劉泉洲 張榜 史亞麗

摘要：由于我國(guó)的天然氣儲(chǔ)量十分巨大，且已成為我國(guó)工業(yè)與日常生活最重要的能源之一，但在其開(kāi)采中，可能會(huì)含有硫化氫氣體，此氣體不僅破壞環(huán)境，還會(huì)危害到相應(yīng)工作人員，因此必須進(jìn)行處理。本文結(jié)合有關(guān)資料，對(duì)天然氣膜法脫硫的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)膜吸收法脫硫技術(shù)、膜材料、膜結(jié)構(gòu)、吸收液選擇原則進(jìn)行簡(jiǎn)介，并提出了該技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：天然氣;凈化;脫硫

中圖分類(lèi)號(hào)：TE644 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-1578（2019）04-0297-01

引言：天然氣作為一種高熱值的清潔燃料，如何對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的開(kāi)發(fā)正逐漸成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。我國(guó)的天然氣資源量約為（1.4-2.2）×1012m³位居世界第九位，據(jù)IEA預(yù)測(cè)，2025年我國(guó)的天然氣產(chǎn)量將突破2000×108m³，2035年將達(dá)突破3000×108 m³雖然我國(guó)擁有豐富的天然氣資源，但是其中月三分之一含有硫化氫、二氧化碳等酸性氣體，典型的酸性氣田H2S含量甚至達(dá)到16%，硫化氫的存在不僅會(huì)對(duì)管道等設(shè)施造成嚴(yán)重的腐蝕，更會(huì)給脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的威脅，因此其含量必須嚴(yán)格地加以控制。最新頒布的國(guó)標(biāo)GB 17820-2012規(guī)定一類(lèi)地區(qū)天然氣總硫含量必須低于60mg/m³，相比之前的100mg/m³下降了40%。面對(duì)如此高的含硫量、如此嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)工藝明顯已無(wú)法經(jīng)濟(jì)有效地滿(mǎn)足需求，必須引進(jìn)新工藝對(duì)其進(jìn)行凈化處理才能使其達(dá)到管輸要求，進(jìn)一步加快了對(duì)天然氣脫硫的研究步伐。

1.天然氣資源和分布

天然氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能，作為能源，它可減少煤和石油的用量，因而大大改善環(huán)境污染問(wèn)題;作為一種清潔能源，它能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%，減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于減少酸雨形成，舒緩地球溫室效應(yīng)，從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。本文從天然氣的發(fā)展?fàn)顩r人手，分析了我國(guó)天然氣資源分布情況及總體儲(chǔ)量，然后介紹了其應(yīng)用領(lǐng)域及前景。

我國(guó)的天然氣氣源豐富，目前已探明的天然氣總儲(chǔ)量為2300億m³，而80%以上的探明儲(chǔ)量分布在鄂爾多斯、我國(guó)、塔里木、柴達(dá)木和鶯一瓊五大盆地，其中前三個(gè)盆地天然氣探明儲(chǔ)量超過(guò)了5000×108m³，在上述五大盆地中，天然氣勘探取得較大進(jìn)展并已形成了一定儲(chǔ)量規(guī)模的地區(qū)主要有：鄂爾多斯盆地、塔里木盆地和柴達(dá)木盆地，這三大氣區(qū)基本代表了我國(guó)天然氣勘探的基本面貌;一個(gè)老氣區(qū)我國(guó)盆地獲得了新發(fā)展。

中國(guó)沉積巖分布面積廣，中國(guó)天然氣資源分布陸相盆地多，形成優(yōu)越的多種天然氣儲(chǔ)藏的地質(zhì)條件。根據(jù)1993年全國(guó)天然氣遠(yuǎn)景資源量的預(yù)測(cè)，中國(guó)天然氣總資源量達(dá)38萬(wàn)億m³，陸上天然氣主要分布在中部和西部地區(qū)，分別占陸上資源量的43.2%和39.0%。中國(guó)天然氣資源的層系分布以新生界第3系和古生界地層為主，在總資源量中，新生界占37.3%，中生界11.1%，上古生界25.5%，下古生界26.1%。天然氣資源的成因類(lèi)型是，高成熟的裂解氣和煤層氣占主導(dǎo)地位，分別占總資源量的28.3%和20.6%，油田伴生氣占18.8%，煤層吸附氣占27.6%，生物氣占4.7%天然氣用途。工業(yè)燃料，以天然氣代替煤，用于工廠(chǎng)采暖，生產(chǎn)用鍋爐以及熱電廠(chǎng)燃?xì)廨啓C(jī)鍋爐。天然氣發(fā)電是緩解能源緊缺、降低燃煤發(fā)電比例，減少環(huán)境污染的有效途徑，且從經(jīng)濟(jì)效益看，天然氣發(fā)電的單位裝機(jī)容量所需投資少，建設(shè)工期短，上網(wǎng)電價(jià)較低，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。天然氣發(fā)電，通過(guò)處理天然氣以后，然后安裝天然氣發(fā)電機(jī)組來(lái)提供電能，工藝生產(chǎn)如烤漆生產(chǎn)線(xiàn)，煙葉烘干、瀝青加熱保溫等天然氣化工工業(yè)天然氣是制造氮肥的最佳原料，具有投資少、成本低、污染少等特點(diǎn)。天然氣占氮肥生產(chǎn)原料的比重，世界平均為80%左右。城市燃?xì)馐聵I(yè)特別是居民生活用燃料，包括常規(guī)天然氣，以及煤層氣和頁(yè)巖氣這兩種非常規(guī)天然氣。主要是生產(chǎn)以后并人管道，日常使用天然氣。隨著人民生活水平的提高及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，大部分城市對(duì)天然氣的需求明顯增加。天然氣作為民用燃料的經(jīng)濟(jì)效益也大于工業(yè)燃料。壓縮天然氣汽車(chē)以天然氣代替汽車(chē)用油，具有價(jià)格低、污染少、安全等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)際天然氣汽車(chē)組織的統(tǒng)計(jì)顯示，天然氣汽車(chē)的年均增長(zhǎng)速度為20.8%，全世界共有大約1270萬(wàn)輛使用天然氣的車(chē)輛，2020年總量將達(dá)7000萬(wàn)輛，其中大部分是壓縮天然氣汽車(chē)。天然氣是優(yōu)質(zhì)高效的清潔能源，二氧化碳和氮氧化物的排放僅為煤炭的一半和五分之一左右，二氧化硫的排放幾乎為零。天然氣作為一種清潔、高效的化石能源，其開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。全球范圍來(lái)看，天然氣資源量要遠(yuǎn)大于石油，發(fā)展天然氣具有足夠的資源保障。增效天然氣是以天然氣為基礎(chǔ)氣源，經(jīng)過(guò)氣劑智能混合設(shè)備與天然氣增效劑混合后形成的一種新型節(jié)能環(huán)保工業(yè)燃?xì)?，燃燒溫度能提高?300°C，可用于工業(yè)切割、焊接、打破口，可完全取代乙炔氣、丙烷氣，可廣泛應(yīng)用于鋼廠(chǎng)、鋼構(gòu)、造船行業(yè)，可在船艙內(nèi)安全使用，現(xiàn)市面上的產(chǎn)品有銳鋒燃?xì)?，銳鋒天然氣增效劑。人們的環(huán)保意識(shí)提高，世界需求干凈能源的呼聲高漲，各國(guó)政府也透過(guò)立法程序來(lái)傳達(dá)這種趨勢(shì)，天然氣曾被視為最干凈的能源之一，再加上1990年中東的波斯灣危機(jī)，加深美國(guó)及主要石油消耗國(guó)家研發(fā)替代能源的決心，因此，在還未發(fā)現(xiàn)真正的替代能源前，天然氣需求量自然會(huì)增加。

2.研究天然氣脫硫技術(shù)的必要性

如今天然氣已經(jīng)成為世界上最為重要的能源之一，而天然氣中含硫情況比較多，因此研究天然氣脫硫技術(shù)非常有必要。首先，全球的天然氣儲(chǔ)量十分豐富，常規(guī)天然氣與非常規(guī)天然氣的總體儲(chǔ)量將近5000*1012立方米，這為人類(lèi)使用這種資源作為燃料奠定了資源儲(chǔ)量的保障。其次，在大部分天然氣中存在的硫化氫與二氧化硫氣體，是一種極具危害性的氣體。當(dāng)有水存在的情況下，硫化氫即便是極低的濃度也會(huì)導(dǎo)致鋼材的硫化物產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)裂，被稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕;當(dāng)處于超過(guò)325攝氏度的高溫環(huán)境下鋼材發(fā)生高溫硫化腐蝕——與硫元素直接反應(yīng)而使得鋼制儀器損壞。在日常生活中持續(xù)吸入硫化氫氣體，會(huì)對(duì)人類(lèi)的身體健康造成極大的損傷，破壞人體的免疫系統(tǒng)，其濃度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則可能引起急性中毒，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致死亡。硫化氫與天然氣一起燃燒后，會(huì)產(chǎn)生有毒有害的二氧化硫氣體，該氣體是引起臭氧層孔洞與酸雨的直接原因，還會(huì)對(duì)人體造成損害，并且會(huì)導(dǎo)致鋼鐵設(shè)備的腐蝕速度加快。最后，硫磺是我國(guó)工業(yè)中極為重要的一種化工原料，在例如國(guó)防、農(nóng)業(yè)、輕工、冶金、建材、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域中扮演著十分重要的角色。如果能夠?qū)⑻烊粴庵械牧蛟靥崛〕鰜?lái)，并在其他領(lǐng)域中變廢為寶，則既保護(hù)了環(huán)境，降低了對(duì)人體的危害，還能夠?yàn)樘烊粴馄髽I(yè)創(chuàng)造額外的價(jià)值，促進(jìn)了資源的持續(xù)利用。采取先進(jìn)的天然氣脫硫技術(shù)為企業(yè)、為人類(lèi)、為社會(huì)都創(chuàng)造了巨大的價(jià)值，因此研究天然氣的脫硫技術(shù)意義十分重大。

3.結(jié)語(yǔ)

氣體分離技術(shù)用于天然氣脫硫有廣泛的前景，但目前大部分還處于實(shí)驗(yàn)階段。下一步需要加強(qiáng)的是高性能膜材料的開(kāi)發(fā)，特別是制膜過(guò)程中聚合物結(jié)構(gòu)的控制。對(duì)于氣體在不同膜材料中滲透性能的研究還大多處于定性的描述階段，如何突破這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)定量的分析也是目前需要解決的問(wèn)題。