淺析天然氣脫硫技術

劉泉洲 張榜 史亞麗

摘要：由于我國的天然氣儲量十分巨大，且已成為我國工業與日常生活最重要的能源之一，但在其開采中，可能會含有硫化氫氣體，此氣體不僅破壞環境，還會危害到相應工作人員，因此必須進行處理。本文結合有關資料，對天然氣膜法脫硫的相關技術進行了研究，對膜吸收法脫硫技術、膜材料、膜結構、吸收液選擇原則進行簡介，并提出了該技術的發展方向。

關鍵詞：天然氣;凈化;脫硫

中圖分類號：TE644 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2019）04-0297-01

引言：天然氣作為一種高熱值的清潔燃料，如何對其進行經濟有效的開發正逐漸成為人們關注的重點。我國的天然氣資源量約為（1.4-2.2）×1012m³位居世界第九位，據IEA預測，2025年我國的天然氣產量將突破2000×108m³，2035年將達突破3000×108 m³雖然我國擁有豐富的天然氣資源，但是其中月三分之一含有硫化氫、二氧化碳等酸性氣體，典型的酸性氣田H2S含量甚至達到16%，硫化氫的存在不僅會對管道等設施造成嚴重的腐蝕，更會給脆弱的生態環境帶來嚴重的威脅，因此其含量必須嚴格地加以控制。最新頒布的國標GB 17820-2012規定一類地區天然氣總硫含量必須低于60mg/m³，相比之前的100mg/m³下降了40%。面對如此高的含硫量、如此嚴格的標準，傳統工藝明顯已無法經濟有效地滿足需求，必須引進新工藝對其進行凈化處理才能使其達到管輸要求，進一步加快了對天然氣脫硫的研究步伐。

1.天然氣資源和分布

天然氣是一種潔凈環保的優質能，作為能源，它可減少煤和石油的用量，因而大大改善環境污染問題;作為一種清潔能源，它能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%，減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于減少酸雨形成，舒緩地球溫室效應，從根本上改善環境質量。本文從天然氣的發展狀況人手，分析了我國天然氣資源分布情況及總體儲量，然后介紹了其應用領域及前景。

我國的天然氣氣源豐富，目前已探明的天然氣總儲量為2300億m³，而80%以上的探明儲量分布在鄂爾多斯、我國、塔里木、柴達木和鶯一瓊五大盆地，其中前三個盆地天然氣探明儲量超過了5000×108m³，在上述五大盆地中，天然氣勘探取得較大進展并已形成了一定儲量規模的地區主要有：鄂爾多斯盆地、塔里木盆地和柴達木盆地，這三大氣區基本代表了我國天然氣勘探的基本面貌;一個老氣區我國盆地獲得了新發展。

中國沉積巖分布面積廣，中國天然氣資源分布陸相盆地多，形成優越的多種天然氣儲藏的地質條件。根據1993年全國天然氣遠景資源量的預測，中國天然氣總資源量達38萬億m³，陸上天然氣主要分布在中部和西部地區，分別占陸上資源量的43.2%和39.0%。中國天然氣資源的層系分布以新生界第3系和古生界地層為主，在總資源量中，新生界占37.3%，中生界11.1%，上古生界25.5%，下古生界26.1%。天然氣資源的成因類型是，高成熟的裂解氣和煤層氣占主導地位，分別占總資源量的28.3%和20.6%，油田伴生氣占18.8%，煤層吸附氣占27.6%，生物氣占4.7%天然氣用途。工業燃料，以天然氣代替煤，用于工廠采暖，生產用鍋爐以及熱電廠燃氣輪機鍋爐。天然氣發電是緩解能源緊缺、降低燃煤發電比例，減少環境污染的有效途徑，且從經濟效益看，天然氣發電的單位裝機容量所需投資少，建設工期短，上網電價較低，具有較強的競爭力。天然氣發電，通過處理天然氣以后，然后安裝天然氣發電機組來提供電能，工藝生產如烤漆生產線，煙葉烘干、瀝青加熱保溫等天然氣化工工業天然氣是制造氮肥的最佳原料，具有投資少、成本低、污染少等特點。天然氣占氮肥生產原料的比重，世界平均為80%左右。城市燃氣事業特別是居民生活用燃料，包括常規天然氣，以及煤層氣和頁巖氣這兩種非常規天然氣。主要是生產以后并人管道，日常使用天然氣。隨著人民生活水平的提高及環保意識的增強，大部分城市對天然氣的需求明顯增加。天然氣作為民用燃料的經濟效益也大于工業燃料。壓縮天然氣汽車以天然氣代替汽車用油，具有價格低、污染少、安全等優點。國際天然氣汽車組織的統計顯示，天然氣汽車的年均增長速度為20.8%，全世界共有大約1270萬輛使用天然氣的車輛，2020年總量將達7000萬輛，其中大部分是壓縮天然氣汽車。天然氣是優質高效的清潔能源，二氧化碳和氮氧化物的排放僅為煤炭的一半和五分之一左右，二氧化硫的排放幾乎為零。天然氣作為一種清潔、高效的化石能源，其開發利用越來越受到世界各國的重視。全球范圍來看，天然氣資源量要遠大于石油，發展天然氣具有足夠的資源保障。增效天然氣是以天然氣為基礎氣源，經過氣劑智能混合設備與天然氣增效劑混合后形成的一種新型節能環保工業燃氣，燃燒溫度能提高至3300°C，可用于工業切割、焊接、打破口，可完全取代乙炔氣、丙烷氣，可廣泛應用于鋼廠、鋼構、造船行業，可在船艙內安全使用，現市面上的產品有銳鋒燃氣，銳鋒天然氣增效劑。人們的環保意識提高，世界需求干凈能源的呼聲高漲，各國政府也透過立法程序來傳達這種趨勢，天然氣曾被視為最干凈的能源之一，再加上1990年中東的波斯灣危機，加深美國及主要石油消耗國家研發替代能源的決心，因此，在還未發現真正的替代能源前，天然氣需求量自然會增加。

2.研究天然氣脫硫技術的必要性

如今天然氣已經成為世界上最為重要的能源之一，而天然氣中含硫情況比較多，因此研究天然氣脫硫技術非常有必要。首先，全球的天然氣儲量十分豐富，常規天然氣與非常規天然氣的總體儲量將近5000*1012立方米，這為人類使用這種資源作為燃料奠定了資源儲量的保障。其次，在大部分天然氣中存在的硫化氫與二氧化硫氣體，是一種極具危害性的氣體。當有水存在的情況下，硫化氫即便是極低的濃度也會導致鋼材的硫化物產生應力開裂，被稱為應力腐蝕;當處于超過325攝氏度的高溫環境下鋼材發生高溫硫化腐蝕——與硫元素直接反應而使得鋼制儀器損壞。在日常生活中持續吸入硫化氫氣體，會對人類的身體健康造成極大的損傷，破壞人體的免疫系統，其濃度達到一定標準時，則可能引起急性中毒，嚴重時可能導致死亡。硫化氫與天然氣一起燃燒后，會產生有毒有害的二氧化硫氣體，該氣體是引起臭氧層孔洞與酸雨的直接原因，還會對人體造成損害，并且會導致鋼鐵設備的腐蝕速度加快。最后，硫磺是我國工業中極為重要的一種化工原料，在例如國防、農業、輕工、冶金、建材、醫藥等眾多領域中扮演著十分重要的角色。如果能夠將天然氣中的硫元素提取出來，并在其他領域中變廢為寶，則既保護了環境，降低了對人體的危害，還能夠為天然氣企業創造額外的價值，促進了資源的持續利用。采取先進的天然氣脫硫技術為企業、為人類、為社會都創造了巨大的價值，因此研究天然氣的脫硫技術意義十分重大。

3.結語

氣體分離技術用于天然氣脫硫有廣泛的前景，但目前大部分還處于實驗階段。下一步需要加強的是高性能膜材料的開發，特別是制膜過程中聚合物結構的控制。對于氣體在不同膜材料中滲透性能的研究還大多處于定性的描述階段，如何突破這一點實現定量的分析也是目前需要解決的問題。