曲大偉(杰瑞石油天然氣工程有限公司，山東 煙臺(tái) 264003)

關(guān)于高含硫天然氣處理技術(shù)研究

曲大偉(杰瑞石油天然氣工程有限公司，山東 煙臺(tái) 264003)

天然氣的使用推廣程度越來越高，但是眾所周知的是天然氣中都含有不同程度的硫含量，特別是高含硫天然氣燃燒后的尾氣排放出大量的有毒氣體，因此要采用適當(dāng)?shù)奶幚砑夹g(shù)。筆者在本文中通過對(duì)高含硫天然氣處理技術(shù)現(xiàn)狀、問題所在，研究了高含硫天然氣處理技術(shù)研發(fā)方向，以為后來的研究提供一定的參考依據(jù)。

高含硫天然氣；脫硫；硫磺回收；處理技術(shù)

1 高含硫天然氣處理技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 天然氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

目前國際上主要對(duì)于高含硫天然氣的脫離技術(shù)主要為脫硫溶劑法，比如DEA法、MDEA或MDEA法。例如，毗鄰我國的俄羅斯阿斯特拉罕氣田所出產(chǎn)的天然氣其中硫化氫的含量達(dá)到了20.7%至22.5%之間，其主要就是采用DEA和MDEA混合溶劑法進(jìn)行對(duì)高含硫天然氣進(jìn)行脫硫處理。另外天然氣中的硫含量較高時(shí)，那么國際上通用的方法就是借助于物理溶劑法，如Selexol法以及Purisol法和Sulfinol法等等方法實(shí)現(xiàn)脫硫，比如說加拿大的Pine Rive工廠就采用了基于Sulfinol法的脫硫裝置來處理高于10%含硫量的天然氣。而當(dāng)天然氣中的有機(jī)硫含量偏高時(shí)，此時(shí)國際上的主要脫硫技術(shù)則是使用物理溶劑脫組合的方式進(jìn)行脫硫，如可以采用DEA與MDEA混合胺和聯(lián)合工藝去除有機(jī)硫，為了更好去除有機(jī)硫，在脫硫脫水中加入分子篩NaX和硅膠吸附劑，使處理后的天然氣混合氣體達(dá)到管道運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 天然氣硫磺回收技術(shù)現(xiàn)狀

就目前而言高含硫天然氣經(jīng)過脫硫之后，其剩余的混合氣體中的硫含量一般較低，對(duì)于實(shí)際回收硫磺裝置而言，硫化氫的含量越高，則可以回收的硫磺也就越多，且燃燒后的排放尾氣中的硫化污染物也就越少。一般來說，低含硫天然氣脫后酸性氣體之中的硫化氫比例超過一半以上，能夠達(dá)到80%左右，三級(jí)克勞斯硫總硫回收率超過97%，而副產(chǎn)物有機(jī)硫含量不超過0.2%，再與常規(guī)水解技術(shù)相結(jié)合可將硫磺損失降低至可忽略的程度。對(duì)于高硫天然氣脫硫后的酸性氣體硫化氫含量一般低于50%，有些甚至低至40%，通過三階段克勞斯硫回收裝置總硫回收率降至96%，而副產(chǎn)物有機(jī)硫含量提高至0.5%，常規(guī)水解技術(shù)難以保護(hù)硫磺損失減少到足夠的水平。此外，新開發(fā)的高含硫氣田生產(chǎn)量一般較大，以年產(chǎn)量為1010m3，硫化氫含量為20%舉例，年產(chǎn)量為1.0×108t，每當(dāng)硫磺回收率提高百分之一，那么其就可以多回收106t的硫磺，效率與效益大大提高。當(dāng)前，國內(nèi)允許排放的污染物中的二氧化硫的濃度已經(jīng)降低到了0.5g∕m3，以與國際要求接軌。但是，即便如此每年仍然會(huì)有超過5000噸的二氧化硫排放到空氣中，這對(duì)于環(huán)境保護(hù)來說威脅很大。因此有必要對(duì)有效硫回收的新技術(shù)進(jìn)行研究。

1.3 我國天然氣脫硫技術(shù)存在的問題

現(xiàn)如今國內(nèi)對(duì)含硫量高的天然氣的研究，主要針對(duì)的就是硫化氫的處理技術(shù)的研究。但是如俄羅斯阿斯特拉罕氣田硫化氫與二氧化碳含量都高于20%的天然氣的脫硫處理技術(shù)，還沒有足夠成功的研究成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這是因?yàn)樗鼈円坏┏^20%，其所需要的循環(huán)脫硫過程中普通脫硫劑的物質(zhì)的量很大。除此以外，由于其處理過程的復(fù)雜性，會(huì)在下游天然氣處理中引入更多的雜質(zhì)使得脫硫溶液會(huì)變質(zhì)，而且就天然氣中高含量的硫化氫與二氧化碳就能夠使得其再次變質(zhì)。因此，導(dǎo)致在脫硫過程中效率降低，且增加了腐蝕性，嚴(yán)重危及設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 高含硫天然氣處理技術(shù)研究

2.1 高含硫天然氣脫硫技術(shù)研發(fā)方向

脫硫法之一就是采用物理溶劑法，其利用不同溶劑如在甲烷等烴類溶劑對(duì)于硫化氫以及有機(jī)硫等溶解度的差異從而有效達(dá)到有效脫離。而且，根據(jù)實(shí)踐研究可知，在酸性氣體溶解于化學(xué)溶劑以及物理溶劑之中，其溶解熱或者反應(yīng)熱不同，一般而言溶解于物理溶劑中的溶解熱要小得多，換而言之，即需要更小更少的能量即可實(shí)現(xiàn)溶劑再生。另外，采用物理溶劑可以選擇性去除硫化氫，對(duì)有機(jī)硫也具有很好的去除能力。目前，我國高含硫天然氣使用物理溶劑處理技術(shù)還不完善，有必要高含硫天然氣處理中加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究。

脫硫法中一種非常重要的方法就是空間位阻胺物理溶劑法，其與MDEA+物理溶劑配合法適用于天然氣的不同碳、硫含量和有機(jī)硫含量比例的脫硫處理。而且，在空間位阻胺以及MDEA這兩種溶劑之中，酸性分體的平衡溶解度上不一樣的，因此就要通過相對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)模型的軟件來建設(shè)合適的模型，從而能進(jìn)一步引導(dǎo)和指示如何進(jìn)行對(duì)高含硫天然氣脫硫裝置的設(shè)計(jì)。

2.2 高含硫天然氣硫磺回收技術(shù)研發(fā)方向

在傳統(tǒng)硫回收技術(shù)中硫磺回收率已經(jīng)為99.5%，與國際新標(biāo)準(zhǔn)硫回收率的99.93%相差很小，但是依然存在差距，這主要是由于難以進(jìn)一步提高直接氧化過程中硫磺的轉(zhuǎn)化率。只有通過改善催化劑在直接氧化還原階段的應(yīng)用，能夠效率直接提升至高達(dá)95%以上，從而得以滿足國際脫硫新標(biāo)準(zhǔn)?；诖丝梢哉f現(xiàn)如今硫磺回收處理技術(shù)中一個(gè)重要的研發(fā)方向就是提高氧化催化劑的作用效果。

而且，往往大量的有機(jī)硫也殘留在高含硫類型的天然氣之中，需要采用技術(shù)更加成熟的脫硫溶劑法進(jìn)行有機(jī)硫的去除，比如近年來比較流行的以低溫COS水解催化劑脫硫技術(shù)，可以有效的以水解法的方式將有機(jī)硫從天然氣中去除，該技術(shù)目前還有很大的發(fā)展?jié)摿?，目前也是滿足國際脫硫標(biāo)準(zhǔn)的最佳選擇技術(shù)方案之一。

在總結(jié)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，筆者分析了現(xiàn)有高含硫天然氣處理技術(shù)現(xiàn)狀，并針對(duì)高含硫天然氣處理技術(shù)研發(fā)方向進(jìn)行研究。而關(guān)于開發(fā)和完善高硫天然氣處理技術(shù)、解決高硫天然氣問題，是目前乃至未來天然氣處理技術(shù)的重點(diǎn)，因此可以為以后的研究提供一定的參考依據(jù)。

[1]李奇,李偉,姬忠禮.高含硫天然氣處理裝置分析[J].化工進(jìn)展,2014.

[2]倪鐘利,熊勇,周軍,蹇惠蘭.高含硫天然氣處理廠污水源頭控制及處理方法[J].石油與天然氣化工,2005,