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【摘 要】伴随着世界经济的发展，石油危机的冲击和煤、石油所带来的环境污染问题日益严重，使能源结构逐步发生变化，天然气的消费量急剧増长。天然气用于联合发电、供冷和供热、燃料电池等方面都具有十分诱人的前途，发达国家都在竞相进行应用开发。
【关键词】天然气;脱硫;净化
中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.08.151
由于近年来石油资源的紧缺，天然气资源越来越受到人们的重视。我国的天然气资源比较丰富，纵观我国天然气储量发展状况，具有增长速度快，储采比高，煤成气比例逐渐增高，探明率低的特点。天然气是一种优质的能源，具有热值大，运输使用方便，燃烧完全，无烟无渣，价格较为便宜等优点。同时天然气是一次能源中最为清洁、高效、方便的能源，不仅在工业与城市民用燃气中广泛应用，而且在发电业中也越来越重要作用，近20年來在我国呈现出快速发展的态势。但是，天然气不是从地下开采出来立刻就能进行使用。必须先经过一些处理才能输送到居民家中和工厂中使用。所以天然气的净化就是一个很重要的过程。
一、湿法脱硫工艺概述
目前天然气的净化脱硫方法根据其弱酸性和强还原性而进行脱硫可以分为干法脱硫和湿法脱硫。湿法按其所用的不同脱硫剂分为液体吸收法和吸收氧化法两类。液体吸收法中有利用碱性溶液的化学吸收法和利用有机溶剂的物理吸收法，以及物理化学吸收法。吸收氧化法主要是利用各种氧化剂、催化剂进行脱硫。
用吸收法脱除天然气所含酸气的过程中，溶液吸收酸气。在溶液内酸气浓度逐步増大并趋于平衡溶解度，此时该溶液逐步丧失对溶质的吸收能力。富含酸气的吸收溶液称富液。显然需通过解吸使富液释放吸收的酸气，恢复其原有的吸收能力，这一过程为再生，再生后、恢复吸收能力的溶液称贫液。在化学吸收法脱酸气工业实践中，富液内酸气浓度常为其平衡浓度的80%左右，再生后的贫液仍含0.5～10%酸气，视所釆用的吸收剂而定。
二、物理溶剂吸收法
物理吸收法是基于吸收剂的选择性吸收来分离抽职天然气中酸性组分，其操作类似于天然气工厂中油吸收法。以有机化合物为溶剂，在高压、低温下使酸气组分和水溶解于溶剂内，使天然气“甜化”和干燥。吸收酸气的溶剂又在低压、高温下释放酸气，使溶剂恢复吸收能力，使脱酸过程循环持续进行。在物理吸收过程中，可采用N-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、丙酮、甲醇等作为吸收剂。由于吸收剂的吸收能力实际上与气相中酸性组分的分压成正比，故而本法对处理高含酸性组分的天然气特备有效。利用有机溶剂对原料气中酸性组分具有较大溶解度的特点，从天然气内脱除酸气。酸气在物理溶剂内的溶解度主要取决于酸气分压，其次为温度。分压愈高，温度较低时，溶解度愈大。物理溶剂再生时可釆用三种方法，即：降压或加热闪蒸，或用惰性气体、溶剂蒸气汽提，使溶剂恢复对酸气的溶解能力。再生所需的热量和能耗较化学吸收法少。一般，物理溶剂适合酸气分压高（大于345kPa）的天然气。
物理溶剂再生时所需的加热量较少，适用于天然气内酸气负荷高，要求同时进行天然气脱水的场合。
三、化学吸收法
在塔器内以弱碱性溶液为吸收剂与酸气反应，生成某种化合物。在另一塔器内，改变工艺条件（加热、降压、汽提等）使化学反应逆向进行，碱性溶液得到再生，恢复对酸气的吸收能力，使天然气脱酸气过程循环连续进行。改变工艺条件（压力、温度），使吸收酸气的溶液进行逆向化学反应，放岀酸气，使水溶液再生、恢复吸收酸气的活性，使脱酸过程连续进行。多数化学吸收法釆用胺和碳酸盐为吸收溶剂。各种醇胺溶液是化学吸收法内使用最广泛的吸收剂，他们有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二甘醇胺（DGA）、甲基二乙醇胺（MDEA）二异丙醇胺（DIPA）等。此外，还有热钾碱法。醇胺法是目前使用最广的天然气脱酸气工艺。
一乙醇胺（MEA）法。MEA对H2S和CO2的吸收和反应无迭择性，同时也吸收羰硫（COS）和二硫化碳（CS2）并与之发生不可逆化学反应，生成哇烷酮-2 （C3H5NO2），一种热稳定性很好的白色固体。这种固体杂质不允许在MEA循环系统内积累，因而从再生塔底分出1%-3%的贫液送入复活釜加热，使MEA贫液蒸发为气体从釜顶排出，哇烷酮-2和其他热稳性盐类残留在釜内。当釜内积聚一定量杂质后，停运并皆除釜内杂质，造成杂质内所含MEA溶剂的损失。
二甘醇胺（DGA）法。属伯醇胺。对酸气的活性和化学反应与MEA类似。以DGA为溶剂的脱酸方法以其发明公司的名称命名，称Fluor Econamine法。与MEA类似，DGA与COS和CS2反应产生的降解产物也需送入复活釜处理。DGA溶液的酸气负荷约为0.3mol（酸气）/mol（DGA），腐蚀性略低于MEA。溶液配置浓度为50～70%。DGA的优点是，蒸气压低，溶液损失小，溶液浓度高，循环量少，再生所需的热负荷低，且由于DGA的凝固点低适宜在高寒地区使用。
四、物理化学吸收法
物理化学吸收工艺获得进一步的发展。化学物理溶剂及物理溶剂工艺具有高选择性、能耗低、可脱有机硫等优势，尤其是在需要大量脱除有机硫的场合，此类方法具有独特的优越性。以Shell公司Sulfinol工艺为代表的化学物理溶剂釆用不同溶剂配比，可满足不同脱硫脱碳需要;最近由Elf Aquitaine公司开发成功的Hybrisol工艺将甲醇的物理溶解特性和仲胺及叔胺的化学活性及选择性吸收结合为一体，脱除有机硫（RSH和COS）能力显著增加。由美国天然气研究院最新开发成功物理溶剂Morphysorb工艺，以吗啉衍生物N —甲酰吗啉和N—乙酰吗啉（NAM）混合物作吸收溶剂，用于选择性脱除H2S、CO2以及有机硫，正显示出较为光明的工业化应用前景。
参考文献
[1] 沙庆云等.天然气处理的新技术.天然气化工，1994 （ 5）
[2]罗光嘉.天然气加工过程原理与技术.哈尔滨;黑龙江科学技术出版社，1990
[3] 周学厚，李延平.天然气脱硫净化方法的评价[J].天然气工业，2014.
【关键词】天然气;脱硫;净化
中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.08.151
由于近年来石油资源的紧缺，天然气资源越来越受到人们的重视。我国的天然气资源比较丰富，纵观我国天然气储量发展状况，具有增长速度快，储采比高，煤成气比例逐渐增高，探明率低的特点。天然气是一种优质的能源，具有热值大，运输使用方便，燃烧完全，无烟无渣，价格较为便宜等优点。同时天然气是一次能源中最为清洁、高效、方便的能源，不仅在工业与城市民用燃气中广泛应用，而且在发电业中也越来越重要作用，近20年來在我国呈现出快速发展的态势。但是，天然气不是从地下开采出来立刻就能进行使用。必须先经过一些处理才能输送到居民家中和工厂中使用。所以天然气的净化就是一个很重要的过程。
一、湿法脱硫工艺概述
目前天然气的净化脱硫方法根据其弱酸性和强还原性而进行脱硫可以分为干法脱硫和湿法脱硫。湿法按其所用的不同脱硫剂分为液体吸收法和吸收氧化法两类。液体吸收法中有利用碱性溶液的化学吸收法和利用有机溶剂的物理吸收法，以及物理化学吸收法。吸收氧化法主要是利用各种氧化剂、催化剂进行脱硫。
用吸收法脱除天然气所含酸气的过程中，溶液吸收酸气。在溶液内酸气浓度逐步増大并趋于平衡溶解度，此时该溶液逐步丧失对溶质的吸收能力。富含酸气的吸收溶液称富液。显然需通过解吸使富液释放吸收的酸气，恢复其原有的吸收能力，这一过程为再生，再生后、恢复吸收能力的溶液称贫液。在化学吸收法脱酸气工业实践中，富液内酸气浓度常为其平衡浓度的80%左右，再生后的贫液仍含0.5～10%酸气，视所釆用的吸收剂而定。
二、物理溶剂吸收法
物理吸收法是基于吸收剂的选择性吸收来分离抽职天然气中酸性组分，其操作类似于天然气工厂中油吸收法。以有机化合物为溶剂，在高压、低温下使酸气组分和水溶解于溶剂内，使天然气“甜化”和干燥。吸收酸气的溶剂又在低压、高温下释放酸气，使溶剂恢复吸收能力，使脱酸过程循环持续进行。在物理吸收过程中，可采用N-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、丙酮、甲醇等作为吸收剂。由于吸收剂的吸收能力实际上与气相中酸性组分的分压成正比，故而本法对处理高含酸性组分的天然气特备有效。利用有机溶剂对原料气中酸性组分具有较大溶解度的特点，从天然气内脱除酸气。酸气在物理溶剂内的溶解度主要取决于酸气分压，其次为温度。分压愈高，温度较低时，溶解度愈大。物理溶剂再生时可釆用三种方法，即：降压或加热闪蒸，或用惰性气体、溶剂蒸气汽提，使溶剂恢复对酸气的溶解能力。再生所需的热量和能耗较化学吸收法少。一般，物理溶剂适合酸气分压高（大于345kPa）的天然气。
物理溶剂再生时所需的加热量较少，适用于天然气内酸气负荷高，要求同时进行天然气脱水的场合。
三、化学吸收法
在塔器内以弱碱性溶液为吸收剂与酸气反应，生成某种化合物。在另一塔器内，改变工艺条件（加热、降压、汽提等）使化学反应逆向进行，碱性溶液得到再生，恢复对酸气的吸收能力，使天然气脱酸气过程循环连续进行。改变工艺条件（压力、温度），使吸收酸气的溶液进行逆向化学反应，放岀酸气，使水溶液再生、恢复吸收酸气的活性，使脱酸过程连续进行。多数化学吸收法釆用胺和碳酸盐为吸收溶剂。各种醇胺溶液是化学吸收法内使用最广泛的吸收剂，他们有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二甘醇胺（DGA）、甲基二乙醇胺（MDEA）二异丙醇胺（DIPA）等。此外，还有热钾碱法。醇胺法是目前使用最广的天然气脱酸气工艺。
一乙醇胺（MEA）法。MEA对H2S和CO2的吸收和反应无迭择性，同时也吸收羰硫（COS）和二硫化碳（CS2）并与之发生不可逆化学反应，生成哇烷酮-2 （C3H5NO2），一种热稳定性很好的白色固体。这种固体杂质不允许在MEA循环系统内积累，因而从再生塔底分出1%-3%的贫液送入复活釜加热，使MEA贫液蒸发为气体从釜顶排出，哇烷酮-2和其他热稳性盐类残留在釜内。当釜内积聚一定量杂质后，停运并皆除釜内杂质，造成杂质内所含MEA溶剂的损失。
二甘醇胺（DGA）法。属伯醇胺。对酸气的活性和化学反应与MEA类似。以DGA为溶剂的脱酸方法以其发明公司的名称命名，称Fluor Econamine法。与MEA类似，DGA与COS和CS2反应产生的降解产物也需送入复活釜处理。DGA溶液的酸气负荷约为0.3mol（酸气）/mol（DGA），腐蚀性略低于MEA。溶液配置浓度为50～70%。DGA的优点是，蒸气压低，溶液损失小，溶液浓度高，循环量少，再生所需的热负荷低，且由于DGA的凝固点低适宜在高寒地区使用。
四、物理化学吸收法
物理化学吸收工艺获得进一步的发展。化学物理溶剂及物理溶剂工艺具有高选择性、能耗低、可脱有机硫等优势，尤其是在需要大量脱除有机硫的场合，此类方法具有独特的优越性。以Shell公司Sulfinol工艺为代表的化学物理溶剂釆用不同溶剂配比，可满足不同脱硫脱碳需要;最近由Elf Aquitaine公司开发成功的Hybrisol工艺将甲醇的物理溶解特性和仲胺及叔胺的化学活性及选择性吸收结合为一体，脱除有机硫（RSH和COS）能力显著增加。由美国天然气研究院最新开发成功物理溶剂Morphysorb工艺，以吗啉衍生物N —甲酰吗啉和N—乙酰吗啉（NAM）混合物作吸收溶剂，用于选择性脱除H2S、CO2以及有机硫，正显示出较为光明的工业化应用前景。
参考文献
[1] 沙庆云等.天然气处理的新技术.天然气化工，1994 （ 5）
[2]罗光嘉.天然气加工过程原理与技术.哈尔滨;黑龙江科学技术出版社，1990
[3] 周学厚，李延平.天然气脱硫净化方法的评价[J].天然气工业，2014.