關于高含硫天然氣處理技術研究

曲大偉(杰瑞石油天然氣工程有限公司，山東 煙臺 264003)

關于高含硫天然氣處理技術研究

曲大偉(杰瑞石油天然氣工程有限公司，山東 煙臺 264003)

天然氣的使用推廣程度越來越高，但是眾所周知的是天然氣中都含有不同程度的硫含量，特別是高含硫天然氣燃燒后的尾氣排放出大量的有毒氣體，因此要采用適當的處理技術。筆者在本文中通過對高含硫天然氣處理技術現狀、問題所在，研究了高含硫天然氣處理技術研發方向，以為后來的研究提供一定的參考依據。

高含硫天然氣；脫硫；硫磺回收；處理技術

1 高含硫天然氣處理技術現狀

1.1 天然氣脫硫技術現狀

目前國際上主要對于高含硫天然氣的脫離技術主要為脫硫溶劑法，比如DEA法、MDEA或MDEA法。例如，毗鄰我國的俄羅斯阿斯特拉罕氣田所出產的天然氣其中硫化氫的含量達到了20.7%至22.5%之間，其主要就是采用DEA和MDEA混合溶劑法進行對高含硫天然氣進行脫硫處理。另外天然氣中的硫含量較高時，那么國際上通用的方法就是借助于物理溶劑法，如Selexol法以及Purisol法和Sulfinol法等等方法實現脫硫，比如說加拿大的Pine Rive工廠就采用了基于Sulfinol法的脫硫裝置來處理高于10%含硫量的天然氣。而當天然氣中的有機硫含量偏高時，此時國際上的主要脫硫技術則是使用物理溶劑脫組合的方式進行脫硫，如可以采用DEA與MDEA混合胺和聯合工藝去除有機硫，為了更好去除有機硫，在脫硫脫水中加入分子篩NaX和硅膠吸附劑，使處理后的天然氣混合氣體達到管道運輸標準。

1.2 天然氣硫磺回收技術現狀

就目前而言高含硫天然氣經過脫硫之后，其剩余的混合氣體中的硫含量一般較低，對于實際回收硫磺裝置而言，硫化氫的含量越高，則可以回收的硫磺也就越多，且燃燒后的排放尾氣中的硫化污染物也就越少。一般來說，低含硫天然氣脫后酸性氣體之中的硫化氫比例超過一半以上，能夠達到80%左右，三級克勞斯硫總硫回收率超過97%，而副產物有機硫含量不超過0.2%，再與常規水解技術相結合可將硫磺損失降低至可忽略的程度。對于高硫天然氣脫硫后的酸性氣體硫化氫含量一般低于50%，有些甚至低至40%，通過三階段克勞斯硫回收裝置總硫回收率降至96%，而副產物有機硫含量提高至0.5%，常規水解技術難以保護硫磺損失減少到足夠的水平。此外，新開發的高含硫氣田生產量一般較大，以年產量為1010m3，硫化氫含量為20%舉例，年產量為1.0×108t，每當硫磺回收率提高百分之一，那么其就可以多回收106t的硫磺，效率與效益大大提高。當前，國內允許排放的污染物中的二氧化硫的濃度已經降低到了0.5g∕m3，以與國際要求接軌。但是，即便如此每年仍然會有超過5000噸的二氧化硫排放到空氣中，這對于環境保護來說威脅很大。因此有必要對有效硫回收的新技術進行研究。

1.3 我國天然氣脫硫技術存在的問題

現如今國內對含硫量高的天然氣的研究，主要針對的就是硫化氫的處理技術的研究。但是如俄羅斯阿斯特拉罕氣田硫化氫與二氧化碳含量都高于20%的天然氣的脫硫處理技術，還沒有足夠成功的研究成果與實踐經驗。這是因為它們一旦超過20%，其所需要的循環脫硫過程中普通脫硫劑的物質的量很大。除此以外，由于其處理過程的復雜性，會在下游天然氣處理中引入更多的雜質使得脫硫溶液會變質，而且就天然氣中高含量的硫化氫與二氧化碳就能夠使得其再次變質。因此，導致在脫硫過程中效率降低，且增加了腐蝕性，嚴重危及設備安全穩定運行。

2 高含硫天然氣處理技術研究

2.1 高含硫天然氣脫硫技術研發方向

脫硫法之一就是采用物理溶劑法，其利用不同溶劑如在甲烷等烴類溶劑對于硫化氫以及有機硫等溶解度的差異從而有效達到有效脫離。而且，根據實踐研究可知，在酸性氣體溶解于化學溶劑以及物理溶劑之中，其溶解熱或者反應熱不同，一般而言溶解于物理溶劑中的溶解熱要小得多，換而言之，即需要更小更少的能量即可實現溶劑再生。另外，采用物理溶劑可以選擇性去除硫化氫，對有機硫也具有很好的去除能力。目前，我國高含硫天然氣使用物理溶劑處理技術還不完善，有必要高含硫天然氣處理中加強實驗研究。

脫硫法中一種非常重要的方法就是空間位阻胺物理溶劑法，其與MDEA+物理溶劑配合法適用于天然氣的不同碳、硫含量和有機硫含量比例的脫硫處理。而且，在空間位阻胺以及MDEA這兩種溶劑之中，酸性分體的平衡溶解度上不一樣的，因此就要通過相對應的熱力學以及動力學模型的軟件來建設合適的模型，從而能進一步引導和指示如何進行對高含硫天然氣脫硫裝置的設計。

2.2 高含硫天然氣硫磺回收技術研發方向

在傳統硫回收技術中硫磺回收率已經為99.5%，與國際新標準硫回收率的99.93%相差很小，但是依然存在差距，這主要是由于難以進一步提高直接氧化過程中硫磺的轉化率。只有通過改善催化劑在直接氧化還原階段的應用，能夠效率直接提升至高達95%以上，從而得以滿足國際脫硫新標準。基于此可以說現如今硫磺回收處理技術中一個重要的研發方向就是提高氧化催化劑的作用效果。

而且，往往大量的有機硫也殘留在高含硫類型的天然氣之中，需要采用技術更加成熟的脫硫溶劑法進行有機硫的去除，比如近年來比較流行的以低溫COS水解催化劑脫硫技術，可以有效的以水解法的方式將有機硫從天然氣中去除，該技術目前還有很大的發展潛力，目前也是滿足國際脫硫標準的最佳選擇技術方案之一。

在總結實際應用經驗的基礎上，筆者分析了現有高含硫天然氣處理技術現狀，并針對高含硫天然氣處理技術研發方向進行研究。而關于開發和完善高硫天然氣處理技術、解決高硫天然氣問題，是目前乃至未來天然氣處理技術的重點，因此可以為以后的研究提供一定的參考依據。

[1]李奇,李偉,姬忠禮.高含硫天然氣處理裝置分析[J].化工進展,2014.

[2]倪鐘利,熊勇,周軍,蹇惠蘭.高含硫天然氣處理廠污水源頭控制及處理方法[J].石油與天然氣化工,2005,