含硫天然氣脫硫脫水工藝技術(shù)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(jì)不僅是一個(gè)信息大爆炸的時(shí)代， 同時(shí)也是一個(gè)能源消耗的時(shí)代。 當(dāng)前人類(lèi)日常生活中所使用的能源絕大多數(shù)是不可再生能源，像是煤炭、石油和天然氣。 根據(jù)有關(guān)的調(diào)查顯示，國(guó)內(nèi)含硫氣田的天然氣產(chǎn)量大概占全國(guó)60%左右， 而硫化物對(duì)于環(huán)境和人體都有一定程度的傷害。 因此，有必要對(duì)天然氣中的硫化物進(jìn)行過(guò)濾。 本文接下來(lái)將對(duì)含硫天然氣的脫硫脫水工藝方案進(jìn)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(zhì)等。 但是剛從油氣田提取出來(lái)的天然氣一般都含有較高的硫，有機(jī)硫和各種硫化物是常見(jiàn)的雜質(zhì)。 根據(jù)化學(xué)常識(shí)知道，在有水的情況下，硫化物中的H2S 會(huì)和鐵構(gòu)件發(fā)生一系列的反應(yīng)，從而導(dǎo)致金屬失去原本的特性，出現(xiàn)腐蝕的情況。 同時(shí)如果人體長(zhǎng)期處于含有較高硫的環(huán)境中會(huì)與人體中的水分結(jié)合是人體形成酸性的環(huán)境，對(duì)人體的健康產(chǎn)生影響。 因?yàn)榱驅(qū)τ谌梭w和環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生很大的危害， 因此在用戶(hù)接觸到天然氣前都需要將硫出去。 下面將對(duì)含硫天然常用的脫硫和脫水工藝方案進(jìn)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(xué)反應(yīng)類(lèi)、物理分離類(lèi)、生物法脫硫等，下面一一進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1、化學(xué)法脫硫

化學(xué)法脫硫主要包括分濕法和干法兩大類(lèi)。 其中濕法主要是指將含硫天然氣與液體進(jìn)行接觸， 從而把氣體中的硫化物轉(zhuǎn)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(yīng)，從而促使對(duì)天然氣中硫化物的吸收。氨洗法對(duì)不同天然氣組成有廣泛的適應(yīng)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(jìn)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(jī)的催化劑將注入含硫天然氣的溶液中的硫化氫轉(zhuǎn)為硫磺，進(jìn)而再通過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)使之轉(zhuǎn)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(tǒng)化學(xué)難吸收的缺點(diǎn)。

干法脫硫指的是用固體物質(zhì)的固定床作為酸氣組分的反應(yīng)區(qū)。 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?zé)N含量低的工況）、分子篩法（適用于已脫除H2S 的天然氣進(jìn)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(qū)油后的伴生氣處理而開(kāi)發(fā)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(xì)管孔，根據(jù)氣體中不同成分的分子直徑的不同進(jìn)行篩選和分離。膜分離技術(shù)由于同時(shí)具備分離、濃縮、純化和精制的功能，因而被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)中。 物理法脫硫?qū)τ诿摿蚬に囉休^高的要求，因此，在實(shí)際的脫硫中脫硫人員一定要有一定的經(jīng)驗(yàn)，注意細(xì)節(jié)。

3、生物法脫硫

生物法脫硫指的是利用發(fā)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(huán)境中，將硫化氫轉(zhuǎn)化為硫單質(zhì)和硫酸。 生物脫硫法中，不同的微生物會(huì)將硫化氫轉(zhuǎn)換為不同的物質(zhì)。 生物法脫硫是一種可再生的脫硫方法，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，但是對(duì)所處的反應(yīng)環(huán)境要求較高。

三、脫水工藝方案

從油氣井所留出來(lái)的天然氣一般都會(huì)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(huán)境， 會(huì)腐蝕金屬設(shè)備。 同時(shí)過(guò)多的水分也會(huì)大大降低天然氣管道的傳輸速率。因此，需要對(duì)從油井出來(lái)的天然氣進(jìn)行脫水處理。 常見(jiàn)的脫水技術(shù)有低溫法、溶劑吸收法、固體吸附法、化學(xué)反應(yīng)法和膜分離法等。 其中，低溫脫水法對(duì)于環(huán)境的要求較高，需要在高壓的環(huán)境下，利用高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫實(shí)現(xiàn)。 但是對(duì)于低壓天然氣使用這種方法就需要進(jìn)行增壓，從而增加了工業(yè)成本。 下面主要對(duì)溶劑吸收法和固體吸附法進(jìn)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(qiáng)親水性的醇類(lèi)物質(zhì)作為吸水劑。 在天然氣脫水中所采用的醇類(lèi)一般包括二乙醇、二甘醇、三甘醇等。甘醇脫水過(guò)程一般是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。 對(duì)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(shè)置一個(gè)富液汽提塔，這個(gè)塔的作用是將所吸收出來(lái)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(jìn)行脫硫處理。

2、固體吸附法

因?yàn)楣腆w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(mén)獲得了廣泛的應(yīng)用。 在天然氣加工中，脫水、脫硫過(guò)程都可以應(yīng)用吸附法。 固體吸附法主要是利用多孔的固體，當(dāng)水分與其表面接觸時(shí)就會(huì)被吸附在固體的表面，在實(shí)際過(guò)程中主要包括物理吸附和化學(xué)吸附。 一般在低溫環(huán)境下進(jìn)行的是物理吸附，而在高溫環(huán)境下進(jìn)行的則是化學(xué)吸附。 天然氣在進(jìn)行脫水的時(shí)候需要采用固定的吸附塔， 同時(shí)為了保證吸水過(guò)程的連續(xù)性，吸水塔一般是并聯(lián)的進(jìn)行排列，而每個(gè)塔內(nèi)部，三個(gè)功能交替的作用。

結(jié)束語(yǔ)

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(wù)。 在對(duì)含硫天然氣進(jìn)行脫水脫硫時(shí)需要根據(jù)天然氣的組成成分以及其技術(shù)指標(biāo)， 通過(guò)比較工藝方法特點(diǎn)以及其具體的流程來(lái)確定技術(shù)方案。 一般以經(jīng)濟(jì)、效率為參考標(biāo)準(zhǔn)。

[1]諸林,天然氣加工工程（第二版）》，北京：石油工業(yè)出版社，2008 年

[2]王蘭芝，李桂明，天然氣凈化技術(shù)研究進(jìn)展，天然氣進(jìn)化研究進(jìn)展，2006 年

[3]羅云峰，龍曉達(dá)，生物脫硫技術(shù)在西南油氣田的應(yīng)用前景探討，石油與天然氣化工，2006 年