试论天然气净化厂脱硫工艺

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摘要：随着我国可持续发展观的不断贯彻，国内经济逐渐朝着低碳环保方向发展，天然气作为环境友好型能源的一种，对天然气的净化处理的相关要求也逐渐严格。通常，天然气净化工作包含了脱碳、脱硫等诸多细节，通过这些处理，降低天然气酸性，提高天然气的环保性与综合质量。本文主要对天然气净化中的传统技术和新型技术应用进行了分析，希望为脱硫工作提供实际参考经验。

关键词：天然气；净化工艺；脱硫

一、引言

天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数。天然气中的硫以H2S、硫氧化碳（COS）、甲硫醇（CH3SH）、二甲硫醚（CH3SCH3）等形式存在，其中以H2S和少量有机硫为主。当前，天然气脱硫主要采用化学催化法脱硫技术。随着天然气工业的发展，微生物技术和光催化技术在天然气脱硫中取得了显著的进步。

二、天然气脱硫的意义

随着全球工业的发展，能源的需求日益增加，天然气已成为能源与环境可持续性发展的必须，天然气作为一种绿色洁净能源，其开发和利用越来越受到人们的重视。发展天然气工业，必须研究发展天然气净化工艺，解决天然气的输运储备和无害利用问题，尤其要脱除天然气中的硫化物，从源头上减小污染。而天然气国家标准（GB17820-1999）对预处理后天然气的五项指标要求的标准中包括总硫含量和硫化氢含量，可见脱除硫化氢对天然气净化的重要性。

天然气的硫以H2S，COS，CH3SH，CH3SSCH3等形式存在，其中主要为H2S和少量有机硫。硫的存在使得天然气在生产、销售、运输过程中会对设备造成一定的腐蚀以及管路堵塞，增加了维修费用和不安全隐患。同时，天然气作为有机合成的主要原料，在合成反应过程中，硫的存在会使催化剂中毒，天然气中的甲烷作为燃料电池阳极材料对硫的含量也有很高的要求，硫在经过燃烧后生成SO2排入大气中会污染大气，形成酸雨污染土壤、河流。因此，从设备维护、安全生产、环境保护以及经济成本等各方面考虑，天然气脱硫是十分必要的。

三、天然气脱硫工艺

天然气脱硫。天然气中含有的H2S、单质硫、有机硫化合物等，会造成输送过程中管道的腐蚀，燃烧中生成硫化物从而污染环境，作为化工原料时还会导致催化剂中毒，影响产品质量。脱硫的主要方法有化学溶剂法、物理溶剂法、物理化学溶剂法、直接转化法。分子筛法等。

化学溶剂法常用各种醇胺法。醇胺类化合物中至少含有一个羟基和一个胺基羟基降低化合物的蒸汽压，并增加化合物在水中的溶解度；胺基则为水溶液提供必要的碱度，促进水溶液对酸性组分的吸收。常用醇胺有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）二异丙醇胺（DIPA）、二甘醇胺（DGA）。砜胺法脱硫技术，砜胺法将醇胺法作为基础，适当在溶剂内加入物理溶剂，使用混合溶液对天然气进行脱硫，此方法能够综合吸收物理脱硫和化学脱硫技术的优点，在酸性气体分压较高情况下，仍然具有显著脱硫效果，且有效降低了溶液的循环量。故具有显著的脱硫节能作用。需要注意的是，这一方法并不能对气体进行深度脱硫，而只能进行表面状态下的脱硫，所以需要同其他脱硫技术相互配合。LO-CAT脱硫技术这一脱硫技术，主要是硫化氢在碱性溶液中因络合铁氧化作用，转化为元素硫，在将被还原的催化剂使用空气进行再生，此过程中Fe2+逐渐氧化为Fe3+，而LO-CAT技术有效避免了在反应过程中，铁离子处于碱性溶液中，因不稳定性而析出的问题。通过研发配置两类螯合剂，分别对二价和三价的络合铁离子进行牢固，有效提高了脱硫工作质量。

物理溶剂法在脱除酸性组分过程中不存在化学反应，酸气组分的溶解度和吸收压力成正比，高压下吸收酸气组分，低压解吸，溶剂随之再生。物理溶剂Selexol（多乙二醇二甲醚）以及FlourSolvent（碳酸丙烯酯）等适合处理酸性分压高而重烃含量低的天然气，Sulfinol（环丁砜）为应用最广的物理溶剂，对于中至高酸性分压的天然气有广泛的适应性，有良好的脱有机硫能力，能耗也较低。物理化学溶剂法兼有物理溶剂法和化学吸收法的优点，成为天然气脱硫的重要方法。

生物催化法脱硫技术。生物脱硫是利用发酵液中的各种微生物（如脱氮硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、排硫硫杆菌、丝状硫细菌和发硫菌属等），在无氧或微氧条件下将H2S氧化成单质S和H2SO4。天然气生物脱硫工艺获得工业应用的有两种：Bio-SR和Shell-Paques工艺，其它的天然气生物脱硫工艺有BIODESULF工艺。在上述天然气生物脱硫工艺中，Shell-Paques工艺的工业装置数量较多，操作经验丰富。Bio-SR工艺是利用氧化亚铁硫杆菌的间接氧化作用，用硫酸铁脱除H2S；天然气脱硫依赖于Fe3+和H2S之间发生的氧化还原反应，在该反应中，Fe3+被还原为Fe2+，H2S被氧化为S，再用氧化亚铁硫杆菌将低价铁氧化为三价铁。郑士民等在实验室条件下用氧化亚铁硫杆菌对炼油厂催化裂解干气和工业沼气进行脱硫。Shell-Paques工艺是采用脱氮硫杆菌在碱性条件下脱除硫化氢，NaOH与H2S在吸收塔内反应，生成NaHS，吸收液进入生物反应器。在生物反应器中，以脱氮硫杆菌为主的硫杆菌混合物以氧为电子受体将S2-氧化为S和NaOH，回收硫磺，并循环碱液；脱氮硫杆菌氧化生成的元素硫具有亲水性，可防止堵塞和结块，同时还有的硫化物被氧化为硫酸盐。1994年美国Tulsa大学环境研究和技术中心用脱氮硫杆菌将硫化氢直接氧化为元素硫。Saleem等利用筛选到的一株脱氮硫杆菌的耐受菌株T.denitrificansF在反应器中进行H2S去除，在厌氧条件下，每克菌体氧化H2S15.1-20.9mmol/h，脱硫率达到80%。BIODESULF工艺采用由至少4种细菌组成的SS-Ⅱ菌团，在无氧条件下脱除硫化氢；硫杆菌混合物SS-Ⅱ在厌氧条件下，以CO2或HCO3-为碳源，以NH4+或NO3-为氮源，以NO3-为电子受体将H2S氧化为S。

四、结语

随着天然气工业的发展，将低成本的生物技术与偏远、低开采量的新的油气藏开发相结合必定促进生物脱硫技术的进一步发展和应用。光催化技术具有环保、操作条件温和、设备投资低等优点，光催化组合技术的发展空间很大。

参考文献：

[1]陈颖，毛贝贝，李金莲，王磊，李慧.光催化脱硫及组合技术研究进展[J].化学通报，2010

[2]吴基荣，毛艳红.高含硫天然气净化工艺技术在普光气田的应用[J].天然气工业，2011