天然气脱硫技术论文

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1、摘　要　川渝地区天然气田多数为含硫甚至高含硫气田，有的还含有较多二氧化碳和有机硫，这些气田的开发需要解决与天然气净化相关的技术问题。中石油西南油气田公司天然气研究院在该技术领域的研究中，已在醇胺溶剂、物理化学溶剂、配方溶剂、液相氧化还原、干法等脱硫技术及硫磺回收技术方面取得了一系列成果，并在天然气净化中获得成功应用。目前围绕高含硫天然气开发问题,开展了多项天然气净化课题的研究。关键词　天然气　净化　脱硫　硫磺回收　随着国民经济的快速发展,能源消耗量呈现出“加速度”的趋势。预计到2020年,我国天然气供需缺口将达到

2、800×108m3。川渝地区是我国天然气生产的重要基地，预计到年底,西南油气田公司天然气年产量就将超过97×108m3，约占全国天然气总产量的27%，它承担着川渝地区和“两湖”地区的安全平稳供气，在我国的能源安全中占有重要位置。虽然目前川渝地区天然气连续增长最快的时期，但仍然难以满足市场需求，今年缺口达到了8×108m3。据已掌握的资料预测,即使2010年西南油气田分公司上产到150×108m3，仍是一个供不应求的局面。川渝地区天然气田属含硫甚至高含硫气田，90%以上天然气都含硫化氢，有的气井硫化氢高达17%以上

3、，有的CO2/H2S比值达20%以上，有的还含高达500mg/m3的有机硫。近年西南油气田公司在川东北发现的渡口河、罗家寨、铁山坡、飞仙关等气田皆属特殊含硫气质气田，目前探明的这类天然气储量至少2777.5×108m3，它是川渝地区新增天然气的重要气田。还有部分边远、分散气井也需进行开发,以满足对天然气的需求。开发这些含硫气田,需对含硫天然气进行净化处理，使之达到GB17820-1999“天然气”标准规定的天然气的技术指标,才能成为商品气供用户使用。但由于不同气田的天然气中硫化氢、二氧化碳、有机硫含量不同，所采用

4、的净化工艺也存在差异，由此要求开发适用于不同气质的经济合理的工艺技术。特别是高含硫天然气的净化问题，国内尚无成熟的技术可借鉴，它已成为天然气开发的瓶颈。因此天然气净化技术是天然气工业中的重要研究内容之一。中石油西南油气田公司天然气研究院(以下简称天研院)长期从事天然气净化技术领域的研究工作，在脱硫工艺、溶剂合成、分析测试、硫磺回收与尾气处理工艺及催化剂、基础研究等方面，具有良好的基础和优势，初步形成了一套天然气净化技术,并在生产中获得成功应用。近年来,为了适应川渝地区高含硫天然气净化需求,结合生产实际，开展了一系

5、列相关课题的研究。本文简要介绍了天然气脱硫工艺、硫磺回收与尾气处理、催化剂研究等成果。1　溶剂脱硫技术开发研究溶剂脱硫技术包括物理溶剂、化学溶剂和物理化学溶剂等脱硫技术。醇胺法脱硫是天然气脱硫最常用的方法，早期胺法脱硫一般采用伯胺或仲胺，如单乙醇胺(MEA)或二乙醇胺(DEA)。MEA、DEA具有碱性强、与酸气反应迅速、价格较便宜等优点，但不足之处是装置腐蚀较严重，溶剂只能在较低浓度下使用,以及与酸气的反应热较大导致溶剂循环量大及能耗高。上世纪80年代以来,具有一定选吸能力的二异丙醇胺(DIPA)，甲基二乙醇胺(

6、MDEA)等脱硫工艺逐渐进入工业应用。由于MDEA具有高使用浓度、高酸气负荷、低腐蚀性、抗降解能力强、高脱硫选择性、低能耗等优点，因此受到重视,它的推广应用是上世纪80年代天然气净化工业最显著的技术进步之一。但MDEA也存在有三个固有的弱点:其一是与伯、仲胺相比,其碱性较弱，在较低的吸收压力下净化气中H2S含量不易达到20mg/m3的管输标准；其二是若CO2/H2S比值高，这时MDEA与CO2的反应速率较低，净化气中CO2含量不易达到≤3%的管输要求；其三是如果需要深度脱碳，仅采用MDEA不能达到要求。为了克服此

7、类弱点，开发配方溶剂脱硫脱碳新工艺是近年来胺法脱硫的发展方向之一。天研院先后开发了MEA、DEA、DIPA等伯胺、仲胺及MDEA水溶液早期脱硫溶剂脱硫技术之后，又开发成功了选择性脱硫溶剂、脱硫脱碳溶剂、有机硫脱除溶剂等系列脱硫技术。目前针对川东北高含硫特殊气质研发的位阻胺脱硫技术、物理溶剂脱硫技术以及其它新技术也正在进一步深入研究中。1.1　一乙醇胺溶剂脱硫技术为了发展我国的气体净化工业,满足天然气脱硫的要求，天研院在国内率先进行了天然气胺法脱硫研究工作。在上世纪60年代中期，先后进行了一乙醇胺水溶液、一乙醇胺—

8、环丁砜—水溶液脱硫的实验室、中试及工业试验工作,考察了溶液浓度、溶液负荷、贫液温度、贫液质量与净化气硫化氢含量之间的关系，考察了再生塔操作条件对贫液质量的影响，并于上世纪60年代与兄弟单位一起在四川建立了国内第一套天然气脱硫工业装置。其它的天然气脱硫和炼厂气脱硫装置也借鉴了这些试验结果及生产经验。之后又分别进行了一乙醇胺—环丁砜—水溶液脱除天然气中硫化氢、有机硫等工业试验