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天然气脱硫脱水处理技术研究

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：张家慧

[导读] 摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。

        中石化石油工程设计有限公司山东东营 257000
        摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。天然气作为化工产品的基础性原料，能够制取多种产品，也能满足人们日常生活中对于能源的需求。天然气脱硫脱水处理技术的应用，可以保障生产工艺长期运转，为企业创造更多的经济效益。本文就天然气脱硫脱水处理技术展开探讨。
        关键词：天然气；脱硫；脱水；处理技术；应用
        引言
        21世纪不仅是一个信息大爆炸的时代，同时也是一个能源消耗的时代。当前人类日常生活中所使用的能源绝大多数是不可再生能源，像是煤炭、石油和天然气。根据有关的调查显示，国内含硫气田的天然气产量大概占全国60%左右，而硫化物对于环境和人体都有一定程度的伤害。因此，有必要对天然气中的硫化物进行过滤。
        1含硫天然气概念及危害
        天然气是一种成分复杂的混合气体，主要包含各类烷烃、饱和水、二氧化碳、硫化物以及其他一些杂质成分。油气田中刚开采出的天然气硫含量较高，主要以有机硫、各种硫化物的形式存在，当使用硫含量较高的天然气时会产生以下两方面危害：（1）长期使用后产生的硫化物会危及人体健康，产生的硫化物与人身体中的水分结合，形成酸性人体环境；（2）燃烧后的大量硫化物释放到大气中造成环境污染，久而久之会引发酸雨、加重温室效应，对农作物、钢结构、建筑物造成一定的危害。
        2天然气的脱硫处理技术
        2.1化学法脱硫
        化学法脱硫，主要包括干法与湿法两大种类。其中，干法脱硫，是指利用固定物质来实现脱硫的效果；湿法脱硫，则是在常温下利用碱性盐溶液、醇胺等物质，与天然气发生反应而得到硫化氢富液，之后通过升温释放出硫化氢，以此完成脱硫并使剂溶液得以循环利用。（1）干法脱硫。第一，活性炭吸附法。以改性活性炭作为脱硫剂的主要成分，在活性炭表面，天然气中的硫化氢与氧气反应会生成单质硫，硫以固体的形式存在于脱硫剂中。这样，在完成脱硫的同时不会污染环境，经济又环保。第二，分子筛脱硫法。分子筛的各分子中，存在着诸多排列整齐、孔径均匀的孔道，因而它的内表面积大，而且局部有极电荷密集分布，这都使得分子筛对硫化氢杂质具备较强的吸附能力。该技术适用于含硫量较低的天然气脱硫，其缺点是再生能力较差。第三，膜分离法技术。采用膜分离法对天然气进行脱硫，当天然气中的硫化氢和甲烷气体，通过特殊的聚合物膜材料时，二者的溶解和扩散速度就会产生差异，由此发生分离。膜分离法技术具有能耗低、污染小的优点，其缺点在于制膜工艺较复杂。在实际应用中，往往将这一技术与物理脱硫、化学脱硫等技术结合使用，如此，能够更好地实现脱硫及硫回收的效果。（2）湿法脱硫。第一，碱性盐溶液法脱硫。这一技术，是利用碳酸钠溶液等强碱弱酸盐类的溶液，使其与天然气逆流接触，由此形成硫化氢富液，再施以蒸汽蒸馏等技术实现溶液的再生，释放出硫化氢气体。第二，醇胺法脱硫。该技术是在低操作压力之下进行，其适用性比一般的物理试剂、混合试剂都更强。常用的醇胺类溶剂主要包括一乙醇胺、二乙醇胺等，这些有机醇胺化合物所附带的氨基和羟基，会让醇胺碱溶液呈现出碱性，并且降低有机蒸汽分压。
        2.2物理脱硫
        物理脱硫的原理是利用硫化物的可溶性、凝固点、分子体积等物理性质将硫化物从天然气中分离出来。常见的物理脱硫方法有：物理溶剂法、低温分离法、膜分离法等。物理溶剂法是使用对于硫化氢气体溶解性较好的有机复合物例如多乙二醇二甲醚法、N甲基吡咯烷酮法、低温甲醇法等方法，对硫化物进行吸收；膜分离法是根据天然气中各组分分子直径不同，利用薄膜表皮层中的毛细管孔对气体分子进行筛选分离，其同时还具有浓缩、纯化、精制的功能，进而在各行业中广泛应用。

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        2.3生物法脱硫
        生物法脱硫指的是利用发酵液中的各种微生物，像是脱硫杆菌、氧化硫硫杆菌等，在缺氧的环境中，将硫化氢转化为硫单质和硫酸。生物脱硫法中，不同的微生物会将硫化氢转换为不同的物质。生物法脱硫是一种可再生的脱硫方法，不会对环境造成影响，但是对所处的反应环境要求较高。
        3脱水工艺方案
        含硫天然气通常采用干气输送方式，即天然气中的水含量应在允许安全范围之内，其目的是避免在传输过程中形成天然气水合物造成输送管路堵塞或者水分与硫化物形成酸液，腐蚀输送管道。主要的脱水工业有溶剂吸收法、吸附法、低温分离法、膜分离法等。脱水工艺的膜分离法与脱硫工艺的膜分离法原理类似，利用膜的选择透过性将天然气中的水分分离出来。溶剂吸收法、吸附法、低温分离法都是较为成熟的脱水工艺方案，其中分子筛作为吸附剂的吸附法应用最多。
        3.1溶剂吸收法
        这一技术，是利用亲水醇类等溶剂与天然气相接触，天然气中的水分随即转移到溶剂中。在脱水处理中，采用二乙醇、三甘醇等形成一个连续的甘醇脱水过程。必要时，应当在吸收塔的前部设置一个富液汽提塔，以便让释放出来的大量硫化氢重新返回到吸收塔中，再接受脱硫处理。
        3.2膜分离脱水法
        膜分离技术采用的是生物半透膜的方法有选择的进出不同的成分，这样就使得各种成分在压力差或者是电位差、浓度差等的差异下通过半透膜来进行物质的传递。天然气膜分离法也同样是遵循这种原理使得天然气中的一些成分能够有选择性的脱离，膜分离脱水技术是一种操作比较简单、维护量比较少，且安全系数相对其他方法更高。
        3.3低温分离法
        低温分离法是在压力一定时，天然气中的含水量与温度成正比关系，降低温度时，水分会从天然气中凝析出来，在降温过程中应同时注入甘醇或甲醇等水合物抑制剂，来防止在此过程中天然气与水分结合形成天然气的水合物堵塞管路。
        3.4冷冻分离法
        通过将天然气冷却，使其中大部分水蒸气冷凝出来。从天然气的最大体积含水量与压力、温度的关系中可知，当压力一定时，天然气的含水量与温度成正比，所以含一定量水蒸气的天然气，当温度降低时，天然气中的水蒸气就会凝析出来，这就是低温分离法的原理，具体方法有如下两种。（1）膨胀冷却法。利用天然气本身压力节流膨胀而降温，使部分水蒸气冷却凝析出来。膨胀降温时为防止冻结，应在节流降温前注入乙二醇或二甘醇。此法简单、经济，但脱水深度不够深，只适用于井场初步脱水，且适应于高压气田。（2）加压后冷却。将天然气（一般指压力较低的天然气）加压后再冷却，由于天然气的含水量随压力的升高而降低，随温度降低而降低，经加压、冷却后，天然气中的水蒸气就凝结为液态水析出。
        结语
        天然气是一种混合气体，从油气田中提取的天然气一般都含有比重很高的硫以及一定量的水分，它们不仅会腐蚀金属材质、致使金属失去本来的特性，还会污染环境，损坏人体健康。当前，我国天然气脱硫脱水技术已经取得了显著的进步，但是技术流程上仍然存在弊端。今后，天然气脱硫脱水技术的研究推广，应当以降低成本、提高富液的回收利用率、改善脱硫效果为目的，这对于提升工业产值以及保护环境、促进人类健康，都具有重要的意义。
        参考文献：
        [1]王遇东.天然气处理与加工工艺[M].北京：石油工业出版社，2018.
        [2]黄新，朱道平.硫化氢脱除方法评述[M].北京：化学工业出版社，2019.
        [3]于森，周理.天然气中H2S的脱除方法[J].天津化工，2018（9）：18-20.
        [4]刘小群，江宏富.硫化氢脱除技术进展[J].安徽化工，2018（5）：33-37.