李昌华
中石化胜利股份有限公司 纯梁采油厂人力资源服务中心 山东省 滨州市 56504
【摘要】随着天然气工业发展势头迅猛，如何做好天然气的净化工作一直是行业内需要突破的技术瓶颈，结合目前的发展情况来看，催化、分离、氧化还原脱硫都是比较先进而且有效的处理方式。文章主要介绍了目前常见的几种天然气脱硫技术还有一些新兴的脱硫工艺，详细的分析了各种方式的利弊。
【关键词】天然气脱硫技术；研究现状；发展趋势
一．常见天然气脱硫工艺介绍
1.干法脱硫：可以分为金属化合物法以及非金属矿物吸收法两种。
（1）金属化合物法的脱硫原理是利用传统的海绵铁法，通过硫化氢和金属氧化物的化学反应产生金属硫化物和水。常见脱硫金属有氧化铁和氧化锌。氧化铁法的突出代表是无定型羟基氧化铁脱硫技术，这种方式的创新性在于解决了脱硫药剂硫容量低的问题，反应活性强，回收率也较高，不会造成环境的污染。优势在于比普通的脱硫剂来说具有较高的硫容量，能够吸附二氧化碳来提高燃气的热值。此外氧化铁材料较为低廉，能够循环利用，起到节约资源的效果。
氧化锌法的脱硫原理是通过让氧化锌与硫化氢发生化学反应以脱除天然气中的硫化氢，目前提出了一种改良的氧化锌脱硫法，将氧化锌与有机酸复配脱硫剂结合使用，不仅能够大大缩短脱硫需要的时间，提高脱硫效率，降低了脱硫所需的成本，因此未来发展前景广阔。
（2）非金属矿物吸收法可分为活性炭吸附法和分子筛法。
活性炭吸附法的脱硫原理是利用活性炭这一应用广泛的脱硫剂，可以实现在高温含氧的环境之下仍然能够脱除硫化氢，在常温下也可以进行硫化氢的氧化环节从而实现对硫的吸附。需要对活性炭进行处理，可将其浸泡在例如氧化铜，氧化铁过渡金属中，来增强活性炭的催化活性，达到更好的氧化和吸附效果。这种方法的突出优势是操作简便，但活性炭材料成本高。
分子筛法的脱硫原理是利用分子筛自身均匀多孔以及内表面积大的两个特点，在内部形成局部集中的极电荷，这些极电荷的本质是由氧的桥接作用形成的硅铝酸盐分子。这些硅铝酸盐分子能够对硫进行吸附，吸附的原理是其具备的良好的亲硫化氢的特性，优点在于适合小型吸附设备，并且吸附能力很强，脱硫的效果很好，缺点在于材料再生性差，无法做到循环使用。
2.湿法脱硫
（1）物理化学吸收法
目前使用的物理吸收法主要有乙二醇二甲醚法，低温甲醇法等，常见的化学吸收法有醇胺法和碱法，脱硫原理是利用碱液和硫化氢进行可逆反应来提取硫元素，还可以通过加热富液来实现脱硫剂的循环使用。醇胺法的脱硫原理是有机醇胺化合物的氨基在被水解之后的溶液会呈现出碱性，羟基在被水解之后会提高化合物的溶解能力。在溶液温度较低，压力较高的时候，溶液可以吸收硫化氢，常用的溶液有甲基二乙醇胺，一乙醇胺，二异丙醇胺等。碱法的脱硫原理是利用PH值在9到11的强碱弱酸盐溶液结合真空碳酸盐法将原料气和碳酸盐溶液注入吸收塔内进行逆流接触，还可以将富液通过蒸馏实现溶液的循环利用制备出硫磺。这种方法虽然能够循环利用脱硫溶液，但是能源消耗较大。
（2）液相催化氧化法
液相催化氧化法的脱硫原理是利用铁，锰等过渡金属离子的氧化性来实现脱硫。利用锰离子体系脱硫是目前最为有效的方式，液相催化氧化法的共同优点是使用的催化剂可以再生，对环境的污染较小，几乎没有二次污染。此外，还有多种离子协同脱硫体系，需要多种过渡金属离子组成，能够加快氧化的速度，脱硫的速率也高于普通的单一金属离子体系，可以说是呈倍数增加。优点是应用范围较广，脱硫效率较高，较为稳定，不易产生污染，可以说是一种清洁绿色的催化剂，发展前景广阔。但缺点是处理成本较高。
3.微生物脱硫法
微生物脱硫法的脱硫原理是通过微生物来对溶液中的硫化氢进行吸附捕获，这些有机微生物中含有的酶可以与硫成分产生催化反应，从而让非水溶性的硫化物变成可溶于水的化合物。这种脱硫方法的突出优势在于成本较低而且能耗较低，不会造成环境的污染，是十分节能环保的脱硫方式，可以说是有广阔的发展前景。
4.膜分离法
膜分离法的脱硫原理是通过气体组分在高分子膜的表面产生的吸附能力以及溶解扩散能力的差异来实现硫元素的分离，简而言之，是通过渗透速率的不同实现分离。这种膜分离法近年来发展迅速，在天然气脱硫方面的应用效果也很可观，不仅能够高效处理天然气中的硫化氢等酸性物体，还能够对剩余的气体进行回收利用，大大提高原料的利用率。这种脱硫方式的优势是装置简易，操作简单，低能耗低污染，不足的地方是制取干膜的工序十分复杂。
二．目前新兴的脱硫技术介绍
1.超重力氧化还原法
超重力氧化还原法是对传统的络合铁脱硫技术的创新，它将传统络合铁脱硫技术与现代超重力旋转强化传质的特点相结合。其中，超重级是这种方法的必备设备，超重机将络合铁和碱液混合作为脱硫剂，硫化氢的浓度，天然气的流量，PH值的变化都会影响到硫化氢的脱除效果。使用超重机进行脱硫的好处是设备体积小，运输方便，而且操作灵活性高弹性大，脱硫效果显著。这一方法在渤南集气站就得到了良好的应用，解决了天然气含硫量超标无法正常运输的问题。
2.离子液体技术
离子液体技术的脱硫原理是通过离子液体来进行对硫化物的吸收，一般使用的离子液体有三类，分别是咪唑类，醇胺类和胍类。为了保证离子液体技术的脱硫效果，就需要选取合适的离子，离子液体聚合物和离子液体负载方法。优势在于污染小，清洁离子液体熔点低，可以实现资源的回收利用，因此是发展前景广阔的高潜力脱硫方式。
3.臭氧氧化法
臭氧氧化法的脱硫原理是利用臭氧在紫外线照射或者是催化剂作用下可以离析出具有氧化性的原子态氧这一特点将硫化氢等物质进行氧化从而转化为稳定态的硫化物，这样也不会释放出二氧化碳等气体造成二次污染。这种脱硫方式的优势是节约能源而且脱硫效果明显，即便是使用的臭氧浓度过高也不会造成污染，因此可以适当投入应用。
三．天然气脱硫技术未来可能的发展方向
1.进一步加大重力脱硫技术开发力度
因为很多不同的相间传质过程和大小分子的扩散过程都需要通过超重力来实现，实验证明超重力场与普通重力场环境相比速度较快，形成的膜液体和液滴的接触面积也更大，相较于传统反应塔，利用重力脱硫的反应速率较快，传质和混合过程的质量更好。目前重力脱硫技术主要应用于液相氧化还原技术脱硫工艺之中，因为其低成本，操作灵活，脱硫效果显著，传质效率高等特点，在海上油气井平台脱硫和净化厂蒸汽脱硫方面都具有广阔的发展前景，可以说是未来重点研究开发的脱硫技术之一。
2.争取在前沿技术领域获得更大突破
脱硫技术绿色清洁的发展方向有三个，一是利用现代科技根据需要合成特定的的分离型的离子吸收溶剂，二是可以重新分配调整醇胺溶液和离子液体的比例从而得到新配方下的更为高效的脱硫脱碳溶剂，三还可以将传统膜分离技术进行创新，结合现代离子液体脱硫技术和现存的膜分离技术，取二者之长处来研发出全新的气体分离膜并且应用于脱硫净化工作中，为脱硫净化提供更多方法的选择。
结语
文章具体介绍了传统的天然气脱硫技术以及新兴的天然气脱硫技术并且比较了各种脱硫方式的优劣。此外，还分析了提出了未来天然气脱硫技术的发展方向，希望相关科研人员能够从中找到灵感，助力我国天然气净化工业的发展。
参考文献
[1]陈胜永.新形势下天然气净化技术面临的挑战及下步的研究方向.[J].石油与天然气化工.2018.10(89).
[2]刘琴.杨贤.新形势下天然气脱硫技术的发展情况及未来可能的研究方向.[J].中国石油与化工标准质量.2017.06(15).