长庆油田分公司第一采气厂第四净化厂 陕西延安 716000
摘要：天然气净化技术一直是行业核心研究对象，它对于现代社会消耗量极大的天然气能源的使用具有重大意义。但伴随着天然气田的广泛开发，大量高含硫的天然气混杂其中，这些有毒气体根本无法满足社会和民众的使用需求，因此有必要采取科学高效的方法来对高含硫天然气进行净化操作，以适应行业的发展要求并妥善应用于实际生产生活中。本文从高含硫天然气净化技术的现状入手，以普光气田为例，探究高含硫天然气的实际应用情况。
关键词：高含硫天然气 净化技术 应用研究
随着现代社会对于环保意识的不断提升，人们对于生活质量的要求也越来越高，而天然气作为广泛使用的能源，其含有的大量污染物质给生存环境带来了巨大负面影响，所以相关的净化处理势在必行。根据行业标准，现有的天然气对于含硫总量的规定为60mg/m3，同时，对来自于尾气排放装置和硫磺回收过程中的二氧化硫含量的规定为500mg/m3，这些硬性规定给天然气净化工作带来了极大挑战，所以有必要进行深入研究。
一、高含硫天然气净化技术的现状
（一）对硫磺回收技术的分析
高含硫天然气的一个显著特点就是：成分复杂且硫化氢或二氧化碳含量较高，硫磺回收技术正是根据这一特点进行脱硫处理，以有效降低硫化氢含量，同时形成酸气。通常情况下，硫化氢含量越多，硫磺回收装置进行脱硫的效果越好，并且生成的难以转化的副产物也较少，继而导致二氧化硫在尾气中的排放量也随之降低。一般来说，行业多采用三级克劳斯硫磺回收装置对含硫量处于中低层水平的天然气进行脱硫操作，这样得到的二氧化硫含量大致在50%～80%之间，硫磺回收率可以达到97%，含硫副产物的量控制在0.2%以内。更进一步，如果将硫磺回收装置与水解技术进行结合使用，可以将硫的损失降到更低水平。考虑到我国大部分油气田开发中硫化氢和二氧化硫的含量较高，为了提升天然气的净化水平以及增加硫磺的产量，必须对硫磺回收装置和脱硫过程进行持续、细致的研究，以提高硫磺的回收率。以年产量为100×108m3的天然气为例，其硫化氢含量在20%左右，现有的净化装置使得尾气排放中的二氧化硫含量高达5000t左右，远远不能满足行业规定和社会对环境保护的要求。有鉴于此，环保部门对于规模较大的高含硫天然气净化厂进行了重点监控，目的就是要优化硫磺回收技术，提升其回收效率。
（二）对脱硫脱碳技术的分析
对高含Ｈ2Ｓ和ＣＯ2的“双高”天然气进行脱硫脱碳操作的常用方法是甲基二乙醇胺法（MDEA）或二乙醇胺（DEA）法之类的化学溶剂脱硫法，也有基于MDEA技术而研制出的脱硫脱酸溶剂法。举例来说，俄罗斯某气田开发出的天然气中硫化氢含量在20.8%～22.7%之间，二氧化碳含量在17.8%～21.6%之间，该天然气加工厂混合使用了MDEA法和DEA法，通过两种化学溶剂的结合使用来弥补单一技术存在的不足之处，从而形成一个全新的脱硫脱碳技术，使得天然气净化量每天稳定在500×104m3左右；再比如加拿大某气田开发出的天然气中硫化氢含量和二氧化碳含量约在10%左右，且伴随一定的有机硫。这种情况下由于天然气中的有机硫含量较高，所以该天然气加工厂基于MDEA法和DEA法的混合使用，配合硅胶吸附器来进行脱硫操作。这样的改进措施使得原有的脱硫装置运行效果更好，还由于分子筛和硅胶吸附器等装备的加入，使得含硫有机物被快速脱除，从而实现高效的天然气净化操作。
二、高含硫天然气净化技术的应用
以普光气田的天然气净化厂为例分析高含硫天然气净化技术的实际应用过程：
（一）设置基本的联合装置
一套完整的联合装置由两个完全相同的系列组成，每一个系列都包含天然气脱硫、硫磺回收、尾气处理、天然气脱水、酸水汽提等单元，其中后两个单元是共用的。普光净化厂使用了六套这样的联合装置，既优化了整个净化过程的运行、管理和维护工作，又因为天然气脱水单元和酸水汽提单元的共同使用而降低了成本，节约了设备用地面积，实现了节能、高效的净化理念。
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（二）对有机硫产物采用气相水解法进行脱硫处理
产自于普光气田的天然气中有机硫产物的含量为340.6 mg/m3，这其中包含绝大多数的羰基硫和极少量的硫醇。因此，脱硫工作主要针对羰基硫（COS），所采用的方法为气相水解法，所涉及的技术是气相固定床水解专利技术。COS在气相固定床反应器中，受到催化剂的作用水解为H2S和CO2，且都能被MDEA吸收脱除。根据实际运行反馈，COS脱除率在水解温度为121～129℃时，可实现接近完全脱硫的状态，使得净化气中的含硫总量小于70 mg/m3。可以看出，气相水解法比常规的物理溶剂吸收法的脱硫效果更好，原因在于前者不需要加入新溶剂，也不需要增设相关的再生装置，简化了操作步骤并节约了投资成本。
（三）利用两级吸收——级间冷却技术进行脱碳处理
由于所开发出的天然气中存在8%～10%左右的CO2，且行业要求只需部分脱除，因此使用两级吸收——级间胺液冷却专利技术进行对CO2吸收的控制。具体来说，是以一级、二级主吸收塔为装置主体，通过加入级间冷却系统来降低胺液进入一级吸收塔时的容器温度，从而抑制CO2的吸收，并且增强H2S的吸收。这种方法的好处是：部分CO2被吸收塔留在经处理后的天然气中，使得胺液循环量和由再生所生成的酸气量有所降低，从而节约了装置的能耗。根据实际运行反馈，胺液对CO2的选择性吸收在胺液冷却温度为38～39℃时达到最佳，此时得到的净化天然气中CO2含量稳定在2%左右。
（四）利用串级吸收——联合再生技术对尾气进行脱硫处理
上述净化操作中，在脱硫和尾气处理单元使用了MDEA溶液进行吸收，但尾气处理单元中H2S的含量并不高，因此使用串级吸收——联合再生技术将尾气吸收塔底部的半富胺液运输到脱硫单元的一级主吸收塔进行串级利用，以提升溶剂的使用效率并降低胺液总循环量。这种方法的好处是：只需要一套胺液再生系统即可满足运行，降低了能耗并减少了投资费用。
（五）使用能量回收设备来节约能源
当富胺液从一级主吸收塔底流出时会达到一个很高的压力，且伴随一定量的烃溶解在里面，因此必须进行降压操作以使得富胺液进入再生塔之前将溶解的烃闪蒸出来。考虑到在进行降压过程时会释放较多能量，所以采用了液力透平这样的装置来回收这部分多余能量，同时可以有效减少用电耗能。
（六）利用液硫深度脱气技术处理高浓度H2S
在硫磺回收过程中产生的液硫，伴随着温度不同会含有浓度很高且不同的H2S气体，该气体有可能对后续的加工和运输过程造成危险。因此采用了液硫深度脱气技术将液硫循环流动于液硫池的三个不同分区中，经过冷却器的冷却操作和脱气喷射器的机械搅拌操作使得溶解在液硫中的H2S得以释放，并经抽空器输送到尾气焚烧炉进行焚烧处理。
（七）改进加氢还原吸收环节
在尾气处理环节需要大量氢气，但天然气净化厂一般不具备专门的氢气源，因此使用在线加热炉装置实现次氧化反应，从而为加氢还原吸收环节提供必需的气体和热源。
经过一系列技术的应用，对于高含硫的天然气以及“双高”天然气都能进行良好的脱硫操作，满足了天然气的净化标准，也符合了净化厂的要求。
总结
通过对高含硫天然气在普光气田净化厂中的净化过程进行分析，可以看出当下净化技术的有效性和实用性，这对于行业的发展和环境的保护都具有普遍意义。希望本文能对天然气净化领域产生良好的推动和借鉴作用，引起人们的重视，通过对相关技术的不断改进来更进一步地实现高效净化，在满足经济效益的同时减少对环境的污染。
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论文作者:鲁金孝
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/4
标签：天然气论文; 技术论文; 含硫论文; 硫磺论文; 气田论文; 含量论文; 装置论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;