天然气的湿法脱硫技术研究

　　作者：李新建

　　摘 要：天然气是一种优质能源，应用前景广阔，但必须经过脱硫处理。湿法脱硫工艺被广泛采用， 湿法又可分为化学吸收法、物理吸收法、混合吸收法和氧化还原法，每种方法都有自己的特点和适用场合。总结了这些方法，并说明了其特点和应用，天然气脱硫工艺日趋完善，脱硫技术正向着多样化、环保、节能的方向发展。

　　关键词：天然气 湿法脱硫 工艺流程

　　前言

　　天然气的主要成分是甲烷、乙烷，同时还伴生H2S、CO2、硫醇等酸性气体。酸性气体，特别是H2S，是有害气体，会腐蚀管道和设备，当天然气作为工业原料时，硫会导致催化剂中毒。我国2001年开始实施的天然气质量标准对商品天然气的成分做出了明确规定一类天然气中H2S≤6mg/ m3。因此天然气无论是作为民用燃料，还是作为工业原料，脱硫处理都是非常必要的。

　　根据脱硫工艺中的脱硫剂的相态不同，脱硫分为干法和湿法两大类。常见的干法脱硫剂有海绵铁、分子筛、氧化锌、活性炭，由于脱硫剂一般不能再生，大规模工业上应用较少。湿法脱硫采用溶液作为脱硫剂，通过吸收-再生装置实现连续循环使用，目前广泛用于大规模天然气的净化。湿法脱硫根据吸收原理的差异，又可分为物理吸收法、化学吸收法、混合吸收法和氧化吸收法。

　　一、物理吸收法

　　该方法采用有机溶剂作吸收剂，通过物理方法将天然气中的酸性气体脱除。由于该法存在共吸现象，影响净化气的热值和硫磺的质量，因而多用来吸收酸气分压高、重烃含量低的天然气。物理吸收法处理量大、再生容易、大部分酸气可减压闪蒸出来；溶剂一般无腐蚀性、不易产生泡沫，可同时脱除有机硫而本身不降解，稳定性好、损耗率低、不易发生冻结[2]，但是溶剂价格昂贵和存在共吸现象限制了该法的发展。

　　1. 脱硫原理

　　利用吸收剂对硫化物的溶解性脱硫，在脱硫过程中不发生化学反应。

　　2、工艺流程

　　以多乙二醇醚为例，其脱硫的工艺流程为原料气由吸收塔下部入塔，与从塔顶流下的多乙二醇醚溶剂逆流接触，脱除酸气、有机硫后，净化气由塔顶流出。多乙二醇醚溶剂富液经水力透平回收能量后，进入高压闪蒸罐，闪蒸气体加压后返回吸收塔。高压闪蒸后的富液进入低压闪蒸罐，脱除溶解的气体。为了使净化气中的H2S含量小于6mg/ m3，溶液还必须进行汽提再生，然后将贫液泵送至吸收塔循环使用。

　　二、化学吸收法

　　化学吸收法通常是指醇胺法，它是目前天然气脱硫工艺中最常用的方法，它利用碱性醇胺溶液在常温下与H2S、CO2等酸性气体中和反应生产盐来实现脱硫目的，所得吸收富液再通过升温、降压，分解盐来释放出H2S、CO2，从而实现吸收剂的循环使用。该方法不会造成重烃的大量损失，能完全脱除H2S、CO2，也可以选择性脱除H2S，但是对有机硫的脱除效率低。

　　1 脱硫机理

　　化学吸收法脱硫常见的脱硫剂有一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺，它们至少有一个羟基和一个胺基。羟基起着减少蒸汽压和增加溶解度的作用，而胺基使水溶液显碱性，从而达到吸收天然气中的酸性气体的目的[2]。醇胺溶液吸收酸气实质上就是气相中的H2S与CO2传质进入液相并与醇胺溶液发生反应的过程。

　　2 醇胺法脱硫的工艺流程

　　醇胺法脱硫过程的典型工艺流程为：含H2S和CO2的原料气体先经过分离器除去液体和固体后，再进入吸收塔下部，向上流动的气体与由上而下的醇胺溶液逆流接触，醇胺溶液吸收酸气，净化后的天然气由塔顶流出。富液由塔底流出，经闪蒸罐蒸出吸收的烃类气体后，再经过过滤器、换热器至解吸塔上部，沿解吸塔与蒸汽逆流接触，使酸气解吸，吸收液得到再生。再生后的醇胺贫液从重沸器底部流出，在贫富液换热器中与冷富液换热，再循环回吸收塔。解吸塔顶流出的酸气和水蒸气经过冷凝器和回流罐，酸气从罐顶分离出去并送往硫磺回收装置，凝结的水蒸汽作为回流液返回解吸塔顶[2]。

　　三、混合吸收法

　　混合吸收法是将化学吸收剂和物理吸收剂相混合，达到同时具备化学法和物理法优点的目的。由于物理吸收剂的参与，会使得混合液在高酸气分压下，具有较高的酸气负荷力，由蒸汽压和溶解降解引起的溶解损失也会减少。该法运行灵活，适应性强，可以根据不同的酸气成分处理要求配制不同的吸收剂，发泡趋势小。混合溶剂的价格通常比醇胺溶剂高。

　　Sulfinol法是是混合吸收法的一种，它采用的吸收剂包括物理吸收剂环丁砜和化学吸收剂醇胺化合物，但最常用的是二异丙醇胺。Sulfinol-DIPA适用于所有酸性气体和有机硫的深度脱除，也用于较宽范围CO2的脱除。Sulfinol法投资及操作费用低，而且可以通过调节砜胺比例获得最佳经济效益[5]。但是砜胺法存在吸收重烃的缺点，而且重烃不易通过闪蒸释放，所以砜胺法不宜用于高含重烃的天然气净化。

　　四、氧化还原法

　　氧化还原法以氧化还原反应为基础，H2S被溶液吸收后直接催化氧化为单质硫，然后鼓入空气，催化剂得以氧化再生。该方法脱硫效率高，净化后的气体残硫量低，运行成本低，但在天然气净化中应用并不广泛，主要适用于压力低、总量少的场合。

　　五、结论

　　目前国内外脱硫技术发展非常快，国内诸如罗家寨气田、普光气田等一批高含硫气田相继开发，对脱硫工艺提出了新的要求。湿法脱硫经过单一配方溶剂、复方脱硫溶剂的发展后，已经进入了一个定向超功能有机化合物溶剂的崭新阶段，根据特定的原料气组成，有针对性地合成集醇胺、催化剂和活化剂特性于一身的有机化合物溶剂，从而实现高选择性、低副作用的效果。混合脱硫法有着高效节能、不易起泡、脱硫效率高等优点，有取代MEA、DEA、DIPA的趋势。近年来，还涌现出了生物脱硫技术、膜分离技术等新型脱硫技术，具有低成本、适应性强、环境友好型的特点，将得到进一步发展。另外，在原有工艺上不断改进和优化，降低投资成本和运行费用也是一个发展方向，增加一个原料预接触器、吸收塔采取多点进料、胺液分流、用变压再生替代重沸器热再生等都是典型的改进。

　　参考文献

　　[1] 曾自强，张育芳.天然气集输工程[M]，北京；石油工业出版社，2001，381～392

　　[2] 沈春红，夏道宏.国内外脱硫技术进展[J].石化技术，1999，6（1）：44～47

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2019-08-16