天然气脱硫脱氢技术在油气集输中的优化策略

引言

天然气作为一种清洁、高效的能源，在全球能源结构中所占的比重日益增加。在油气集输过程中，天然气中往往含有硫化氢（H₂S）和氢气（H₂）等杂质。硫化氢具有腐蚀性，会对管道和设备造成损害，同时也是一种剧毒气体，严重威胁操作人员的生命安全；氢气的存在则可能影响天然气的质量和后续加工利用。因此，有效地去除天然气中的硫化氢和氢气，即脱硫脱氢，对于保障油气集输系统的安全稳定运行、提高天然气品质具有重要意义。

1 天然气脱硫脱氢技术在油气集输中的现状

1.1 常用脱硫技术

1.1.1 化学吸收法

化学吸收法是借助碱性溶液与硫化氢的化学反应实现吸收脱除。以醇胺法为例，MEA、DEA、MDEA 等体系各有特点。MEA 反应活性高，能快速吸收硫化氢；DEA 成本较低且性能稳定；MDEA 选择性好。它们吸收效率高，能适应多种工况，因而在油气集输领域得到大量应用。

1.1.2 物理吸收法

物理吸收法依据硫化氢在特定有机溶剂中的溶解度特性来吸收。低温甲醇洗工艺是典型代表，在低温环境下，甲醇展现出对硫化氢良好的吸收能力。而且该工艺能耗相对较低，可有效降低运行成本。不过，其设备投资大，对操作温度、压力等条件要求苛刻，限制了部分应用场景。

1.2 常用脱氢技术

1.2.1 变压吸附法（PSA）

变压吸附法（PSA）利用吸附剂对不同气体在不同压力下吸附和解吸性能的差异来分离氢气。在高压时，吸附剂选择性吸附杂质气体，氢气流出；低压时，吸附剂解吸杂质实现再生。流程简单且自动化程度高，可连续稳定运行。但吸附剂性能和寿命影响脱氢效果，需定期维护更换。

1.2.2 膜分离法

膜分离法依靠气体在高分子膜中渗透速率不同分离氢气。当混合气体在膜两侧压力差作用下，氢气等小分子气体快速透过膜，从而实现分离。设备紧凑占地小，操作简便易控制。然而，膜的选择性和稳定性有待提升，否则易出现分离效果下降、膜损坏等问题。

2 现有天然气脱硫脱氢技术存在的问题

2.1 脱硫技术问题

化学吸收法存在诸多难题。醇胺溶液因氧化、热降解而损耗，需定期补充，这无疑增加了运行成本。而且，其降解产物会干扰吸收过程，降低脱硫效率。此外，在高温、高压且有酸性气体的恶劣环境中，设备和管道腐蚀严重，不仅缩短设备寿命，还带来高额维修成本与安全隐患。

2.2 脱氢技术问题

变压吸附法和膜分离法脱氢有局限。二者对氢气分离效率无法达100% ，少量氢气残留影响天然气质量。同时，吸附剂长期使用会因中毒、老化性能下降，膜材料受化学物质、温度影响性能衰减，都需定期更换，进而大幅增加了运行成本，限制了技术应用。

3 天然气脱硫脱氢技术在油气集输中的优化策略

3.1 工艺改进

工艺改进是提升脱硫脱氢效果的关键。将化学吸收法与物理吸收法巧妙结合，能优势互补。物理吸收法如低温甲醇洗，在粗脱阶段凭借其高效吸收能力去除大部分硫化氢，大幅减轻后续处理压力；接着化学吸收法进行精脱，利用醇胺类溶液的高选择性，深度脱除剩余硫化氢，显著提高脱硫效率，同时降低醇胺溶液损耗，节约成本。脱氢方面，膜分离法先初步分离氢气，利用其设备紧凑、操作简便的特点快速富集氢气；再经变压吸附法进一步提纯，利用吸附剂特性获取高纯度氢气，极大提高氢气分离效果。此外，研发新型脱硫吸收剂，提高对硫化氢的选择性和吸收容量，降低腐蚀性和降解速率，能从根本上优化脱硫工艺。对于脱氢吸附剂，通过改进制备工艺和添加助剂等方式，提高吸附性能和抗中毒能力，延长使用寿命，降低运行成本。

3.2 设备升级

设备升级是保障脱硫脱氢稳定运行的基础。在整个脱硫脱氢工艺流程中，设备和管道时刻面临着复杂且恶劣的工作环境，因此选材至关重要。不锈钢凭借其良好的耐腐蚀性、高强度和易加工性，成为众多设备的理想选择；合金钢则因其卓越的综合性能，能在极端条件下依然保持稳定。使用这些耐腐蚀材料，就如同为设备和管道穿上了坚固的铠甲，有效抵御硫化氢、酸性气体等带来的腐蚀侵害，大大减少设备的损坏频率。这不仅降低了频繁维修所产生的高额成本，更重要的是降低了因设备故障引发的安全风险，为生产安全保驾护航。对设备内部结构进行优化设计同样意义重大。以吸收塔为例，传统塔板结构可能存在气液接触不充分的问题，改进后的塔板结构能够巧妙地增加气液接触面积和时间，让脱硫过程更加充分，从而大幅提高脱硫效率。吸附器布气方式的优化也不容忽视，合理的布气设计可确保气体均匀分布在吸附器内，使吸附剂能够充分发挥作用，提升吸附效率，同时降低设备能耗。

3.3 监测与控制优化

监测与控制优化是实现脱硫脱氢高效稳定运行的保障。建立完善的实时监测系统，犹如为生产过程安装了“智慧眼睛”。温度、压力、气体组成等关键参数被实时精准监测，传感器将数据迅速传输至数据分析软件，一旦出现异常，系统立即发出警报，为操作人员及时调整工艺提供准确依据。先进的自动化控制系统则像“智能大脑”，依据监测数据自动调整吸收剂流量、吸附压力等参数。无需人工频繁干预，就能确保工艺过程稳定运行，避免因参数波动导致的生产不稳定。这不仅提高了生产效率，还降低了人力成本，减少了人为因素对生产的影响，使脱硫脱氢过程更加可靠、高效，为企业生产的连续性和产品质量的稳定性提供有力支持。

3.4 运行管理优化

运行管理优化是确保脱硫脱氢设备长期稳定运行的重要环节。加强对操作人员的培训，是提升整体运行水平的关键。操作人员熟悉工艺和设备运行原理，掌握正确操作方法与故障处理技能，能有效避免因人为失误引发的生产事故。比如，正确的吸收剂添加操作和紧急情况的快速响应，都能保障生产的顺利进行。建立健全设备维护保养制度，如同为设备制定了“健康计划”。定期检查、维护和保养，及时发现并更换磨损部件，对吸附剂和膜进行再生或更换，能使设备始终保持良好运行状态。这不仅延长了设备使用寿命，还能提高设备性能，降低设备故障发生率，确保脱硫脱氢过程的稳定性和可靠性，为企业的持续生产提供坚实保障。

结束语

天然气脱硫脱氢技术在油气集输中起着至关重要的作用。针对现有技术存在的问题，通过工艺改进、设备升级、监测与控制优化以及运行管理优化等一系列策略，可以有效提高天然气脱硫脱氢效率，降低运行成本，减少设备腐蚀和安全风险，保障油气集输系统的安全稳定运行。随着技术的不断发展和创新，相信天然气脱硫脱氢技术将不断完善，为天然气产业的发展提供更有力的支持。

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作者简介：薛雷（1991-），男，汉族，山东省日照市，大学本科工程师，油气田地面集输。