一種天然氣的脫硫方法及其脫硫裝置製造方法
2023-06-08 07:17:51 1
一種天然氣的脫硫方法及其脫硫裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種天然氣的脫硫方法及其脫硫裝置，其特徵在於包括如下步驟：沉降槽內的脫硫劑經濾液泵輸送至吸收超重力反應器中；待處理的天然氣經分離器後進入吸收超重力反應器，與脫硫劑在轉子填料表面接觸；脫除H2S的天然氣經內置過濾器進入輸氣管道，帶硫磺的脫硫劑進入再生超重力反應器與空氣在轉子填料表面接觸；含硫磺的再生脫硫劑經再生液泵返回至沉降槽，硫漿經過硫漿泵進入真空過濾機形成硫餅，過濾所得濾液在濾液罐中緩存，然後通過濾液泵輸送至吸收超重力反應器循環使用，本發明工藝結構簡單、設備體積小、佔地面積少、造價低、氣體處理範圍大、成本低，效果好、傳質效率高、脫除效率高、安全性能高、環保，運行可靠，可長周期運行。
【專利說明】一種天然氣的脫硫方法及其脫硫裝置
[0001]【技術領域】:
本發明涉及一種脫硫方法及其脫硫裝置，尤其涉及一種天然氣的脫硫方法及其脫硫裝置，本發明適用於各種類型的天然氣中H2S處理，包括氣井天然氣、油田伴生氣、海上採油平臺伴生氣等。
[0002]【背景技術】:
由地層、海底油田採出的天然氣通常除含有水蒸氣外，往往還含有一些酸性氣體，這些酸性氣體一般是硫化氫、二氧化碳、硫醇、硫醚等氣相雜質，其中硫化氫是酸性天然氣中毒性最大的酸性組分。天然氣中硫化氫含量隨地域變化而變。我國主要天然氣田如四川、渤海灣、鄂爾多斯、塔裡木和準葛爾等地的天然氣均屬於高含硫天然氣。GB17820-2012《天然氣》強制性國家標準規定，二類商品天然氣中H2S含量必須≤20mg/m3。一類商品天然氣中H2S含量必須≤6mg/m3,因此對天然氣必須進行處理。
[0003]另外，海上採油平臺開採過程中伴有大量天然氣，天然氣中含有硫化氫，由於一部分採油平臺將天然氣作為發電系統的燃料，若不處理會對發電設備、開採設備以及輸氣管道造成直接傷害。由於海上採油平臺特殊的孤立環境、平臺承重和層高的要求，對脫硫工藝和設備的安全性、穩定性、可操作性都提出較高的要求。傳統幹法和溼法硫化氫處理工藝設備龐大，投資造價高，不適宜海上採油平臺的使用。
[0004]天然氣具有硫化氫含量低，出口壓力大的特點。目前，幹法脫硫對高含硫天然氣處理的成本太高，常規溼法工藝的主要反應設備是板式塔、填料塔和噴淋塔，這些設備尺寸龐大、造價高、傳質阻力大、傳質效率低、投資高，已經不能適應現在行業要求。開發體積小、投資少、脫硫效率高的天然氣脫硫處理方法有利於解決含硫天然氣的處理。
[0005]發明目的:
本發明的目的在於克服上述已有技術的不足而提供一種工藝結構簡單、操作簡單、設備體積小、佔地面積少、造價低、安裝簡單、氣體處理範圍大、生產運行和脫硫成本低，一次性處理硫化氫效果好，脫除率達99.99%、傳質效率高、H2S脫除效率高、安全性能高、沒有三廢產生、操作狀態穩定，運行可靠，裝置不發生堵塞，可長周期運行的一種天然氣的脫硫方法及其脫硫裝置。
[0006]本發明的目的可以通過如下措施來達到:一種天然氣的脫硫方法，其特徵在於在重力場下，使用新型螯合鐵液相氧化法對天然氣中H2S進行處理的方法，包括如下步驟:
I:、沉降槽內的脫硫劑經濾液泵輸送至吸收超重力反應器中；
f、待處理的天然氣經分離器分離雜質後進入吸收超重力反應器，與脫硫劑在轉子填
料表面接觸，天然氣中的H2S轉變為單質硫，脫硫劑中的Fe3+變為Fe2+ ；
、脫除H2S的天然氣經反應器內置過濾器進入輸氣管道，帶硫磺的脫硫劑在天然氣
自身壓力作用下進入再生超重力反應器與從空氣進口進入的空氣在轉子填料表面接觸，Fe2+被氧化為Fe3+，實現脫硫劑再生；?:、含硫磺的再生脫硫劑經再生液泵返回至沉降槽，硫磺沉降到槽底形成硫漿，硫漿
經過硫漿泵進入真空過濾機形成硫餅，過濾所得濾液在濾液罐中緩存，然後通過濾液泵輸送至吸收超重力反應器循環使用。
為了進一步實現本發明的目的，所述的脫硫劑為含有螯合鐵離子的脫硫劑，其含有以下組分:螯合鐵催化劑、螯合劑、表面活性劑、螯合劑保護劑、殺菌劑、鹼液、水，脫硫劑中螯合鐵催化劑濃度範圍:350~10000ppm ;螯合劑濃度範圍:400~l5000ppm ;表面活性劑濃度範圍1000ppm;殺菌劑濃度範圍1000ppm;螯合劑保護劑濃度範圍:l0~100000ppm ;鹼濃度範圍:0.1~1mol/L ;螯合劑/螯合鐵催化劑的體積比為1:1~5:1 ;溶液pH在8~10。
[0007]為了進一步實現本發明的目的，所述的螯合鐵催化劑是螯合鐵、醇及水的混合物，醇/螯合鐵的摩爾比為0.f 5，溶液中鐵的含量為350~10000ppm。
[0008]為了進一步實現本發明的目的，所述的螯合鐵是HEDP、EDTMPS, DTPMPA, EDDHA,STPP, NTA、Na3NTA, EDTA, HEDTA, Na3HEDTA, Na4EDTA、葡萄糖酸鈉、偏矽酸鈉、酒石酸鉀、檸檬酸鈉中的至少一種與可溶性鐵鹽FeCl3、Fe2 (SO4) 3、Fe (NO3) 3、FeNH4 (SO4)中至少一種的螯合物，螯合物配體/鐵的摩爾比為f 10 ;醇為小分子的仲醇、叔醇、還原性醇中的至少一種。
[0009]為了進一步實現本發明的目的，所述的螯合劑是HEDP、EDTMPS, DTPMPA, EDDHA,STPP, NTA、Na3NTA, ED TA, HEDTA, Na3HEDTA, Na4EDTA、葡萄糖酸鈉、偏矽酸鈉、酒石酸鉀、檸檬酸鈉的中的至少一種。
[0010]為了進一步實現本發明的目的，所述的表面活性劑是碳原子數為5~20的直鏈醇或多元醇的中的至少一種。
[0011]為了進一步實現本發明的目的，所述的殺菌劑是光譜殺菌劑烷基二甲基苄基氯化銨中的至少一種。
[0012]為了進一步實現本發明的目的，所述的螯合劑保護劑是K1、KCl、KBr的至少一種。
[0013]一種天然氣的脫硫裝置，其特徵在於它包括分離器，分離器的氣體出口連接吸收超重力反應器的氣體進口，吸收超重力反應器的出氣口連接輸氣管道，吸收超重力反應器的出液口連接再生超重力反應器的進液口，再生超重力反應器的出液口通過再生液泵連接沉降槽的再生液進口，沉降槽的罐底出口通過硫漿泵連接真空過濾機的進口，真空過濾機的濾液出口連接濾液罐，濾液罐的濾液出口、沉降槽的出液口均通過濾液泵與吸收超重力反應器的進液口相連，再生超重力反應器的進氣口連接空氣壓縮機，空氣壓縮機連接空氣過濾器。
[0014]本發明基本反應過程包含吸收階段和再生階段兩個階段，反應均發生在液相中。
[0015]吸收階段:硫化氫與脫硫劑中的螯合鐵催化劑作用，硫化氫被氧化為單質硫，鐵螯合物還原為亞鐵螯合物的過程。反應原理如下:
吸收階段=H2S (氣體)+ 2Fe3+— 2H+ + S0 + 2Fe2+
再生階段:亞鐵螯合物被氧氣氧化為鐵螯合物的過程。反應原理如下:
再生階段:1/2 O2 (氣體)+ H2O + 2Fe2+ — 20F + 2Fe3+
總反應:H2S + 1/202 — H2O + S。
本發明同已有技術相比可產生如下積極效果:本發明結合絡合鐵溼式氧化脫硫工藝，採用新型螯合鐵脫硫劑，提高了 H2S脫除率；在天然氣處理的吸收與再生過程中均使用超重力設備，提高脫硫效率，並在超重力設備內設內置過濾器，極大強化了傳質效率，縮短了反應所需時間，減少了設備數量；將傳統貧液罐、富液槽與沉降槽合併為新的沉降槽，並且尺寸較傳統相比大大減小，硫磺顆粒在脫硫劑活性成分作用下迅速沉降。採用撬塊安裝，適用於任何場合的天然氣處理，安裝方便，操作簡單。本發明工藝簡單、使用設備數量少、佔地面積小，可成撬塊安裝，從而達到了縮短工藝流程，降低設備投資，減少能耗，提高H2S脫除率的目的。本發明具有如下優點:
1、工藝結構簡單、操作簡單、設備體積小、佔地面積少、造價低，設備可以撬裝，，安裝簡
單；
2、氣體處理範圍大、生產運行和脫硫成本低，一次性處理硫化氫效果好，脫除率達
99.99% ；
3、採用超重力設備，傳質效率高，H2S脫除效率高，脫除後天然氣中H2S在Ippm以下； 4、安全性能高，不使用任何有毒的化學物質，硫磺產品中沒有硫化氫氣體，避免了操作人員中毒的危險；
5、環境友好，沒有三廢產生；
6、開、停車容易，可在幾分鐘內達到穩定操作狀態，運行可靠，裝置不發生堵塞，可長周期穩定運行。
[0016]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為本發明的結構示意圖。
[0017]【具體實施方式】:下面對本發明的【具體實施方式】做詳細說明:
脫硫劑的製備:
1、將FeCl3、NTA、酒石酸鉀、叔丁醇按照摩爾比為1:2.5:1:1.5的比例混合，製成總鐵濃度為14g/L的螯合鐵催化劑濃縮物。取螯合鐵催化劑濃縮物37.5mL、NTA螯合劑濃縮物56.25mL稀釋至1500mL，稀釋液中總鐵濃度為350ppm，向稀釋液中加入C5H12O2 0.15g，KCl
0.15g，K0H8.5g製成脫硫劑；
2、將Fe2(SO4) 3、EDTA, HEDTA、檸檬酸鈉、異戊醇按照摩爾比為1:2:1.5:1:1:1.5的比例混合，製成總鐵濃度為56g/L的螯合鐵催化劑濃縮物。取螯合鐵催化劑濃縮物267mL、EDTA和HEDTA螯合劑濃縮物321mL稀釋至1500mL，稀釋液中總鐵濃度為lOOOOppm，向稀釋液中加入 C5H12O2 0.9g，KCl 0.6g，K0H8.5g 製成脫硫劑；
3、將Fe(N03)3、HEDP、NTA、葡萄糖酸鈉、葡萄糖醇按照摩爾比為1:1:1:1:1的比例混合，製成總鐵濃度為35g/L的螯合鐵催化劑濃縮物，取螯合鐵催化劑濃縮物21.5mL、Na4EDTA螯合劑濃縮物33mL稀釋至1500mL，稀釋液中總鐵濃度為500ppm，向稀釋液中加入C5H12O2
0.3g，KCl 0.3g，K0H8.5g 製成脫硫劑；
4、將Fe(NO3)3'HEDP、DTPMPA,山梨醇、叔丁醇按照摩爾比為1:2:1:0.5:0.5的比例混合，製成總鐵濃度為56g/L的螯合鐵催化劑濃縮物，取螯合鐵催化劑濃縮物27mL、HEDTA螯合劑濃縮物32mL稀釋至1500mL，稀釋液中總鐵濃度為lOOOppm，向稀釋液中加入C5H12O20.3g、C12H25OH0.15g，KBr 0.3g、KI 0.15g，K0H8.5g 製成脫硫劑；
5、將FeCl3' Fe2 (SO4) 3、Fe (NO3) 3、EDTMPS, DTPMPA、山梨醇按照摩爾比為 1: 1:0.5:2:1:1的比例混合，製成總鐵濃度為56g/L的螯合鐵催化劑濃縮物。取螯合鐵催化劑濃縮物107mL、Na3HEDTA螯合劑濃縮物210mL稀釋至1500mL，稀釋液中總鐵濃度為4000ppm，向稀釋液中加入 C5H12O2 0.5g、C6H12O2 0.3g，KI 0.5g，K0H8.5g 製成脫硫劑；6、將FeCl3'Fe (NO3) 3、STPP、HEDTA、甘露醇、叔丁醇按照摩爾比為1: 1:2:1:1:1的比例混合，製成總鐵濃度為56g/L的螯合鐵催化劑濃縮物。取螯合鐵催化劑濃縮物227mL、EDTA、HEDTA螯合劑濃縮物280mL稀釋至1500mL，稀釋液中總鐵濃度為8500ppm，向稀釋液中加入C5H12O2 0.5g、C6H12O2 0.3g、C8H11OH 0.3g，KCl 0.3g、KBr 0.3g、KI 0.15g，K0H8.5g 製成脫硫劑。
[0018]實施例1:一種天然氣的脫硫方法，它包括如下步驟:
1、在沉降槽內配製上述脫硫劑的製備I中的脫硫劑，沉降槽內的脫硫劑經濾液泵輸送至吸收超重力反應器中；
2、待處理的天然氣(氣井天然氣)經分離器分離雜質後進入吸收超重力反應器，與脫硫劑在轉子填料表面接觸，天然氣中的H2S轉變為單質硫，脫硫劑的Fe3+變為Fe2+ ；
@、脫掉H2S的天然氣經反應器內置過濾器濾掉硫沫後進入輸氣管道，含硫的脫硫劑
在天然氣自身壓力作用下進入再生超重力反應器與從空氣進口進入的空氣在轉子填料表面接觸，Fe2+被氧化為Fe3+，實現脫硫劑再生；
?:、再生後的含硫脫硫劑經再生液泵回到沉降槽，硫磺在脫硫劑中表面活性劑的作用
下沉降到槽底形成硫漿，硫漿經過硫漿泵進入真空過濾機形成硫餅，過濾所得濾液在濾液罐中緩存，然後與沉降槽上層脫硫劑通過濾液泵輸送至吸收超重力反應器中循環利用。
實施例2:—種天然氣的脫硫方法，其步驟基本同實施例1相同，其區別在於I步驟中在儲液罐中加入上述脫硫劑的製備2中的脫硫劑，待處理的天然氣為油田伴生氣。
[0019]實施例3:—種天然氣的脫硫方法，其步驟基本同實施例1相同，其區別在於I步驟中在儲液罐中加入上述脫硫劑的製備3中的脫硫劑，待處理的天然氣為海上採油平臺伴生天然氣。
[0020]實施例4:一種天然氣的脫硫方法，其步驟基本同實施例1相同，其區別在於I步驟中在儲液te中加入上述脫硫劑的製備4中的脫硫劑。
[0021]實施例5:—種天然氣的脫硫方法，其步驟基本同實施例2相同，其區別在於I步驟中在儲液te中加入上述脫硫劑的製備5中的脫硫劑。
[0022]實施例6:—種天然氣的脫硫方法，其步驟基本同實施例3相同，其區別在於I步驟中在儲液te中加入上述脫硫劑的製備6中的脫硫劑。
[0023]一種天然氣的脫硫裝置(參見圖1)，它包括分離器5，分離器5的氣體出口連接吸收超重力反應器I的氣體進口，吸收超重力反應器I的出氣口連接輸氣管道，吸收超重力反應器I的出液口連接再生超重力反應器2的進液口，再生超重力反應器2的出液口通過再生液泵7連接沉降槽3的再生液進口，沉降槽3的罐底出口通過硫漿泵9連接真空過濾機4的進口，真空過濾機4的濾液出口連接濾液罐10，濾液罐10的濾液出口、沉降槽3的出液口均通過濾液泵8與吸收超重力反應器I的進液口相連，再生超重力反應器2的進氣口連接空氣壓縮機6，空氣壓縮機6連接壓縮機入口過濾器11。
[0024]本發明的 天然氣的脫硫裝置呈撬塊安裝，即設備安裝在一個鋼架上，方便移動和運輸。
[0025]待處理的天然氣從分離器5氣體進口進入，經分離器5分離雜質後進入進入吸收超重力反應器I中，同時沉降槽3中的脫硫劑通過濾液泵8進入吸收超重力反應器I中，待處理的天然氣與脫硫劑在吸收超重力反應器I轉子的絲網填料上接觸，硫化氫被脫硫劑中的螯合鐵離子氧化為硫，Fe3+還原為Fe2+，脫除硫化氫的氣體經吸收超重力反應器I內置過濾器排空；含硫脫硫劑進入再生超重力反應器2中，過濾後的空氣通過空氣壓縮機6進入再生超重力反應器2中，與含硫脫硫劑在再生超重力反應器2絲網填料表面接觸，Fe2+被氧化為Fe3+，實現脫硫劑再生；再生後的含硫脫硫劑通過再生液泵7進入沉降槽3，硫迅速沉降到沉降槽3底部形成硫漿，硫漿通過硫漿泵9進入真空過濾機4形成硫餅，過濾所得濾液在濾液罐10中緩存，然後與沉降槽3中脫硫劑進入脫硫超重力反應器I中進行循環利用。
[0026]上述實施例中的脫硫劑還可以採用其他已有的含有螯合鐵離子的脫硫劑，以上的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種天然氣的脫硫方法，其特徵在於在重力場下，使用新型螯合鐵液相氧化法對天然氣中H2S進行處理的方法，包括如下步驟:1、沉降槽內的脫硫劑經濾液泵輸送至吸收超重力反應器中； f、待處理的天然氣經分離器分離雜質後進入吸收超重力反應器，與脫硫劑在轉子填料表面接觸，天然氣中的H2S轉變為單質硫，脫硫劑中的Fe3+變為Fe2+ ； %—、脫除H2S的天然氣經反應器內置過濾器進入輸氣管道，帶硫磺的脫硫劑在天然氣自身壓力作用下進入再生超重力反應器與從空氣進口進入的空氣在轉子填料表面接觸，Fe2+被氧化為Fe3+，實現脫硫劑再生； $、含硫磺的再生脫硫劑經再生液泵返回至沉降槽，硫磺沉降到槽底形成硫漿，硫漿經過硫漿泵進入真空過濾機形成硫餅，過濾所得濾液在濾液罐中緩存，然後通過濾液泵輸送至吸收超重力反應器循環使用。
2.根據權利要求1所述的一種天然氣的脫硫方法，其特徵在於所述的脫硫劑為含有螯合鐵離子的脫硫劑，其含有以下組分:螯合鐵催化劑、螯合劑、表面活性劑、螯合劑保護劑、殺菌劑、鹼液、水，脫硫劑中螯合鐵催化劑濃度範圍:350~10000ppm ;螯合劑濃度範圍:400~l5000ppm ;表面活性劑濃度範圍1000ppm ;殺菌劑濃度範圍1000ppm ;螯合劑保護劑濃度範圍:l0~100000ppm ;鹼濃度範圍:0.1~ lmol/L ;螯合劑/螯合鐵催化劑的體積比為I:1~5:1 ;溶液pH在8~10。
3.根據權利要求2所述的一種天然氣的脫硫方法，其特徵在於所述的螯合鐵催化劑是螯合鐵、醇及水的混合物，醇/螯合鐵的摩爾比為0.1~ 5，溶液中鐵的含量為350~10000ppm。
4.根據權利要求3所述的一種天然氣的脫硫方法，其特徵在於所述的螯合鐵是HEDP、EDTMPS, DTPMPA, EDDHA, STPP, NTA、Na3NTA, EDTA, HEDTA, Na3HEDTA, Na4EDTA、葡萄糖酸鈉、偏矽酸鈉、酒石酸鉀、檸檬酸鈉中的至少一種與可溶性鐵鹽FeCl3、Fe2(SO4)3^ Fe (N03)3> FeNH4(SO4)中至少一種的螯合物，螯合物配體/鐵的摩爾比為1~ 10 ;醇為小分子的仲醇、叔醇、還原性醇中的至少一種。
5.根據權利要求2所述的一種天然氣的脫硫方法，其特徵在於所述的螯合劑是HEDP、EDTMPS, DTPMPA, EDDHA, STPP, NTA、Na3NTA, EDTA, HEDTA, Na3HEDTA, Na4EDTA、葡萄糖酸鈉、偏矽酸鈉、酒石酸鉀、檸檬酸鈉的中的至少一種。
6.根據權利要求2所述的一種天然氣的脫硫方法，其特徵在於所述的表面活性劑是碳原子數為5~20的直鏈醇或多元醇的中的至少一種。
7.根據權利要求2所述的一種天然氣的脫硫方法，其特徵在於所述的殺菌劑是光譜殺菌劑烷基二甲基苄基氯化銨中的至少一種。
8.根據權利要求2所述的一種天然氣的脫硫方法，其特徵在於所述的螯合劑保護劑是K1、KCl、KBr的至少一種。
9.一種天然氣的脫硫裝置，其特徵在於它包括分離器(5)，分離器(5)的氣體出口連接吸收超重力反應器(I)的氣體進口，吸收超重力反應器(I)的出氣口連接輸氣管道，吸收超重力反應器(I)的出液口連接再生超重力反應器(2 )的進液口，再生超重力反應器(2 )的出液口通過再生液泵(7)連接沉降槽(3)的再生液進口，沉降槽(3)的罐底出口通過硫漿泵(9)連接真空過濾機(4)的進口，真空過濾機(4)的濾液出口連接濾液罐(10)，濾液罐(10)的濾液出口、沉降槽(3)的出液口均通過濾液泵(8)與吸收超重力反應器(I)的進液口相連，再生超重力反 應器(2)的進氣口連接空氣壓縮機(6)，空氣壓縮機(6)連接空氣過濾器(11)。
【文檔編號】C10L3/10GK103923718SQ201410162330
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】曾翔鵬, 鄒光武, 曹玉虎, 王宗麗, 呂明方, 侯怡帆 申請人:煙臺新瑞環保科技有限公司