高含硫天然气集输及处理技术研究

摘要：高含硫天然气是我国重要的能源资源之一，但是天然气中硫化氢等酸性气体不仅具有毒性和腐蚀性，而且对集输管道环境造成极大威胁。针对该问题，本次研究首先对高含硫天然气的集输方式进行系统总结，并开展高含硫天然气处理技术研究，为提高高含硫天然气的集输和处理安全及效果奠定基础。研究表明：常见的高含硫天然气集输方式包括湿气输送、干气输送以及两相混输，在进行高含硫天然气处理的过程中，首先需要对酸性气体进行脱出，需要对脱除的硫进行回收，并进行尾气处理，以此防止酸性气体污染环境。

关键词：高含硫天然气；集输技术；处理技术；酸性气体；硫回收

0 前言

在我国能源结构调整和双碳战略目标的推动下，天然气的开发利用规模不断扩大，但是随着常规天然气资源逐渐减少，高含硫天然气的开发已成为天然气增储上产的重要方向。高含硫天然气是指天然气中含有较高浓度的硫化氢和二氧化碳等酸性气体的天然气资源，这类资源的开发在带来经济效益的同时，也面临严峻的技术和安全挑战。硫化氢是一种剧毒气体，极低浓度即可对人体造成致命伤害，同时具有强腐蚀性，对管道和设备的长期稳定运行构成威胁[1]。高含硫天然气的输送和处理过程中，对技术水平和工艺流程提出了更高要求。为了提高高含硫天然气的输送和处理质量，本次研究将对其输送技术和处理技术分别进行研究，为高含硫天然气资源安全和高效输送和处理奠定基础。

1 高含硫天然气集输技术分析

（1）湿气输送

湿气输送技术是将未经分离的天然气和液态物质直接通过集输管道从气田输送至处理站，这种技术主要应用于集输初期，当天然气从井口产出时，通常以含有液态水和酸性气体的多相混合物形式存在。如果在井口或集气站进行初步分离，往往会增加设备投资和工艺复杂性，因此采用湿气输送技术可以在一定程度上简化工艺流程，降低开发成本。湿气输送技术涉及气液两相流的传输，管道内气体和液体共存，液体可能以膜状流或段塞流的形式在管道内运动，这种两相流的流型受气体流速和温度等因素影响[2]。由于湿气输送过程中液体相对密度较大，会导致液体在管道内积聚，形成液塞或液池，从而引发压降波动和流体冲击等现象。同时，高含硫天然气中的硫化氢和二氧化碳遇水会形成酸性物质，对管道造成严重腐蚀。

（2）干气输送

与湿气输送技术不同，干气输送技术的核心在于通过对天然气的预处理，将气体中的水分和硫化氢等杂质尽可能去除，以降低腐蚀风险，确保天然气在长距离输送过程中的安全性和稳定性。高含硫天然气由于含有大量的硫化氢和酸性气体，这些成分遇水会形成强腐蚀性酸液，因此采用干气输送技术可以有效减少腐蚀，延长管道的使用寿命。同时，干气输送技术能够提升天然气的热值和品质，符合下游用户的使用需求。但是干气输送技术需要在气田建设脱水和脱硫等预处理装置，这些设备的投资成本较高，尤其是在高含硫气田开发初期，可能会增加项目的资本支出[3]。脱水和脱硫等处理过程需要消耗大量的能量，因此干气输送技术的运行能耗较高，可能会影响项目的经济效益

（3）两相混输

两相输送技术主要指的是在管道输送过程中，气体和液体同时存在且流动的输送方式，这种输送方式在高含硫天然气的集输过程中尤其重要，通过两相流技术的应用，可以有效提高高含硫天然气的输送效率，同时减少因气体中的液态成分导致的设备损坏和管道腐蚀。两相流技术的基本原理是利用管道内气相和液相的共同流动特性，通过调节气液比例以及管道的内外部环境，保持气相与液相的稳定流动，从而实现气体和液体的高效输送。这种模式下，气体和液体相互独立流动，通常气体以主流的形式沿管道流动，而液体则较为均匀地分布在管道底部或侧壁，此模式适合于气体与液体流量比相对较大的输送环境。在此模式下，液体成分呈液滴状态被气流带动，适用于液体成分较少但具有一定粘性的气体输送，这种模式能够减少液滴对管道的磨损，同时增强气体的输送能力。

2 高含硫天然气处理技术研究

（1）酸气脱除

酸气脱除是指在天然气处理过程中，通过一定的物理或化学，去除气体中的酸性气体的一系列工艺。物理吸收法是利用液体溶剂与酸性气体之间的相互作用，将气体中的酸性成分从气相中吸附到液相中，常见的物理溶剂包括有机胺类溶剂以及芳香族溶剂等。该方法的优点是操作简便且成本较低，适用于含硫天然气中酸性气体浓度较低的情况。但是物理吸收法的脱硫效率受到溶剂溶解度和吸收气体浓度的限制，因此在高浓度酸性气体的处理中应用较为有限。化学吸收法是酸气脱除中最常用的方法之一，利用具有化学反应能力的吸收剂与酸性气体发生反应，从而去除气体中的硫化氢和二氧化碳，常用的吸收剂包括氢氧化钠和胺类溶剂等。其中，胺类溶剂在高含硫天然气的处理过程中应用广泛。化学吸收法的优点是能够有效处理高浓度的硫化氢，脱除效率高，适用于复杂的天然气成分，但其操作过程中存在溶剂消耗和能耗较高的问题。

（2）硫回收

硫回收技术主要是将脱除的硫化氢通过一系列化学或物理过程转化为硫磺或其他硫化物的过程，硫回收的核心在于如何高效地从含硫气体中分离硫化氢，并通过相应的技术手段将其转化为易于处理和回收的形式，常见的硫回收技术包括克劳斯法和硫磺回收法和硫酸法等。克劳斯法是目前应用最广泛的硫回收技术，尤其是在高含硫天然气处理过程中，该方法通过催化反应将硫化氢转化为硫磺，并且其反应过程相对简单，适用于大规模工业应用。硫酸法是利用硫化氢与氧气反应生成二氧化硫，然后通过接下来的步骤将二氧化硫转化为硫酸，该方法的优点是能够将硫化氢有效转化为硫酸，硫酸作为一种重要的工业原料，在许多化学品的生产中有着广泛的应用。硫酸法对于低浓度硫化氢的回收效果较好，但与克劳斯法相比，其反应过程更为复杂，需要额外的设备和较高的能耗。

（3）尾气处理

高含硫天然气处理过程中的尾气主要污染物包括未被完全去除的硫化氢以及微量的有机硫化合物等，这些污染物不仅会导致空气质量恶化，还可能引发酸雨和对动植物造成危害，甚至对人体健康构成威胁。尾气处理技术主要包括催化转化法和焚烧法等，催化转化法通过使用催化剂加速尾气中污染物的转化反应，将有害气体转化为无害气体，对于硫化氢的处理，可以使用含有钼和钨等金属催化剂的催化床，使硫化氢与氧气反应生成二氧化硫。在去除氮氧化物时，常采用选择性催化还原技术，将氮氧化物还原为氮气和水。焚烧法是将尾气中的有害气体通过高温燃烧转化为二氧化硫和水。焚烧法适用于处理高浓度硫化氢的尾气，但该方法需要较高的能量消耗，因此一般与其他方法联用，以提高处理效率。

3 结论

综上所述，随着我国能源结构的优化调整和天然气利用规模的不断扩大，高含硫天然气资源的开发逐渐成为重要课题，但是高含硫天然气的开采和处理过程中，会产生硫化物排放，对空气质量和生态环境造成污染，需要采取有效的脱硫和硫回收等环保措施，实现硫资源的综合利用，减少环境污染，提高经济效益。

参考文献

[1]张建，孟庆华，安文鹏，等.中国高含硫天然气集输与处理技术进展[J].油气储运，2022，41（06）：657-666.

[2]戚钊华，赵洵，陈尉.高含硫天然气集输及处理技术研究[J].石化技术，2018，25（04）：96.

[3]袁盼，刘思佳.高含硫天然气集输管道风险的模糊综合评价研究[J].辽宁化工，2015，44（07）：816-818.