【《天然气脱硫常见技术概述》4400字】

天然气脱硫常见技术概述目录TOC\o"1-3"\h\u21116天然气脱硫常见技术概述 1255901.1湿法脱硫技术 121681.2干法脱硫技术 371801.3三嗪类液体脱硫技术 6312861.4生物脱硫法 7天然气脱硫工艺一般被分为干法和湿法两类。湿法脱硫工艺则分为化学溶剂法、物理溶剂法、化学-物理溶剂法、液相氧化法。干法则包括氧化铁法、分子筛法、膜分离法、活性炭法以及氧化锌法等，除此之外还有最新的微生物法。湿法脱硫适用于高含硫气田以及集中处理，可做连续处理，该法脱硫负荷高。干法脱硫主要适用于低潜硫天然气的脱硫，脱硫精度高而且工艺简单。1.1湿法脱硫技术（1）化学溶剂法化学溶剂法主要是将天然气中的酸性组分和碱性溶液（主要是H2S、MDEA溶液由于可以对天然气中的H2S进行选择性脱除，仅脱除部分的CO2H2COH+R代表CH该法通过将脱硫剂进行现场再生以达到连续反应的效果。具体工艺示意图见图2-1图2-1MDEA脱硫工艺流程（2）物理溶剂法物理溶剂法是利用溶解度差距来对原料气进行分离。原料气中的H2S、物理溶剂法脱除的不仅仅是天然气中的酸性无机物，还能够脱除天然气中的有机硫成分（包括RSH、COS和CS2这类溶剂对天然气中的重烃溶解度较大，原料气中重烃含量高时不可采用此法，否则会造成重烃的损失。而且由于其再生程度有限，对原料气中酸性气体的脱除也不够彻底。在对净化度要求比较高的时候，一般不考虑使用物理溶剂法。（3）化学-物理溶剂法此类方法是将物理溶剂、醇胺和水三种物质按照一定比例进行混合，让混合后的溶剂将化学溶剂法和物理溶剂法的特点相结合。其中典型的化学-物理溶剂法是砜胺法（DIPA-环丁砜、MDEA-环丁砜等），美国Shell石油公司在20世纪60年代时将其应用于天然气的脱硫。此法一般使用DIAP、环丁砜和水组成，脱硫反应见下式。脱酸气：R22RR22R与COS反应：R2R2环丁砜对酸、碱、水、氧等都具有稳定、挥发性小且无毒的特点。除此之外化学-物理溶剂法Selefining,Amisol及Flexsorb混合SE等。（4）液相氧化法液相氧化法的一大特点是能够在脱硫过程中生成单质硫，可以直接对其产物进行回收。经由液相氧化法处理后的气体，进化程度比醇胺法还要高。该法从20世纪50年代应用于天然气脱硫工业到现在已经有了70年的历史，钒法由于其硫颗粒难以回收且质量比较差,还会对过滤器造成堵塞，对有机硫并无明显作用，还会生成副产物使化学药品使用增加。所以现今使用已经不多。现在常用的是络合铁法脱硫工艺。络合铁法脱硫时，原料气中的H2H22Fe但是该法有一个极大的缺陷——硫容低。虽然再生较为简单，且再生过程在常温下进行，但是低硫容还是影响了该法的广泛应用。而且由于以该法脱硫的单质硫质量较差，虽然可以进行回收，但是还需要对其进行二次处理才能达到一等品。1.2干法脱硫技术（1）氧化铁固体脱硫法氧化铁法脱硫从提出到使用，至今已经有了一百多年的历史。氧化铁脱硫剂的主要成分是Fe2O3的水合物，常温下的Fe2O3能够形成α型和γ型的两种水合物，两种水合物都具有脱除（2）分子筛法分子筛是一种强极性吸附剂，无论是对极性或者是易极性化分子都具有特别高的亲和力。就连不饱和化合物分子筛也能够按照极性不饱和度和分子尺寸将天然气的复杂体系中分离或者脱除出。分子筛对天然气中硫化物和其他组分的吸附强度如下：H分子筛不仅仅有很强的选择性，而且在低组分分压下也有较高的吸附容量。不过，分子筛在再生的时候需要使用升温再生法，因为分子筛对硫化物的吸附属于强化学吸附。在使用分子筛法脱除天然气中的H2S一般使用4A或5A的分子筛,几种常用分子筛吸附性能见表2-1。不过在该过程中H2S可能会和C表2-1几种常用分子筛的选择吸附性分子筛类型孔径尺寸/nm可吸附分子不可吸附分子3A0.3NH3、H2O＞乙烷4A0.4H2S、CO2、SO2、C2H5OH、C2H4、C2H6、C3H6＞丙烷5A0.5n-C4H9OH、n-C4H10、C3H9～C22H46四个碳以上环状物和异构物13X1.01.0mm以下的分子1.0mm以上的分子表2-2分子筛脱天然气中硫醇的首次循环硫容吸附剂13X分子筛5A分子筛浸铜活性炭硅胶吸附温度，℃26.715.619.419.4硫容，g（硫）/kg9083118压力：6.0MPa进料硫醇含量：18mg/m³吸附剂装量：363kg（3）膜分离法膜分离法是一种比较新的技术，它包括了超过滤、微过滤、反渗透、渗析、电渗析和气体的分离。目前在气体分离方面的有螺旋卷型分离器和中空纤维膜分离器。该法是通过利用不同气体的渗透性能不同使用选择性渗透膜来实现气体分离。膜分离法是通过物理属性对气体进行分离，不会产生相变，更没有吸收再生等问题。所以膜分离法装置能耗低且结构简单。不过膜分离法在天然气脱硫的应用中只能进行粗脱。想要通过此法让天然气中的H2S含量达到管输标准是具有一定难度的。而且膜分离法的渗透气中含有较高组分的烷烃，美国在1993年制造出两级膜分离装置，将一级分离之后的渗透气压缩之后做二级分离，据统计一级分离后烃含量24％，二级分离后能够降至1.图2-1两级膜分离流程示意图（4）活性炭吸附法活性炭中的碳具有和石墨相似的层状晶体结构，其中碳含量能够达到80％，无规则排列。这种结构堆积疏松而且连接紧密。活性炭有极大的比表面积，一般在500到1000平方米每克，最高可以达到1800平方米每克。极大的比表面积和孔隙为硫化物的脱除提供了足够的反应空间。通过对活性炭进行改性操作可以进一步提高活性炭的硫容，改性包括物理改性和化学改性。物理改性是通过将活性炭中孔道的孔容和孔径大小与吸附物的分子大小进行匹配，以此来改善活性炭的吸附能力。化学改性是通过改变活性炭表面的PH值来使活性炭获得更强的吸附能力和一定的催化性，由此来在活性炭的表面脱除或者加入某些官能团。一般在碱性环境下能够使活性炭的硫容得到较为显著的提高。与分子筛法不同，一定的湿度可以也提高活性炭的脱硫能力。活性炭脱硫的原理是通过对硫化物进行物理和化学吸附的共同作用，能够将硫化物氧化为硫单质。H2活性炭在失去活性之后还可以进行再生，通过热再生法、湿式氧化再生法以及最新的电化学再生法等都可以。热再生法是现在使用最为广泛的再生方法，通过干燥、高温活化三个阶段出去活性炭中其他物质。但是高温会导致活性炭自身组分被氧化而损失。由于整个再生过程对温度要求较高，所以再生费用也高。电化学法再生是将活性炭置入电场中使其发生发生极化反应，通过阴阳极的氧化还原反应将活性炭中其它杂质进行分解。电化学法不仅能耗低而且对活性炭造成的损失也远远低于热再生法。1.3三嗪类液体脱硫技术近年来，三嗪类液体脱硫剂作为一种非再生高效脱硫剂在国外得到了广大应用[9]。三嗪类脱硫剂一般呈无色或淡黄色的透明黏稠状液体。本身并没有剌激性气味，在进行更换时不会不适。三嗪类有机物分子链上不仅有较多的氮原子，还有大量活泼的氢原子，这些氢原子能够与H2S中的硫离子化学反应。而且该反应是不可逆的，这以为这不需要担心逆反应的进行。该反应的生成物是噻二嗪，具体脱硫反应见图2-2。三嗪类液体脱硫剂的瞬时脱硫率能够达到98％。脱硫废液与氧化铁法的废料一样都不具有污染性，不过该脱硫废液中的相关化学物质能够作为肥料被利用，也可直接注入地层。三嗪类液体脱硫技术在北美地区被广泛应用于低潜流量天然气的脱硫中，已经投入使用的大概有近1000套。硫容在130～150g/L。三嗪类液体脱硫废液虽然还会具有一定的活性，循环利用是可以减少一定量药剂的消耗，但是重复利用效率不高而且目前并没有相关的再生技术。目前该法在国内只有西南油田、苏里格气田、大牛地气田等少量油田试验使用。图2-2三嗪类液体脱硫剂和H2S的反应机理1.4生物脱硫法生物脱硫法是利用特殊的厌氧、好氧微生物通过自身代谢然后经过催化作用将原料气中的硫化物转化为单质硫或者硫酸盐。如果在催化体系中加入一定的表面活性剂还能够增强其脱硫率。现在也有人工合成的表面活性剂，但是由于其对生物脱硫活性有不良影响目前并没有得到广泛应用[10,11]。生物脱硫一般使用硫氧化菌，这类细菌是化学自养型细菌能够利用部分含硫化合物和二氧化碳作为自身的生长能源。这类细菌包括：绿硫细菌、紫硫细菌、紫色非硫细菌以及无色硫细菌等。其