高含硫天然气脱硫技术
由于从油气井井口采出或从矿场分离器分出的天然气除含有水蒸气外,往往
S)、硫化羰(COS)、硫醇还含有一些酸性组分。

这些酸性组分一般是硫化氢(H
2
(RSH)及二硫化物(RSSR’)等,通常也叫酸气或酸性气体(acid gas)。

天然
S、COS。

为示区别。

气中最常见的酸性组分是H
2
天然气中含有酸性组分时,会造成金属腐蚀,并且污染环境。

当天然气用作化
工原料时,它们还会引起催化剂中毒,影响产品质量。

当天然气中的酸性组分含量超过管输气或商品气质量要求时,必须采用合适的方法脱除后才能管输或成为商品气。

从天然气中脱除酸性组分的工艺过程称为脱硫、脱碳,习惯上统称为天然气脱硫。

脱硫后的天然气通常称为净气或净化气,而脱出的酸性组分一般还应回收其中的硫元素(硫磺回收)。

当回收硫磺后的尾气不符合向大气排放的标准时,还应对尾气进行处理。

对于管输天然气,要求其H2S含量不应大于20mg/m3。

当天然气用作合成氨或
合成甲醇原料气时,其硫含量要求小于1mg/m3。

如天然气采用深冷分离的方法回收凝液时,其CO2含量(φ)往往要求很低。

因此,对天然气硫含量要求很严的天然气化工厂,需要设置二次脱硫装置。

目前,国内外报道过的脱硫方法有近百种。

这些方法一般可分为间歇法、化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法(化学一物理吸收法)、直接转化法。

其中,采用
溶液或溶剂作脱硫剂的脱硫方法习惯上又统称为湿法,采用固体作脱硫剂的脱硫方法又统称为干法。

间歇法:其脱硫原理又可分为化学反应法与物理吸附法两种,其特点是反应或
吸附过程都是间歇进行的。

属于前者的有海绵铁法、氧化铁浆液法、锌盐浆法法及苛性钠法。

由于脱硫剂在使用失效后即废弃掉,因而仅适用于H2S含量很低及流量很小的天然气脱硫。

属于后者的有分子筛法,它适用于天然气中酸性组分含量低及同时脱水的场合。

海绵铁法及分子筛法因采用固体脱硫剂,故又都属于干法,通常也统称为固体床脱硫法。

化学吸收法:这类方法又称化学溶剂法。

它以碱性溶液为吸收溶剂(化学溶剂),与天然气中的酸性组分(主要是H2S和CO2)反应生成某种化合物。

吸收了酸性组分的富液在温度升高、压力降低时,该化合物又能分解释放出酸性组分。

这类方法中最有代表性的是醇胺(烷醇胺)法和碱性盐溶液法。

属于前者的有
一乙醇胺法、二乙醇胺法、二甘醇胺法、二异丙醇胺法、甲基二乙醇胺法,以及一些有专利权的方法如胺防护法等。

醇胺法是最常用的天然气脱硫方法。

此法适用于从天然气中大量脱硫,如果需要的话,也可用于脱除CO2。

物理吸收法:这类方法又称为物理溶剂法。

它们采用有机化合物为吸收溶剂(物理溶剂),对天然气中的酸性组分进行物理吸收而将它们从气体中脱除。

在物理吸收过程中,溶剂的酸气负荷与原料气中酸性组分的分压成正比。

吸收了酸性组分的富剂在压力降低时,随即放出所吸收的酸性组分。

物理吸收法一般在高压和较低温度下进行,溶剂酸气负荷高,故适用于酸性组分分压高的天然气脱硫。

此外,物理吸收法还具有溶剂不易变质、比热容小、腐蚀性小以及能脱除有机硫化物等优点。

由于物理溶剂对天然气中的重烃有较大的溶解度,故不宜用于重烃含量高的原料气,且多数方法因受溶剂再生程度的限制,净化度不如化学吸收法。

当净化度要求较高时,则需采用汽提或真空闪蒸等再生方法。

物理吸收法的溶剂通常靠多级闪蒸进行再生,不需蒸汽和其它热源,还可同时使气体脱水。

联合吸收法:它兼有化学吸收和物理吸收两类方法的特点,使用的溶剂是醇胺、物理溶剂和水的混合物,故又称为混合溶液法或化学-物理吸收法。

直接转化法:这类方法以氧化一还原反应为基础,故又称为氧化还原法。

此法包括借助于溶液中氧载体的催化作用,把被碱性溶液吸收的H2S氧化为硫,然后鼓人空气,使吸收剂再生,从而使脱硫与硫回收合为一体。

直接转化法目前虽在天然气工业中应用不很多,但在焦炉气、水煤气、合成气等气体脱硫及尾气处理方面却有广泛应用。

在选择脱硫方法时,由于需要考虑的因素很多,由于经济因素和局部情况会支配着某一方法的选择。

1、考虑因素
天然气脱硫方法的选择,不仅对于脱硫过程本身,就是对于下游工艺过程包括硫磺回收、脱水、天然气液回收以及液烃产品处理等方法的选择都有很大影响。

在选择脱硫方法时需要考虑的主要因素是:
(1)天然气中酸性组分的类型和含量大多数天然气中的酸性组分是H
2
S和
CO
2,但有的还可能含有COS、CS
2
、RSH等。

只要气体中含有这些组分中的任何一。