[发明专利]天然气净化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气技术领域，尤其涉及一种天然气的净化处理方法。

背景技术

天然气作为世界公认的最清洁的化石能源，在各国的能源消费结构中扮演着越来越重要的角色。据世界BP能源统计2011年资料,天然气在美国2010年能源总消费所占比例已高达27.17%,而我国仅占4.03%。随着我国经济持续稳定增长以及节能减排、低碳环保的动力驱使下，天然气产业发展将进入一个前所未有的持续高峰期。

一直以来，我国受到各种煤烟型污染的困扰，约有60%以上的城市位于二级或更低的大气污染水平。因此，如何以能源机构改变为着眼点，优化环境水平，实现可持续发展目标，已成为我国当前必须思考的问题。虽然我国天然气资源较为丰富，但是约30%左右的天然气中含有硫化氢、硫醇类、二氧化碳、饱和水以及其它杂质，天然气中硫化物和氰化物的存在，会造成设备和管道的腐蚀，引起化学反应催化剂的中毒失活，直接影响最终产品的收率和质量。当其作为民用燃料时，产生的排放废气中的硫化物，污染环境，危害人的健康，因此需将其中的有害成分脱除，以满足工厂生产和民用商品气的使用要求，在脱硫的同时还需脱除天然气中的游离水。因此如何实现脱硫技术，已成为天然气净化的首要问题。随着社会的不断进步和工业的持续发展，能源需求与日俱增，如何解决能源问题成为全世界关注的焦点。根据我国可持续发展战略和环境保护国策的要求，高含硫天然气清洁开采和净化成为我国能源开发的主导方向之一。

目前，在天然气中常用的脱硫技术主要有物理法、生物法、膜分离法和化学法。采取物理方法实现脱硫技术，其吸收剂为有机复合物，通过吸收剂将硫化物溶解，完成脱硫过程，不需要任何化学反应。应该注意的是，在采取物理法过程中存在共吸现象，也就是说，吸收剂除了吸收硫化物以外，还吸收了部分重烃，不利于净化器中硫磺的质量以及满足净化器热值，因此一般在重烃含量低、酸气分压在0.30Mpa以上的天然气。但是同时物理法也存在诸多优势，如利于再生、处理的容量较大，可将其中大部分酸气减压闪蒸，系统应用简单、方便，造价较低，一般溶剂不含有腐蚀性，不会产生大量的泡沫，稳定性较佳。常用的物理法主要有磷酸三丁酯法、低温甲醛法、多乙二醇二甲醚法，等等。但是由于该方法存在共吸现象，再加上溶剂的成本较高，因此应用范围有限。

采取生物脱硫技术，应用微生物的新陈代谢作用，可实现硫元素的脱除目标，在较为温和的条件下进行，操作流程简单明了、成本较低，因此应用广泛。由于采取生物酶催化反应形式，具有专一性特征。因此针对各种形态的硫，采用的脱硫细菌有所不同。在有氧条件下，可以通过硫、硫化氢、氧化铁等获得能量，达到固定二氧化碳的目标，实现繁殖发展，在酸性或者碱性条件下持续生长。应用生物法完成脱硫工作，一般在含硫量较低的天然气中进行净化处理，具有明显的经济技术优势。有关含硫天然气的处理，一般为5t/d左右；而生物脱硫工艺的流程较为简单，操作便捷，化学品的消耗量不大，不需要额外的催化剂，脱硫效果较为满意。应用生物法进行脱硫的处理装置，不会产生溶液发泡、硫堵等问题，且产生的硫磺具有极强亲水性，不会对管线造成堵塞。这样，既便于实现天然气脱硫目标，也方便回收硫磺，因此在硫回收装置和再生酸气处理中也可应用。应该意识到，在天然气净化中采取生物脱硫方法，也存在诸多弊端。例如，该方法依赖于细菌的生化，以此实现脱硫目标。但是由于溶液硫的负荷量较低，再加上较长的反应时间，因此增大循环量与生物反应器的体积，不利于成本的控制。为了确保天然气中的硫全部转化，在反应器中的氧气充足，约5%左右的硫化氢转变成硫酸盐，将废液处理之后，达到环保目标，方可排放；而对于较为分散的含硫气井来说，需要进行外运处理，或者采取集中处理方法。

膜分离法在天然气脱硫中具有可操作性，并将其中硫含量控制到5mg/m³。但是应用该种技术，也存在一些问题有待解决，如脱硫过程采取单级膜组件，脱硫过程中带来一定量的烃损失，经济价值不理想。实际上，烃回收率与脱硫率存在矛盾关系，很难同时满足。因此在进行天然气净化过程中，只能尽量控制烃损失率。通过加大进气的流量，更利于硫化氢的传质，对膜两侧产生压差影响。如果将进气的温度降低，则可提高脱硫率并控制烃损失，加大硫化氢的浓度。应用单级膜分离法，很难实现预定的回收率或者产品纯度目标，可采取若干分离器联合操作方法，以此提高产品的回收纯度。