工藝

目前，變壓吸附工藝，又叫做PSA工藝，其應(yīng)用原理為：同一吸附劑在不同氣體當中，有著不同的吸附量。將吸附劑應(yīng)用到天然氣混合物中，就可以通過吸附劑的揮發(fā)作用來吸附出天然氣中的雜質(zhì)組分。然后再運用減壓技術(shù)，就可以釋放出這些被吸附的氣體，而吸附劑則恢復(fù)原始狀態(tài)，繼續(xù)吸附天然氣混合物中雜質(zhì)組分。根據(jù)相關(guān)專家學(xué)者的研究，確定了在變壓吸附工藝中，二氧化碳的吸附力最強，一氧化碳次之、甲烷較弱，氫氣的吸附力最差[2]。

（五）膜+變壓吸附技術(shù)

膜+變壓吸附技術(shù)也是一種集成工藝，包含以下兩部分。首先，是膜分離單元，又可以細分為兩個部分：其一是預(yù)處理部分、其二是膜分離部分。其中，預(yù)處理部分又可以細分為三個部分，即加熱器、過濾器和除霧器。其次，是變壓吸附單元。工作人員需要對原料量以及天然氣產(chǎn)品的純度等要求進行分析，并以此為基礎(chǔ)對膜的參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以此來降低天然氣中的二氧化碳含量，并達到最終的氣體分離目的。

二、幾種天然氣脫硫工藝

（一）濕法脫硫工藝工藝

1.化學(xué)吸附法

以脫除機制和作用原理為標準，化學(xué)吸附法又可以分成兩種：一種是胺法，另一種是直接轉(zhuǎn)換法。

首先，胺法，與醇胺法脫碳相似，即以醇胺溶液為媒介，利用羥基來降低天然氣的蒸氣壓，提高化合物的溶解度;利用胺基來使化合物呈堿性，進而通過化合物與酸性氣體的反應(yīng)來達到硫化物和二氧化碳脫除的目的。胺法的應(yīng)用優(yōu)勢為凈化度高、適用范圍廣;應(yīng)用缺點為設(shè)備規(guī)模大，應(yīng)用成本高。

其次，直接轉(zhuǎn)化法，即直接通過含氧溶液的應(yīng)用，將溶液中的硫化氫轉(zhuǎn)化成硫元素。這種方法可以對脫硫和硫進行有效的回收，所以其應(yīng)用成本更低。而且，這種方法的應(yīng)用優(yōu)勢為，硫的脫除率較高，且無需對脫除后的氣體進行處理。應(yīng)用缺點為溶液的循環(huán)量太大，需要為其提供源源不斷的動力。

2.物理吸納法

物理吸附法的應(yīng)用原理是在不同的溶液中，酸性氣體的溶解度不同。一般情況下，多乙二醇二甲醚和碳酸丙烯酯是最常用的脫除劑。因為硫化氫的溶解度高于二氧化碳的溶解度，所以需要科學(xué)選擇物理溶劑。由于其工作原理不是化學(xué)反應(yīng)方式，而是物理溶解方式，所以整個脫除環(huán)節(jié)不會消耗過多的能量。其應(yīng)用優(yōu)勢為選擇性好、能耗小。應(yīng)用缺點為對反應(yīng)裝置要求苛刻，溶液成本高。

3.物理化學(xué)脫硫法

物理化學(xué)脫硫法在我國天然氣脫硫過程中有著極為廣泛的應(yīng)用，主要是通過物理技術(shù)和化學(xué)技術(shù)的相互作用來達到脫硫目的的。例如，Sulfionl-D和Sulfionl-M是兩種不同的溶劑，將兩種溶劑混合起來，比單純使用一種溶劑的凈化效果更好，脫有機硫的效率更高[3]。

（二）干法脫硫技術(shù)

1.鐵系列脫硫劑

在眾多干法脫硫技術(shù)當中，氧化鐵脫硫法的應(yīng)用最為廣泛，效果也最好。因為這種脫硫工藝的應(yīng)用操作難度較低，能耗較小，所以在城市燃氣、天然氣的脫硫技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。

2.克勞斯氧化法

以硫化氫為原料，在克勞斯燃燒爐中，尾氣部分的硫化氫就會通過氧化反應(yīng)生成二氧化硫，然后二氧化硫與硫化氫就會發(fā)生反應(yīng)，生成硫磺。這就是所謂的克勞斯氧化法，又被人們稱為干式氧化法。這是我國最傳統(tǒng)天然氣脫硫技術(shù)，以氣體流量的不同為標準，可以分為三種：第一直流克勞斯法、第二分流克勞斯法、第三直接氧化克勞斯法。

3.微生物脫硫技術(shù)

在天然氣凈化過程中，微生物脫硫技術(shù)的應(yīng)用，可以直接通過發(fā)酵液中的微生物來達到天然氣的凈化目的。因為，當硫化氫被溶液吸收之后，就會被溶液中的細菌轉(zhuǎn)化成硫元素。Bio-SR、Shell-Paquas、DDS都是最常用的微生物脫硫工藝，但是我國在微生物脫硫方面的研究還十分有限，所以其應(yīng)用范圍還十分有限[4]。

三、結(jié)語

綜上所述，在我國社會經(jīng)濟的發(fā)展過程中，對于能源的需求也來越高，環(huán)保意識與安全意識也越來越高。在這種情況下，在使用天然氣之前必須要對其進行凈化處理。雖然我國的天然氣脫硫脫碳工藝較多，但是每一種天然氣脫硫脫碳工藝依然有很大的進步空間。所以，我們要進一步加強更加先進天然氣脫硫脫碳工藝的研究與推廣，不斷的提升天然氣凈化水平。

參考文獻：

[1]贠瑩，高峰.天然氣脫硫脫碳工藝技術(shù)進展[J].化工管理，2020，（19）：168-171.

[2]陳水財.關(guān)于天然氣脫硫脫碳工藝的選擇分析[J].化工管理，2017，（29）：36.

[3]周新.天然氣脫硫脫碳工藝綜述[J].化工設(shè)計通訊，2017，43（3）：11，32.

[4]宗月，仇陽，王為民， 等.天然氣脫硫脫碳工藝綜述[J].化工管理，2019，（4）：200-202.