楊廣

摘 要：我國相關(guān)部門規(guī)定，天然氣的使用都必須要提前經(jīng)過一道凈化環(huán)節(jié)。通過物理方法、化學(xué)方法以及物理化學(xué)方法等將天然氣中的無機(jī)硫、有機(jī)硫以及二氧化碳進(jìn)行脫除?；诖耍疚闹攸c(diǎn)針對天然氣脫硫脫碳工藝進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：天然氣;脫硫脫碳工藝

所謂天然氣，指的是以甲烷為主要成分的，深埋在地下、海洋下的能源，可以用作燃料和化工原料。但是，從地下開采出來的天然氣都會含有大量的硫化物和二氧化碳。其中，硫化物是一種劇毒物質(zhì)，如果不經(jīng)過處理就直接使用，會加速酸雨的形成。而二氧化碳則是造成溫室效應(yīng)的主要物質(zhì)。所以，為了符合我國環(huán)境保護(hù)的要求，保證天然氣的使用安全，必須要對天然氣進(jìn)行脫硫脫碳處理。

一、幾種天然氣脫碳工藝

（一）醇胺法

醇胺法是一種非常有效的天然氣碳元素脫除方法。在醇胺法的應(yīng)用過程中，活化MDEA工藝的應(yīng)用效果最好?；罨疢DEA技術(shù)的應(yīng)用原理與醇胺的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。首先，醇胺的分子結(jié)構(gòu)中至少含有一個(gè)羥基，可以降低化合物的蒸氣壓，提高化合物的水溶性。其次，醇胺的分子結(jié)構(gòu)中至少含有一個(gè)胺基，可以使溶液呈現(xiàn)出堿性的特點(diǎn)。正是因?yàn)榇及贩肿咏Y(jié)構(gòu)的特殊性，所以與天然氣中的硫化氫和二氧化碳進(jìn)行結(jié)合，就可以通過酸堿中和的原理實(shí)現(xiàn)二氧化碳的順利脫除。

（二）膜+醇胺法處理工藝

膜+醇胺法處理工藝，其實(shí)是一種集成工藝，包含以下兩部分。第一膜脫離單元、主要作用是以不同的氣體有著不同的高分子聚合物的溶解與擴(kuò)散差異為基礎(chǔ)，借助膜兩側(cè)的分壓差來促進(jìn)氣體滲透通過纖維壁。第二醇胺法單元，對氣體進(jìn)行進(jìn)一步的分離，徹底達(dá)到氣體分離的目的。膜+醇胺法處理工藝的應(yīng)用，膜兩側(cè)相應(yīng)組分的分壓差、膜的面積以及膜的選擇分離性，既是膜分離的三要素，也是天然氣脫碳過程中的主要推動力。對天然氣中的氣體進(jìn)行分析，可以將其分為“快氣”和“慢氣”兩部分。其中，快氣指的是性質(zhì)相對活潑的氣體，主要包含以下幾種：第一水、第二氫氣、第三氦氣、第四硫化氫、第五二氧化碳等。而“慢氣”指的是性質(zhì)比較穩(wěn)定的氣體，包含以下幾種：第一各種烴類、第二氮?dú)?、第三一氧化碳、第四氬氣等。正是因?yàn)椴煌瑲怏w的性質(zhì)差異較大，所以才可以通過膜技術(shù)對天然氣中的很多氣體進(jìn)行分離[1]。

（三）低溫分離工藝

低溫分離工藝的應(yīng)用原理為：天然氣中不同的氣體組分有著不同的揮發(fā)度，運(yùn)用冷凍制冷的方式，就可以在低溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)氣體中所有組分的冷凝。之后，由于不同物質(zhì)的蒸發(fā)溫度差異較大，所以只需要運(yùn)用蒸餾法就可以實(shí)現(xiàn)冷凝物中各個(gè)物質(zhì)的逐一分離。

（四）變壓吸附工藝

目前，變壓吸附工藝，又叫做PSA工藝，其應(yīng)用原理為：同一吸附劑在不同氣體當(dāng)中，有著不同的吸附量。將吸附劑應(yīng)用到天然氣混合物中，就可以通過吸附劑的揮發(fā)作用來吸附出天然氣中的雜質(zhì)組分。然后再運(yùn)用減壓技術(shù)，就可以釋放出這些被吸附的氣體，而吸附劑則恢復(fù)原始狀態(tài)，繼續(xù)吸附天然氣混合物中雜質(zhì)組分。根據(jù)相關(guān)專家學(xué)者的研究，確定了在變壓吸附工藝中，二氧化碳的吸附力最強(qiáng)，一氧化碳次之、甲烷較弱，氫氣的吸附力最差[2]。

（五）膜+變壓吸附技術(shù)

膜+變壓吸附技術(shù)也是一種集成工藝，包含以下兩部分。首先，是膜分離單元，又可以細(xì)分為兩個(gè)部分：其一是預(yù)處理部分、其二是膜分離部分。其中，預(yù)處理部分又可以細(xì)分為三個(gè)部分，即加熱器、過濾器和除霧器。其次，是變壓吸附單元。工作人員需要對原料量以及天然氣產(chǎn)品的純度等要求進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)對膜的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來降低天然氣中的二氧化碳含量，并達(dá)到最終的氣體分離目的。

二、幾種天然氣脫硫工藝

（一）濕法脫硫工藝工藝

1.化學(xué)吸附法

以脫除機(jī)制和作用原理為標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)吸附法又可以分成兩種：一種是胺法，另一種是直接轉(zhuǎn)換法。

首先，胺法，與醇胺法脫碳相似，即以醇胺溶液為媒介，利用羥基來降低天然氣的蒸氣壓，提高化合物的溶解度;利用胺基來使化合物呈堿性，進(jìn)而通過化合物與酸性氣體的反應(yīng)來達(dá)到硫化物和二氧化碳脫除的目的。胺法的應(yīng)用優(yōu)勢為凈化度高、適用范圍廣;應(yīng)用缺點(diǎn)為設(shè)備規(guī)模大，應(yīng)用成本高。

其次，直接轉(zhuǎn)化法，即直接通過含氧溶液的應(yīng)用，將溶液中的硫化氫轉(zhuǎn)化成硫元素。這種方法可以對脫硫和硫進(jìn)行有效的回收，所以其應(yīng)用成本更低。而且，這種方法的應(yīng)用優(yōu)勢為，硫的脫除率較高，且無需對脫除后的氣體進(jìn)行處理。應(yīng)用缺點(diǎn)為溶液的循環(huán)量太大，需要為其提供源源不斷的動力。

2.物理吸納法

物理吸附法的應(yīng)用原理是在不同的溶液中，酸性氣體的溶解度不同。一般情況下，多乙二醇二甲醚和碳酸丙烯酯是最常用的脫除劑。因?yàn)榱蚧瘹涞娜芙舛雀哂诙趸嫉娜芙舛?，所以需要科學(xué)選擇物理溶劑。由于其工作原理不是化學(xué)反應(yīng)方式，而是物理溶解方式，所以整個(gè)脫除環(huán)節(jié)不會消耗過多的能量。其應(yīng)用優(yōu)勢為選擇性好、能耗小。應(yīng)用缺點(diǎn)為對反應(yīng)裝置要求苛刻，溶液成本高。

3.物理化學(xué)脫硫法

物理化學(xué)脫硫法在我國天然氣脫硫過程中有著極為廣泛的應(yīng)用，主要是通過物理技術(shù)和化學(xué)技術(shù)的相互作用來達(dá)到脫硫目的的。例如，Sulfionl-D和Sulfionl-M是兩種不同的溶劑，將兩種溶劑混合起來，比單純使用一種溶劑的凈化效果更好，脫有機(jī)硫的效率更高[3]。

（二）干法脫硫技術(shù)

1.鐵系列脫硫劑

在眾多干法脫硫技術(shù)當(dāng)中，氧化鐵脫硫法的應(yīng)用最為廣泛，效果也最好。因?yàn)檫@種脫硫工藝的應(yīng)用操作難度較低，能耗較小，所以在城市燃?xì)?、天然氣的脫硫技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。

2.克勞斯氧化法

以硫化氫為原料，在克勞斯燃燒爐中，尾氣部分的硫化氫就會通過氧化反應(yīng)生成二氧化硫，然后二氧化硫與硫化氫就會發(fā)生反應(yīng)，生成硫磺。這就是所謂的克勞斯氧化法，又被人們稱為干式氧化法。這是我國最傳統(tǒng)天然氣脫硫技術(shù)，以氣體流量的不同為標(biāo)準(zhǔn)，可以分為三種：第一直流克勞斯法、第二分流克勞斯法、第三直接氧化克勞斯法。

3.微生物脫硫技術(shù)

在天然氣凈化過程中，微生物脫硫技術(shù)的應(yīng)用，可以直接通過發(fā)酵液中的微生物來達(dá)到天然氣的凈化目的。因?yàn)椋?dāng)硫化氫被溶液吸收之后，就會被溶液中的細(xì)菌轉(zhuǎn)化成硫元素。Bio-SR、Shell-Paquas、DDS都是最常用的微生物脫硫工藝，但是我國在微生物脫硫方面的研究還十分有限，所以其應(yīng)用范圍還十分有限[4]。

三、結(jié)語

綜上所述，在我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中，對于能源的需求也來越高，環(huán)保意識與安全意識也越來越高。在這種情況下，在使用天然氣之前必須要對其進(jìn)行凈化處理。雖然我國的天然氣脫硫脫碳工藝較多，但是每一種天然氣脫硫脫碳工藝依然有很大的進(jìn)步空間。所以，我們要進(jìn)一步加強(qiáng)更加先進(jìn)天然氣脫硫脫碳工藝的研究與推廣，不斷的提升天然氣凈化水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]贠瑩，高峰.天然氣脫硫脫碳工藝技術(shù)進(jìn)展[J].化工管理，2020，（19）：168-171.

[2]陳水財(cái).關(guān)于天然氣脫硫脫碳工藝的選擇分析[J].化工管理，2017，（29）：36.

[3]周新.天然氣脫硫脫碳工藝綜述[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43（3）：11，32.

[4]宗月，仇陽，王為民， 等.天然氣脫硫脫碳工藝綜述[J].化工管理，2019，（4）：200-202.