天然氣脫硫脫碳工藝綜述

趙俊翔 魏巍 馬其峰 李若一

摘 要：隨著中國節能減排戰略的優化，天然氣在能源結構中的比重不斷增加，天然氣凈化技術受到廣泛關注。濕法脫硫方法包括物理吸收法，化學吸收法和物理化學吸收法。干法脫硫;膜分離和微生物脫硫。比較了不同方法的優缺點和應用條件，預測了未來的發展方向。

關鍵詞：天然氣;脫硫;脫碳;工藝

在天然氣冷凍分離過程中，二氧化碳會形成干冰，堵塞管道和設備，甚至造成嚴重的生產事故。含有較多硫化氫的天然氣不僅會在燃燒時產生異味，污染環境，影響健康，還會在加工過程中引起催化劑失效。因此，從天然氣中去除酸性氣體對天然氣的開發至關重要。

一、天然氣脫硫脫碳常用工藝概述

目前，除去硫化氫和二氧化碳的常用方法包括濕法，干法，膜凈化法和微生物脫硫法。

使用溶液或溶劑作為吸收劑的方法稱為濕法。濕法脫硫和脫碳分為物理溶劑吸收法，化學溶劑吸收法，物理化學溶劑吸收法等。

二、濕法

（一）物理吸收法。物理吸收法具有除去天然氣中的硫化氫和二氧化碳以及有機酸如硫醇的優點。然而，這種方法也有一些缺點：一方面，物理溶劑的成本高;另一方面，溶劑具有重質烴吸附能力強，不僅影響凈化氣體的熱值，還影響后期的硫磺回收質量。目前，工業中使用的物理溶劑包括碳酸亞丙酯，聚乙二醇二甲醚，磷酸三丁酯和N-甲基吡咯烷酮。聚乙二醇二甲醚被廣泛使用。溶劑的蒸氣壓低，對硫化氫和二氧化碳以及有機硫化物具有良好的吸收能力和選擇性。

（二）化學溶劑吸收法。學溶劑吸收法是在可逆反應的基礎上，利用堿性溶劑和酸性氣體在原料氣體中反應生成富含酸性氣體的化合物，從而去除酸性氣體;吸收酸性氣體的富溶液可以分解酸性氣體，在較高溫度和較低壓力下再生堿性溶液。其中，醇胺法已被廣泛使用，包括單乙醇胺（MEA），二乙醇胺（DEA），二甘醇胺（DGA），二異丙醇胺（DIPA）和甲基二乙醇胺（MDEA）;

1.單乙醇胺（MEA）。單乙醇胺具有最小分子量并且需要較少的循環溶液以除去一定量的酸性氣體。此外，單乙醇胺在化學性質方面穩定并且可以減少溶液降解。單乙醇胺的主要缺點是單乙醇胺和二氧化硫之間的反應是不可逆的，導致溶劑的大量損失和產物的積累。單乙醇胺具有較高的蒸氣壓，溶液的蒸發損失較大。

2.二乙醇胺（DEA）。二乙醇胺是仲胺，原料氣中硫化氫和二氧化碳的去除基本上是非選擇性的，原理和操作上類似于單乙醇胺。一個主要的區別是它與硫化物反應速率低，產物也不同，溶劑損失引起的反應相對較小，腐蝕性較弱。因此，它適用于具有高雜質含量的煉油廠氣體和人造氣體。

3.二甘醇胺（DGA）。二甘醇胺是伯胺，具有高反應性和低平衡分壓的優點。它沒有選擇性吸收硫化氫和二氧化碳，也可以吸收有機酸和其他物質，并與它們發生不可逆的化學反應。特別適用于寒冷水域。

4.二異丙醇胺（DIPA）。在相同條件下，酸性氣體在二異丙醇胺溶液中的溶解度與具有相同濃度的二乙醇胺的溶解度差別不大。其再生條件比單乙醇胺溫和，液氣比降低，從而減少了熱損失和熱交換面積。在有機硫存在下，二異丙醇胺比單乙醇胺穩定得多。主要用于煉油廠氣體脫硫和硫磺回收裝置的廢氣處理。

5.甲基二乙醇胺（MDEA）。甲基二乙醇胺是一種叔胺，具有良好的化學穩定性，溶劑蒸發損失小，腐蝕性弱。此外，在二氧化碳存在下，它對硫化氫具有選擇性吸收能力。通過使用甲基二乙醇胺代替其它胺，酸性氣體的質量和操作條件得到改善，能量消耗降低。甲基二乙醇胺是凈化低硫和高硫比的天然氣的最佳方法。印度某公司采用甲基二乙醇胺法從原料氣中去除硫化氫和二氧化碳，效果良好。

（三）物理—化學溶劑吸收法。物理—化學溶劑吸收法這種方法是物理和化學溶劑的混合物。目前，最典型的代表是砜胺法，砜和二異丙醇胺（DIPA）或甲基二乙醇胺（MDEA）混合物的配方。它的特點是酸性氣體負荷高，凈化率高，可同時去除硫化氫和有機硫，但溶劑較貴。由于物理吸收和化學吸收的優點，砜胺法已成為天然氣脫硫的重要方法之一。

三、干法脫硫

干法脫硫是一種利用固體吸附劑進行天然氣脫硫的方法，即在固體脫硫劑表面吸附酸性氣體或使酸性氣體與表面的某些組分發生反應，達到脫硫的目的。干法脫硫包括分子篩法和固體氧化鐵法。與液體脫硫相比，這種方法使用較少，但具有一定的優點。

（一）分子篩。分子篩是一種合成無機吸附劑——鋁酸鹽晶體，其脫硫工藝主要采用具有較強硫化氫親和力的分子篩。但是，當原料氣中的硫化氫含量高時，會產生需要在再生過程中處理的問題。因此，除特殊場合外，該方法很少用于天然氣脫硫領域。

（二）膜分離脫硫法。膜分離脫硫是利用膜在分離過程中硫化氫和甲烷的不同滲透性，使硫化氫和甲烷氣體分離。該方法簡單，易于控制，可克服胺法和砜胺法高能耗的缺點。膜分離是一種去除大量酸性氣體的技術，但它只能用于粗分離。該方法適用于總酸性氣體含量大于20%的情況。

（三）微生物脫硫技術。微生物脫硫技術利用各種微生物的代謝吸收硫化氫，將硫化氫轉化為硫元素。常用的細菌是氧化亞鐵硫桿菌脫氮。該方法綠色環保，原料成本低，已用于煤炭脫硫，石油脫硫，金屬礦物脫硫，煙氣脫硫等。

本文介紹了目前天然氣脫硫脫碳的方法和應用。傳統的脫硫脫碳方法各有優缺點，設備日趨成熟。因此，應大力開發新的脫硫脫碳工藝，如低溫脫硫脫碳，微生物凈化技術和膜分離方法，以適應各種環境的應用，減少能耗損失。

參考文獻：

[1]宗月，仇陽，王為民，申龍涉，鄧桂春.天然氣脫硫脫碳工藝綜述[J].化工管理，2019（04）：200-202.