一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，包括以下步驟：（1）將具有多孔比表面積的軟固體凝膠裝填于凈化反應器中并加入水合促進劑；（2）通入需凈化的天然氣至凈化反應器中，控制進氣壓力為2.5～7.5MPa，反應溫度為0～10℃，進行水合凈化處理。本發明的凈化處理方法反應時間短，反應過程無需攪拌，軟固體凝膠材料可原位再生并循環重復使用，具有節能、環保的雙重功效，經濟效益和環境效益都得到顯著提升。
【專利說明】一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及天然氣凈化分離處理領域，特別涉及一種天然氣中酸性氣體的凈化處
理方法。
【背景技術】
[0002]天然氣作為一種清潔高效的能源，已成為目前能源產業的重要支柱之一。天然氣主要成分為甲烷，此外因產地的不同而含有少量c2H6、C3H8及微量的H2S、CO2, N2及CO等雜質氣體，雜質氣體的存在嚴重影響了天然氣的儲運和使用。以酸性氣體H2S和CO2為例，不僅在輸運中腐蝕輸送設備，降低管輸能力，同時降低了天然氣熱值，在天然氣液化等深冷加工產業中帶來嚴重危害，因此，對天然氣實施凈化處理是非常必要而且必須的。
[0003]對于天然氣中酸性氣體的傳統處理工藝很多，主要包括濕法和干法兩大類，濕法有化學吸收法、物理吸收法和直接氧化法等，干法有分子篩法和海綿鐵法等。現有的多種凈化處理方法雖然技術較為成熟，但是普遍存在工藝流程復雜，環境污染嚴重及甲烷損耗量聞等不足。
[0004]氣體水合物技術的發展使得氣體分離技術向前邁進了一步，使得低能耗低成本氣體分離提純成為可能。該方法主要是基于不同氣體在形成水合物時的相平衡條件和難易程度不同而實現氣體分離，易于形成水合物的氣體優先形成水合物，而難于形成水合物的氣體則保持氣態，這樣就實現了混合氣體的水合分離。該技術的優點在于工藝流程簡單、過程環保節能，且在分離過程中由于甲烷具有較高的相平`衡壓力而難以形成水合物，幾乎不損耗甲烷氣體。
[0005]專利CN103055676A提出了一種常溫離子液體加低溫水合反應的天然氣提純方法，這種方法在原理上主要基于水合分離原理，相比傳統凈化工藝，具有良好的經濟效益和環境效益。但是采用常溫離子液體進行低溫水合的缺點在于水合不充分，需要進行多次多級分離提純，同時在水合過程中還需進行攪拌，額外增加了能耗，因此尚有不足與待改進之處。
[0006]顯而易見，改良現有的天然氣凈化技術和方法，大力減少天然氣分離凈化過程中的能耗和成本，是天然氣分離凈化技術發展的趨勢和方向，需要在此基礎上積極開發節能環保的新型凈化方法。

【發明內容】

[0007]為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，反應時間短，反應過程無需攪拌，軟固體凝膠材料可原位再生并循環重復使用，具有節能、環保的雙重功效，經濟效益和環境效益都得到顯著提升。
[0008]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0009]一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，包括以下步驟:
[0010](I)將具有多孔比表面積的軟固體凝膠裝填于凈化反應器中，并加入水合促進劑；
[0011](2)通入需凈化的天然氣至凈化反應器中，控制進氣壓力為2.5~7.5MPa，反應溫度為O~10°C，進行水合凈化處理。
[0012]所述具有多孔比表面積的軟固體凝膠由以下原料按以下質量百分比經化學凝膠工藝制成:
[0013]2輕乙基甲基丙烯酸酯10%~40%
[0014]交聯劑乙二醇二(甲基丙烯酸)酯0.1~1%
[0015]弓丨發劑過硫酸銨0.5~5%
[0016]催化劑四甲基乙二胺0.1~1%
[0017]余量為水。
[0018]所述水合促進劑為十二烷基硫酸鈉溶液、 四丁基溴化銨溶液或環戊烷溶液，但不限于上述三種。
[0019]所述軟固體凝膠采用分層多級的布置方式裝填于凈化反應器中。
[0020]所述軟固體凝膠在凈化反應器中的填充率為0.75~0.90。
[0021 ] 所述凈化反應器頂部的出氣口處設有氣體成分檢測裝置。
[0022]當氣體成分檢測裝置檢測到從出氣口排出的天然氣未達標時，將從出氣口排出的天然氣通入凈化反應器中，重新進行步驟(2 )。
[0023]與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
[0024](I)本發明的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，使用增壓泵系統將需要凈化的天然氣氣源進行增壓，由于進氣壓力在甲烷相平衡壓力以下，在此條件下甲烷不生成水合物，通過反應器后以氣態形式從反應器頂端排出；H2S和CO2以固態水合物的形式被捕獲，反應過程無需攪拌，實現一步式的高效凈化，反應時間短。
[0025](2)本發明的軟固體凝膠可原位再生并重復循環使用，當氣體凈化效率變低時可對其進行再生處理，將反應器內溫度維持在40~50°C，采用加熱方式使凝膠內的水合物分解釋放，可以恢復其固有吸附水合性能。
[0026](3)本發明的軟固體凝膠采用分層多級的布置方式裝填于凈化反應器中，確保待凈化的氣體在反應器內有充足的反應時間和反應接觸面積，增加氣體凈化效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的實施例的凈化反應器的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0029]實施例1
[0030]圖1所示為實現本實施例的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法的凈化反應器4，凈化反應器4的頂部設有壓力傳感器5、溫度傳感器6，凈化反應器4頂部的出氣口還連接有氣相色譜分析儀7，凈化反應器4底部的出氣口處設有氣體增壓泵系統I。Vl~V6為操作控制閥。凈化反應器4中裝有有軟固體凝膠3和水合促進劑2，軟固體凝膠3采用分層多級的布置方式裝填于凈化反應器中，本實施例的水合促進劑為十二烷基硫酸鈉。[0031]本實施例的具有多孔比表面積的軟固體凝膠由以下原料按以下質量百分比經化學凝膠工藝制成:
[0032]2羥乙基甲基丙烯酸酯10%
[0033]交聯劑乙二醇二(甲基丙烯酸)酯1%
[0034]引發劑過硫酸銨5%
[0035]催化劑四甲基乙二胺1%
[0036]余量為水。
[0037]本實施例的天然氣中酸性氣體的凈化處理的凈化反應器，操作過程如下:
[0038](a)啟動凈化反應器冷卻循環系統，使凈化反應器內溫度降低到O~10°C的范圍，降溫過程由溫度傳感器監測記錄；
[0039](b)打開閥門VI，開啟氣體增壓泵系統1，將待處理的氣 體增壓至凈化反應器所需的反應壓力(一般為2.5~7.5MPa)，然后通入凈化反應器內；
[0040](c)關閉閥門Vl~V4，使凈化反應器在進氣壓力下保持密閉，此時凈化反應器內的溫度和壓力條件滿足H2S和CO2的水合條件，而天然氣中的主要成分甲烷不參與水合反應，保持一定的反應時間(一般為IOh以上)后，通過判讀反應器內溫度和壓力數據變化確定水合反應是否結束，并打開閥門V3進行氣體取樣并用色譜分析儀進行分析。分析結果如果滿足指標要求則通過閥門V6直接輸出，如果不滿足指標要求，則通過閥門V5再重新進入增壓泵系統和凈化反應器內再次進行處理。
[0041](d)當軟固體凝膠使用一段時間其凈化效率降低時，可利用凈化反應器的自身加熱功能實現固體軟凝膠的原位再生，對存留于凝膠內的水合物固體進行釋放，加熱溫度范圍為40~50°C，持續時間I~2h，可恢復軟固體凝膠的固有吸附水合特性。
[0042]選取天然氣氣樣，其中CH4、CO2, H2S體積百分比分別為91.6%、7.6%、0.8%，經增壓泵系統增壓至2.5MPa后輸入至凈化反應器內，軟固體凝膠在凈化反應器中的填充率為
0.7，水合促進劑選用十二烷基硫酸鈉溶液，水合凈化處理溫度為1°C，反應時間為10h，反應結束后用氣相色譜分析儀進行取樣分析，凈化后的014和CO2體積百分比分別為98.6%和1.4%，未檢測出H2S組分。
[0043]實施例2
[0044]本實施例采用的凈化反應器與實施例1同。
[0045]本實施例的具有多孔比表面積的軟固體凝膠由以下原料按以下質量百分比經化學凝膠工藝制成:
[0046]原料按以下質量百分比經化學凝膠工藝制成:
[0047]2羥乙基甲基丙烯酸酯40%
[0048]交聯劑乙二醇二(甲基丙烯酸)酯1%
[0049]引發劑過硫酸銨5%
[0050]催化劑四甲基乙二胺1%
[0051]余量為水。
[0052]選取天然氣氣樣，其中CH4、C02、H2S體積百分比分別為88.3%、10.5%、1.2%，經增壓泵系統增壓至7.5MPa后輸入凈化反應器內，軟固體凝膠在凈化反應器中的填充率為0.90，水合促進劑選用四丁基溴化銨溶液，水合凈化處理溫度為10°C，反應時間為10h，反應結束后用氣相色譜分析儀進行取樣分析，凈化后的014和CO2體積百分比分別為98.6%和1.4%，未檢測出H2S組分。
[0053]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的限制，如水合促進劑還可采用環戊烷溶液等，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。`
【權利要求】
1.一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將具有多孔比表面積的軟固體凝膠裝填于凈化反應器中，并加入水合促進劑； (2)通入需凈化的天然氣至凈化反應器中，控制進氣壓力為2.5~7.5MPa，反應溫度為O~10°C，進行水合凈化處理。
2.根據權利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述具有多孔比表面積的軟固體凝膠由以下原料按以下質量百分比經化學凝膠工藝制成: 2羥乙基甲基丙烯酸酯10%~40% 交聯劑乙二醇二(甲基丙烯酸)酯0.1~1% 引發劑過硫酸銨0.5~5% 催化劑四甲基乙二胺0.1~1% 余量為水。
3.根據權利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述水合促進劑為十二烷基硫酸鈉溶液、四丁基溴化銨溶液或環戊烷溶液。
4.根據權利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述軟固體凝膠采用分層多級的布置方式裝填于凈化反應器中。
5.根據權利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述軟固體凝膠在凈化反應器中的填充率為0.75~0.90。
6.根據權利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述凈化反應器頂部的出氣口處設有氣體成分檢測裝置。
7.根據權利要求6所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，當氣體成分檢測裝置檢測到從出氣口排出的天然氣未達標時，將從出氣口排出的天然氣通入凈化反應器中，重新進行步驟(2)。
【文檔編號】B01D53/52GK103773532SQ201410040345
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月27日 優先權日:2014年1月27日
【發明者】樊栓獅, 溫永剛, 陳秋雄, 陳運文, 王燕鴻, 郎雪梅 申請人:華南理工大學, 深圳市燃氣集團股份有限公司