天然气脱硫脱碳工艺综述

赵俊翔 魏巍 马其峰 李若一

摘 要：随着中国节能减排战略的优化，天然气在能源结构中的比重不断增加，天然气净化技术受到广泛关注。湿法脱硫方法包括物理吸收法，化学吸收法和物理化学吸收法。干法脱硫;膜分离和微生物脱硫。比较了不同方法的优缺点和应用条件，预测了未来的发展方向。

关键词：天然气;脱硫;脱碳;工艺

在天然气冷冻分离过程中，二氧化碳会形成干冰，堵塞管道和设备，甚至造成严重的生产事故。含有较多硫化氢的天然氣不仅会在燃烧时产生异味，污染环境，影响健康，还会在加工过程中引起催化剂失效。因此，从天然气中去除酸性气体对天然气的开发至关重要。

一、天然气脱硫脱碳常用工艺概述

目前，除去硫化氢和二氧化碳的常用方法包括湿法，干法，膜净化法和微生物脱硫法。

使用溶液或溶剂作为吸收剂的方法称为湿法。湿法脱硫和脱碳分为物理溶剂吸收法，化学溶剂吸收法，物理化学溶剂吸收法等。

二、湿法

（一）物理吸收法。物理吸收法具有除去天然气中的硫化氢和二氧化碳以及有机酸如硫醇的优点。然而，这种方法也有一些缺点：一方面，物理溶剂的成本高;另一方面，溶剂具有重质烃吸附能力强，不仅影响净化气体的热值，还影响后期的硫磺回收质量。目前，工业中使用的物理溶剂包括碳酸亚丙酯，聚乙二醇二甲醚，磷酸三丁酯和N-甲基吡咯烷酮。聚乙二醇二甲醚被广泛使用。溶剂的蒸气压低，对硫化氢和二氧化碳以及有机硫化物具有良好的吸收能力和选择性。

（二）化学溶剂吸收法。学溶剂吸收法是在可逆反应的基础上，利用碱性溶剂和酸性气体在原料气体中反应生成富含酸性气体的化合物，从而去除酸性气体;吸收酸性气体的富溶液可以分解酸性气体，在较高温度和较低压力下再生碱性溶液。其中，醇胺法已被广泛使用，包括单乙醇胺（MEA），二乙醇胺（DEA），二甘醇胺（DGA），二异丙醇胺（DIPA）和甲基二乙醇胺（MDEA）;

1.单乙醇胺（MEA）。单乙醇胺具有最小分子量并且需要较少的循环溶液以除去一定量的酸性气体。此外，单乙醇胺在化学性质方面稳定并且可以减少溶液降解。单乙醇胺的主要缺点是单乙醇胺和二氧化硫之间的反应是不可逆的，导致溶剂的大量损失和产物的积累。单乙醇胺具有较高的蒸气压，溶液的蒸发损失较大。

2.二乙醇胺（DEA）。二乙醇胺是仲胺，原料气中硫化氢和二氧化碳的去除基本上是非选择性的，原理和操作上类似于单乙醇胺。一个主要的区别是它与硫化物反应速率低，产物也不同，溶剂损失引起的反应相对较小，腐蚀性较弱。因此，它适用于具有高杂质含量的炼油厂气体和人造气体。

3.二甘醇胺（DGA）。二甘醇胺是伯胺，具有高反应性和低平衡分压的优点。它没有选择性吸收硫化氢和二氧化碳，也可以吸收有机酸和其他物质，并与它们发生不可逆的化学反应。特别适用于寒冷水域。

4.二异丙醇胺（DIPA）。在相同条件下，酸性气体在二异丙醇胺溶液中的溶解度与具有相同浓度的二乙醇胺的溶解度差别不大。其再生条件比单乙醇胺温和，液气比降低，从而减少了热损失和热交换面积。在有机硫存在下，二异丙醇胺比单乙醇胺稳定得多。主要用于炼油厂气体脱硫和硫磺回收装置的废气处理。

5.甲基二乙醇胺（MDEA）。甲基二乙醇胺是一种叔胺，具有良好的化学稳定性，溶剂蒸发损失小，腐蚀性弱。此外，在二氧化碳存在下，它对硫化氢具有选择性吸收能力。通过使用甲基二乙醇胺代替其它胺，酸性气体的质量和操作条件得到改善，能量消耗降低。甲基二乙醇胺是净化低硫和高硫比的天然气的最佳方法。印度某公司采用甲基二乙醇胺法从原料气中去除硫化氢和二氧化碳，效果良好。

（三）物理—化学溶剂吸收法。物理—化学溶剂吸收法这种方法是物理和化学溶剂的混合物。目前，最典型的代表是砜胺法，砜和二异丙醇胺（DIPA）或甲基二乙醇胺（MDEA）混合物的配方。它的特点是酸性气体负荷高，净化率高，可同时去除硫化氢和有机硫，但溶剂较贵。由于物理吸收和化学吸收的优点，砜胺法已成为天然气脱硫的重要方法之一。

三、干法脱硫

干法脱硫是一种利用固体吸附剂进行天然气脱硫的方法，即在固体脱硫剂表面吸附酸性气体或使酸性气体与表面的某些组分发生反应，达到脱硫的目的。干法脱硫包括分子筛法和固体氧化铁法。与液体脱硫相比，这种方法使用较少，但具有一定的优点。

（一）分子筛。分子筛是一种合成无机吸附剂——铝酸盐晶体，其脱硫工艺主要采用具有较强硫化氢亲和力的分子筛。但是，当原料气中的硫化氢含量高时，会产生需要在再生过程中处理的问题。因此，除特殊场合外，该方法很少用于天然气脱硫领域。

（二）膜分离脱硫法。膜分离脱硫是利用膜在分离过程中硫化氢和甲烷的不同渗透性，使硫化氢和甲烷气体分离。该方法简单，易于控制，可克服胺法和砜胺法高能耗的缺点。膜分离是一种去除大量酸性气体的技术，但它只能用于粗分离。该方法适用于总酸性气体含量大于20%的情况。

（三）微生物脱硫技术。微生物脱硫技术利用各种微生物的代谢吸收硫化氢，将硫化氢转化为硫元素。常用的细菌是氧化亚铁硫杆菌脱氮。该方法绿色环保，原料成本低，已用于煤炭脱硫，石油脱硫，金属矿物脱硫，烟气脱硫等。

本文介绍了目前天然气脱硫脱碳的方法和应用。传统的脱硫脱碳方法各有优缺点，设备日趋成熟。因此，应大力开发新的脱硫脱碳工艺，如低温脱硫脱碳，微生物净化技术和膜分离方法，以适应各种环境的应用，减少能耗损失。

参考文献：

[1]宗月，仇阳，王为民，申龙涉，邓桂春.天然气脱硫脱碳工艺综述[J].化工管理，2019（04）：200-202.