CN102977964A - 天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗方法与装置，提供了一种天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗方法，该方法包括：(a)在天然气脱除有机及无机硫过程中的天然气第一次吸收硫化氢过程与有机硫水解过程之间增加气-液微旋流分离，以脱除原料天然气中夹带的富胺液；以及(b)在天然气脱除有机及无机硫过程中的有机硫水解过程，即，将有机硫转化为无机硫的过程之后的硫化氢吸收塔顶内部采用气-液微旋流分离，以脱除净化后天然气中夹带的胺液。还提供了一种天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗装置。
Description
技术领域
本发明属于石油化工与环保领域，涉及高含硫（H2S的含量为13-18%（体积））天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗的方法及装置，适用于天然气净化单位天然气脱硫单元吸收塔部分的工艺。具体地说，本发明提供了对天然气中脱除有机及无机硫的旋流强化方法及装置。
背景技术
从地层中开采出来的天然气往往含有砂和混入的铁锈等固体杂质，以及水、水蒸气、硫化物和二氧化硫等有害物质。其中，硫化物分为无机和有机两种，无机的主要是硫化氢，硫化氢及其燃烧产物二氧化硫都具有强烈刺鼻气味，对眼黏膜和呼吸道有破坏作用。另一方面，天然气中的硫化氢又是制造硫、硫酸、化肥的重要原料，不应让它浪费掉。
天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较于煤炭、石油等能源具有使用安全、热值高、洁净等优势。
沈本贤等人发明的XDS复合高效脱硫溶剂(高酸性石油天然气的高效净化脱硫剂，专利申请号：200910233505.1)，其对于硫含量高的天然气具有比较好的处理能力，且其具有化学性质稳定、起泡少、降解低、损耗少、反应速度快等优点，可在活化剂参与下脱除合成氨中的二氧化碳以及H2S。另外，还可以作为杀虫剂、乳化剂、织物助剂的半成品、抗肿瘤药物盐酸氮芥的中间体、胺基甲酸酯涂料的催化剂、纤维助剂等，同时，也是油漆的一种促干剂。
上海华畅环保设备发展有限公司发明的短流程循环氢脱硫方法与装置（专利号：ZL 200810201686.5）提供了一种短流程循环氢脱硫方法，效果明显，得到了广泛的工业化应用。
但是，对于高含硫天然气的脱硫，与包括循环氢脱硫在内的现有技术存在明显的不同，因为该天然气的分子量比较大，所以简单地套用现有的脱硫方法和脱硫剂并无法实现有效的脱硫以及脱硫溶剂降耗。
因此，本领域迫切需要开发出一种能够有效地对高含硫天然气进行脱硫并降低脱硫溶剂损耗的方法与装置。
发明内容
本发明提供了一种新颖的天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗方法与装置，从而解决了现有技术中存在的问题。
一方面，本发明提供了一种天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗方法，该方法包括：
(a)在天然气脱除有机及无机硫过程中的天然气第一次吸收硫化氢过程与有机硫水解过程之间增加气-液微旋流分离，以脱除原料天然气中夹带的富胺液；以及
(b)在天然气脱除有机及无机硫过程中的有机硫水解过程，即，将有机硫转化为无机硫的过程之后的硫化氢吸收塔顶内部采用气-液微旋流分离，以脱除净化后天然气中夹带的胺液。
在一个优选的实施方式中，该方法还包括：将步骤（a）中得到的经气-液微旋流分离分离了富胺液并饱和了水蒸气的天然气由110℃加热至140℃。
在另一个优选的实施方式中，在步骤（a）中经过气-液旋流分离处理后，天然气中所携带的粒度在2μm或更大的胺液的去除率达到90%或更高，压降小于20mm H2O柱。
在另一个优选的实施方式中，原料天然气中的气体流量为69718kg/h、液体流量为1150kg/h；经处理后最终得到的天然气中的H2S含量低于6mg/Nm3，CO2含量低于3mol%，以S计的硫化物含量低于200mg/Nm3。
在另一个优选的实施方式中，所述脱硫溶剂选自：XDS复合高效脱硫溶剂、位阻胺和甲基二乙醇胺。
另一方面，本发明提供了一种天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗装置，该装置包括：
位于用于天然气脱除有机及无机硫过程的第一级主吸收塔与转化有机硫的水解反应器之间的气-液微旋流分离器，用以脱除天然气中夹带的富胺液；以及
内置于用于天然气脱除有机及无机硫过程中的有机硫水解过程，即，将有机硫转化为无机硫的过程之后的第二级主吸收塔中的气-液微旋流分离器，用以脱除净化后天然气中夹带的胺液。
在一个优选的实施方式中，该装置还包括位于气-液微旋流分离器与水解反应器之间的预热器，用以将经气-液微旋流分离器分离了富胺液并饱和了水蒸气的天然气由110℃加热至140℃。
在另一个优选的实施方式中，所述预热器采用饱和蒸汽作为加热介质。
在另一个优选的实施方式中，所述第一级主吸收塔和第二级主吸收塔采用级间冷却技术。
在另一个优选的实施方式中，所述气-液微旋流分离器是由一个或多个微旋流分离管并联组成的；并且任选地，通过外设压力容器组装成一个整体，公用进出口；其材质均采用耐碱腐蚀材料。
附图说明
图1是根据本申请的一个实施方式的高含硫天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗工艺流程示意图。
具体实施方式
在现有的天然气脱除有机及无机硫过程中，在天然气两级主吸收塔部分中采用的是传统的分液罐，但是长期以来，该工艺过程的脱硫效率以及脱硫溶剂降耗受到限制，并不能满足日益增长的对于提高脱硫效率以及脱硫溶剂降耗的要求，尤其是对于高含硫天然气的脱硫。
微旋流分离技术的原理是依靠两相的密度差，利用流体在微旋流管内高速旋转产生的离心力将固体微粒从液体中分离出来，从而达到分离或液体净化的目的。根据上述微旋流分离技术原理，应完全可以用于天然气净化的过程之中。申请人在经过创造性的劳动后发现，在天然气净化过程中引入微旋流分离器，能够更加有效使得整个流程向着理想的方向进行，且结合上微旋流器自身的成本低，占地少等特点，优势十分明显。
气-液微旋流分流器由若干微旋流芯管组成，其分离效率远高于常规分离器，这已经得到了业界的认可，其具备其他分离方法所不具备的优点，如分离效果好，体积小，阻力小，工作稳定，安装方面，占地面积小，生产成本低。
因此，本发明的发明人经过了广泛而深入的研究，突破了现有技术的限制，跨领域地、创造性地提出了在天然气两级主吸收塔部分中将传统的分液罐用气-液微旋流分离器取代（其中，气-液微旋流分离器的液腿高度调整为原来液腿高度的4倍，且气-液微旋流分离器的压降达到30mm H2O柱或更低），使得分离效果更加明显，效率大大提高，后续工艺得以能够更好的保障。基于上述发现，本发明得以完成。
在本发明的第一方面，提供了一种高含硫天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗方法，该方法包括：
在天然气的第一次吸收硫化氢过程与有机硫水解过程之间增加气-液微旋流分离，以脱除天然气中夹带的富胺液；
在天然气的有机硫水解过程，即，将有机硫转化为无机硫的过程之后的硫化氢吸收塔顶内部采用气-液微旋流分离，以脱除净化后天然气中夹带的胺液。
在本发明中，对于脱硫溶剂没有特别的限制，可以采用本领域常用的脱硫溶剂，其非限制性的例子包括：XDS复合高效脱硫溶剂、位阻胺及甲基二乙醇胺。
在本发明中，在有机硫水解过程之前经过气-液旋流分离器处理后，天然气中所携带的粒度在2μm以上的胺液的去除率达到90%以上，压降小于20mmH2O柱，减小了气体中未汽化的水、胺液和杂质对水解过程的不良影响。
在本发明的第二方面，提供了一种高含硫天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗装置，该装置包括：
在第一级主吸收塔和转化有机硫的水解反应器之间设置有气-液微旋流分离器，用以脱除未汽化的水和胺液；在第二级主吸收塔顶部内置气-液微旋流分离器，用以脱除天然气夹带的胺液。
在本发明中，所述吸收塔优选采用级间冷却技术，以有效地促进H2S化学平衡向吸收进行，加强H2S的吸收。
在本发明中，所述气-液微旋流分离器可以是由一个或多个微旋流分离管并联组成的，可通过外设压力容器组装成一个整体，公用进出口，其材质均可采用耐碱腐蚀材料。
在本发明中，经气-液微旋流分离器分离了胺液并饱和了水蒸气的天然气优选在预热器内由110℃加热至140℃，其中，该预热器可以采用饱和高压（6.181-7.920巴）蒸汽作为加热介质，以防止气体在水解反应器中产生凝液。
在本发明中，进入该装置的气体流量为69718kg/h、液体流量为1150kg/h；经处理后最终所得的天然气的H2S含量低于6mg/Nm3，CO2含量低于3mol%，硫化物含量（以S计）低于200mg/Nm3。
以下参看附图。
图1是根据本申请的一个实施方式的高含硫天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗工艺流程示意图。如图1所示，经初步处理后的进料天然气进入第一级主吸收塔1-1中，同时，贫胺液经贫胺液泵3-2同时泵入第一级主吸收塔1-1和第二级主吸收塔1-2中，且从第二级主吸收塔1-2底部排出的经处理的中间胺液经中间胺液泵3-1和中间胺液冷却器4-1冷却后也进入第一级主吸收塔1-1中；这些胺液和进料天然气在第一级主吸收塔1-1中处理后，经处理的胺液由第一级主吸收塔1-1的底部排入回收罐，经处理的天然气由第一级主吸收塔1-1的顶部经水解反应器进出料换热器4-2换热后送入气-液微旋流分离器5-1中，同时，补充凝结水经补充凝结水泵3-3送入气-液微旋流分离器5-1中；在气-液微旋流分离器5-1中处理后，经处理的胺液由气-液微旋流分离器5-1的底部排入回收罐，经处理的天然气由气-液微旋流分离器5-1的顶部经预热器4-3预热后送入水解反应器2中；在水解反应器2中处理后，天然气由水解反应器2的底部经水解反应器进出料换热器4-2换热、并经水解反应器空冷器6冷却后送入第二级主吸收塔1-2中；在内置气-液微旋流分离器5-2的第二级主吸收塔1-2中处理后，经处理的胺液由第二级主吸收塔1-2的底部循环回第一级主吸收塔1-1，脱硫后的天然气经第二级主吸收塔1-2的顶部送至后续天然气脱水单元。
本发明的主要优点在于：
本发明方法和装置工艺先进，结构紧凑，胺液消耗同比降低了40%，且使得水解反应催化剂不易失效，延长了生产周期；显著提高了脱硫效率以及脱硫溶剂降耗，使得后续工艺得以能够更好的保障。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
实施例1：普光天然气净化厂第一联合装置2×300×10
4
Nm
3
/d天然气脱除有机无
机硫旋流强化的工艺
工艺流程：如图1所示。
进入该装置的主要介质为胺液和高含硫天然气，高含硫天然气中H2S含量为13-18%（体积），有机硫含量为340.6mg/m3，CO2含量为8-10%（v）。进入第一级主吸收塔的液体流量为688m3/h，操作压力为8.3MPa（G），操作温度为60℃；进入第二级主吸收塔的液体流量为316m3/h，操作压力为8.1MPa（G），操作温度为43℃。其中，气-液微旋流分离器选用华东理工大学独立自主研制的HL/L型微旋流分离器。
效果：
粒度2μm以上的胺液的去除率达到95%以上，压降小于30mm H2O柱，保障了整套装置的完美运行，并且有效地降低了整套装置胺液的跑损达40%以上，使得水解反应催化剂不易失效，延长了生产周期一年，大大提高了经济效益。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗方法，该方法包括：
(a)在天然气脱除有机及无机硫过程中的天然气第一次吸收硫化氢过程与有机硫水解过程之间增加气-液微旋流分离，以脱除原料天然气中夹带的富胺液；以及
(b)在天然气脱除有机及无机硫过程中的有机硫水解过程，即，将有机硫转化为无机硫的过程之后的硫化氢吸收塔顶内部采用气-液微旋流分离，以脱除净化后天然气中夹带的胺液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将步骤（a）中得到的经气-液微旋流分离分离了富胺液并饱和了水蒸气的天然气由110℃加热至140℃。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤（a）中经过气-液旋流分离处理后，天然气中所携带的粒度在2μm或更大的胺液的去除率达到90%或更高，压降小于20mm H2O柱。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，原料天然气中的气体流量为69718kg/h、液体流量为1150kg/h；经处理后最终得到的天然气中的H2S含量低于6mg/Nm3，CO2含量低于3mol%，以S计的硫化物含量低于200mg/Nm3。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脱硫溶剂选自：XDS复合高效脱硫溶剂、位阻胺和甲基二乙醇胺。
6.一种天然气脱除有机及无机硫过程中脱硫溶剂降耗装置，该装置包括：
位于用于天然气脱除有机及无机硫过程的第一级主吸收塔（1-1）与转化有机硫的水解反应器（2）之间的气-液微旋流分离器（5-1），用以脱除天然气中夹带的富胺液；以及
内置于用于天然气脱除有机及无机硫过程中的有机硫水解过程，即，将有机硫转化为无机硫的过程之后的第二级主吸收塔（1-2）中的气-液微旋流分离器（5-2），用以脱除净化后天然气中夹带的胺液。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括位于气-液微旋流分离器（5-1）与水解反应器（2）之间的预热器（4-3），用以将经气-液微旋流分离器（5-1）分离了富胺液并饱和了水蒸气的天然气由110℃加热至140℃。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预热器（4-3）采用饱和蒸汽作为加热介质。
9.如权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一级主吸收塔（1-1）和第二级主吸收塔（1-2）采用级间冷却技术。
10.如权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述气-液微旋流分离器（5-1）和气-液微旋流分离器（5-2）是由一个或多个微旋流分离管并联组成的；并且任选地，通过外设压力容器组装成一个整体，公用进出口；其材质均采用耐碱腐蚀材料。
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