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高含硫天然气净化工艺技术解析

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王刚刚王晓军余娅妮

[导读] 摘要：高含硫天然气净化，可通过几种方式实现，如溶剂吸收法、膜分离法等，每种技术都有自己的优势和特征，本文针对高含硫天然气净化工艺技术给出了详细分析。

        中石油长庆油田分公司第一采气厂陕西靖边 718500
        摘要：高含硫天然气净化，可通过几种方式实现，如溶剂吸收法、膜分离法等，每种技术都有自己的优势和特征，本文针对高含硫天然气净化工艺技术给出了详细分析。
        关键词：含硫天然气；净化工艺；技术
        我国陆上有四大天然气主产区，包括川渝、陕甘宁、塔里木以及柴达木。在川渝区域当中的天然气属于高含硫气田，例如：罗家寨以及飞仙关等，均属于特殊含硫气制气田。有些气井内部的H2S，已经到达了17%以上；有些CO2/H2S的比值超过了20%，甚至有机硫的含量达到了500mg/m3，为了对这类具有危险性且复杂的气田进行环保、科学、安全、有效的开发，需要对当前经济合理并且可靠成熟的工艺进行应用。
        1、溶剂吸收法
        1.1MDEA法
        在天然气脱硫当中，从上世纪80年代后期开始，便对该项方法进行了广泛应用。在原料气MDEA当中存在的CO2/H2S比值会非常高。因为H2S具有的能力为选择性反应，所以很多的CO2会在净化器当中有所保留，其产生的节能效果十分显著，化学稳定性，溶剂出现降解变质并不容易，且产生的溶液发泡倾向以及存在的腐蚀性，与其他醇胺溶液相比，也更加突出，损失的气体气相比较小，只对装置产生轻微的腐蚀效果。MDEA水溶液当中的具体浓度，可达到50%，酸气负荷大约为0.5~0.6，也可以达到更高，并且有着比较低的凝固点，蒸气压不大。溶剂在挥发过程中并没有较大损失。当前，在川渝区域当中的净化厂，对于该溶剂脱除H2S的应用十分广泛[1]。
        普光气田当中存在的天然气属于含硫量非常高的天然气，其中的H2S含量，大约占据了14%，CO2占据的含量大概为8.64%。借助脱硫原则工艺，具体流程如图一所示。其溶液为MDEA，使用的吸收工艺为串级吸收工艺。

                        图一：脱硫原则工艺流程
        1.2砜胺法
        该项方法需要借助溶剂当中存在的物理以及化学溶剂，其中环丁砜的使用为物理溶剂；醇胺化合物的应用属于化学溶剂，一般应用的都是DIPA和MDEA，该项工艺方式被称作为Sulfinol-D及Sulfinol-M，两种溶剂的应用，并没有较大的腐蚀作用，生成的降解产物并不敏感。吸收溶液当中存在的环丁砜含量，通常为42%左右，还有大概50%的水含量，剩下皆为DIPA。该溶剂最突出的特征便是有非常高的酸气负荷，能耗以及溶剂损失量都比较小。此外，砜胺溶剂产生的溶解能力非常强，可有效溶解有机硫化合物。所以，当原料气当中存在的有机硫化合物含量较高时，使用该项方法产生的净化作用非常理想。但该溶剂溶解重烃的能力非常强，通过闪蒸不容易被释出，所以当原料气当中含有的重烃含量比较高时，不能对该项方法进行应用。
        2、膜分离法
        该项技术属于选择性渗透膜当中的一种，借助气体渗透性能存在的差距，使得气体分离的方式得以实现，该项方法对于原料气流量低的处理非常合适[2]。并且，如果天然气的酸气浓度比较高，产生的处理效果也非常理想，其中最突出的特征包括：
        （1）投资资金比较低、操作便捷、没有较高的质量，占地面积也非常小。（2）膜分离系统并不会腐蚀设备，降解发泡以及存在存储溶液等问题。（3）因为膜分离系统，在对天然气酸性气体进行脱除的过程中，还需要将大量的水蒸气脱除，所以可以将天然气脱水装置产生的负荷减轻。（4）由于膜循环系统并不需要对液体进行循环，所以排污以及泄漏问题并不存在，加之这一系统没有可动部件，体积也不大，受到外界因素产生的影响非常少。
        不同的膜工艺设计当中，最常使用的便是单机膜系统，该系统的结构十分简单，投资也比较少。两级膜系统基于单级膜系统之上，对另一套膜系统进行增加，以此分离第1级膜系统排出的酸气，使得产品的回收率有了非常大的提升。
        在具体生产时，为了对净化器质量给予保障，需要结合膜分离技术以及醇胺法脱硫，具体而言便是串级脱硫流程的有效应用。借助不同技术当中存在的优势特征，可以对要求进行满足的基础之上，使装置的投资以及运行产生的费用下降，并且操作工艺更加简单。如图二所示。

        图二：膜法一胺法集成法脱酸性组分的工艺流程图
        3、其他脱硫方式分析
        （1）Morphysorb工艺。该工艺是美国一所天然气研究院进行开发的，其中吸收溶剂为玛啉衍生物，使用其物理性吸收构建了一种全新工艺方式。溶剂的构成包括，N一NEM、N一NAM进行混合。在浓度非常高的酸气脱硫场合当中非常适用，最终的净化气质量与管输气质标准以及LNG气质标准非常相符。
        （2）Hybrisol工艺
        该项工艺基于Sprex工艺的前提下，进行研究的全新工艺方式。其原理为使甲醇具备的物理溶解特性，结合仲胺及叔胺存在的化学活性，以及相应的选择性吸收为一体，加之因为存在甲醇混合溶剂，对有机硫的脱除能力增加非常显著。该项工艺对于大部分有着富含烃类的酸性至高酸性天然气以及伴生原料气的处理十分适合，也可以处理在高酸性原油稳定装置当中产生的原油稳定气。
        4、未来发展趋势
        因为天然气工业的逐步成熟以及发展，会有更多的高效净化工艺产生，结合目前发现的高含硫气田情况，之前的工艺水平一定会得到进一步的提升和改善，向更高的层级迈进。其中发展趋势包括：（1）醇胺溶剂法，会由水溶剂进行发展，构建全新的溶剂配方工艺，如：活化MDEA工艺、混合氨工艺等等。此外，已经有很多公司借助不同的化学溶剂，对不同的配方脱硫工艺进行了构建，并且在逐步的推广和普及；（2），未来会建立更加成熟的膜分离技术体系，并对示范装置进行构建，从而对膜分离技术进行普及。
        5、结束语：
        总之，需要结合具体的应用经验，在其总结的基础之上，对天然气净化技术给予进一步的探究和发展，使其更加成熟，以便保障高含硫天然气的净化技术有更大的提升，从而将天然气含硫高的问题进行解决。
        参考文献：
        [1]吴基荣,毛红艳.高含硫天然气净化新工艺技术在普光气田的应用[J].天然气工业,2011,31(05):99-102+125.
        [2]于艳秋,毛红艳,裴爱霞.普光高含硫气田特大型天然气净化厂关键技术解析[J].天然气工业,2011,31(03):22-25+107-108.