天然氣脫硫應(yīng)用的主要方法探討

任茜茜

【摘要】本文介紹了天然氣脫硫應(yīng)用的主要方法：化學(xué)吸收法、物理吸收法、混合吸收法、生物脫硫法和膜分離法，針對其采用的吸收劑、工藝分別介紹了每種方法的特點和應(yīng)用范圍。

【關(guān)鍵詞】天然氣凈化脫硫

1化學(xué)吸收法

化學(xué)吸收法通常是指醇胺法，它是目前天然氣脫硫工藝中最常用的方法。目前常見的脫硫劑有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、二甘醇胺（DGA）、二異丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）。醇胺溶液吸收酸氣實質(zhì)上就是氣相中的H2S與CO2傳質(zhì)進入液相并與醇胺溶液發(fā)生反應(yīng)的過程。最早用于天然氣脫硫的化學(xué)溶劑醇胺法工藝是MEA和DEA，堿性強、反應(yīng)速度快，并有一定的脫除有機硫的能力，是20世紀80年代以前主要采用的脫硫方法。由于這些溶劑存在著無選擇性、易熱降解、對設(shè)備腐蝕嚴重、消耗量大等缺點，進入80年代后，為改善這些缺點的具有吸引力的DIPA和MDEA等脫硫劑逐漸進入工業(yè)應(yīng)用，特別是以MDEA為脫硫劑的選擇性吸收脫硫工藝，自開始在工業(yè)上應(yīng)用以來，其顯著的節(jié)能效果，并具備使用濃度高、腐蝕輕微、不易降解變質(zhì)、脫硫化氫選擇性高、能耗低等優(yōu)點，在國內(nèi)成為快速發(fā)展的一種脫硫工藝。

2物理吸收法

物理吸收法全部采用有機復(fù)合物做吸收劑。利用吸收劑對硫化物的溶解性脫硫，在脫硫過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于該法存在共吸現(xiàn)象（吸收劑吸收H2S的同時吸收了很多重烴），影響凈化氣的熱值和硫磺的質(zhì)量，因而多用來吸收酸氣分壓高（一般大于0．35MPa）、重烴含量低的天然氣。物理吸收法的優(yōu)點：處理量大、再生容易、大部分酸氣可減壓閃蒸出來；溶劑循環(huán)量和設(shè)備體積小、專用系統(tǒng)簡單、基建和操作費用低，溶劑一般無腐蝕性、不易產(chǎn)生泡沫，可同時脫除有機硫（硫醇和COS）而本身不降解，穩(wěn)定性好、不易發(fā)生凍結(jié)等。常見的物理吸收法有多乙二醇二甲醚法（Selexol法）、低溫甲醇法（Rectiol法）、N甲基吡咯烷酮法（Purisol法）和磷酸三丁酯法（24tasolvan法）。但是溶劑價格昂貴和存在共吸現(xiàn)象限制了該法的發(fā)展。

3混合吸收法

混合吸收法是將化學(xué)吸收劑和物理吸收劑相混合，達到同時具備化學(xué)法和物理法優(yōu)點的目的。該法運行靈活，適應(yīng)性強，可以根據(jù)不同的酸氣成分處理要求配制不同的吸收劑，發(fā)泡趨勢小。

3.1Sulfinol法

Sulfinol法是砜胺法脫硫中的一種，它采用的吸收劑包括物理吸收劑環(huán)丁砜和化學(xué)吸收劑，化學(xué)吸收劑可采用任一種醇胺化合物，最常用的是二異丙醇胺（DIPA）和甲基二乙醇胺（MDEA），因而有Sulfinol－DIPA法和Sulfinol－MDEA法。Sulfinol工藝與一般醇胺法類似，主要特點是酸氣負荷高，再生能耗低，凈化能力強，凈化氣能到達商品氣的質(zhì)量指標。Sulfinol法投資及操作費用低，而且可以通過調(diào)節(jié)砜胺比例獲得最佳經(jīng)濟效益。

3.2Hybfisol法

Hybrisol工藝是由ElfAquitaine最近才開發(fā)成功的，吸收劑由甲醇、仲胺和叔胺混合而成，它將甲醇的物理溶解特性和仲胺及叔胺的化學(xué)活性及選擇性吸收結(jié)合為一體，而且由于甲醇的存在，混合溶劑脫除有機硫的能力顯著增加。Hybfisol法適用于處理絕大多數(shù)富含烴類的酸性、高酸性天然氣或伴生原料氣。

3.3活化MDEA法

活化MDEA溶劑又稱α－MDEA溶劑，它是由MDEA溶液加入活化劑（常用的活化劑是MEA、DEA）混合而成，其目的是提高CO2的吸收效率，主要用于原料氣中H2S含量非常少，但有需要大量脫除CO2的場合。

4生物脫硫法

生物脫硫利用微生物新陳代謝進行硫的脫除，其操作條件溫和，流程簡單，操作費用低，具有較明顯的競爭優(yōu)勢，應(yīng)用和發(fā)展前景較為廣闊。由于生物酶催化反應(yīng)的專一性，對于不同形態(tài)的硫，適用的脫硫細菌不一樣。這類細菌在有氧條件下可以利用氧化鐵、硫和硫化氫等無機物獲得能量，以固定空氣中CO2而進行繁殖，并在酸性或堿性條件下生長。目前，常見的無機化能自養(yǎng)脫硫細菌主要有氧化亞鐵硫桿菌（T．ferroox－idans）、脫氮硫桿菌（T．denitrificans）、氧化硫硫桿菌（T．thiooxidans）以及排硫硫桿菌（T．thioparus）等。目前處理含H2S氣體實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的生物脫硫工藝只有Shell－Paques、Thiopaq和Bio－SR兩種，它們均利用了細菌間接氧化作用進行脫硫，只是處理溶液的脫硫及再生方式和細菌生存條件有所不同。生物脫硫用于中低含硫天然氣的凈化處理，技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。對含硫天然氣的處理，硫磺處理能力宜在5t／d以內(nèi)。生物脫硫工藝流程簡單，操作維護簡單方便；化學(xué)品消耗少，能耗較低，不需化學(xué)催化劑，細菌使用過程中不會失活，無需更換，自動再生，運行中僅需加入堿、營養(yǎng)液和補充水；脫硫效果好，能保證脫硫后H2S含量小于4×10－6（g／g）；處理裝置不存在硫堵、溶液發(fā)泡問題，由于生成的硫磺為親水性，硫磺不會堵塞管線；不僅可用于天然氣脫硫，也可以進行硫磺回收，除處理含硫天然氣外，還可用于處理再生酸氣和硫回收裝置尾氣。

5結(jié)語

天然氣脫硫工藝技術(shù)發(fā)展的總體趨勢可歸納如下：針對現(xiàn)有天然氣脫硫工藝的不足加以改進和完善，大力研究發(fā)展新的醇胺法脫硫工藝，提高醇胺法脫硫的處理能力和處理效率將是未來脫硫工藝發(fā)展的方向之一；混合脫硫法有著高效節(jié)能、不易起泡、脫硫效率高等優(yōu)點，有取代MEA、DEA、DIPA的趨勢；為降低投資和操作費用，工藝流程也將不斷被改進優(yōu)化。增加一個原料預(yù)接觸器、吸收塔采取多點進料、胺液分流、用變壓再生替代重沸器熱再生等都是典型的改進；低成本、適應(yīng)性強、環(huán)境友好型的脫硫工藝，如生物脫硫（BDS）和膜分離法脫硫，將得到發(fā)展，且可考慮與氣體方法聯(lián)合使用。

總之，各種天然氣脫硫方法都有其優(yōu)勢和一定的使用局限性，需要根據(jù)不同的處理對象和要求，采用合適的方法進行脫硫。

參考文獻：

[1]王金玉，王治紅，黃治宇，高含硫天然氣凈化工藝技術(shù)進展[J].石油化工應(yīng)用，2008，27（6）：4～8.