專利名稱：天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油化工與環(huán)保領(lǐng)域，涉及高含硫(H2S的含量為13-18% (體積))天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗的方法及裝置，適用于天然氣凈化單位天然氣脫硫單元吸收塔部分的工藝。具體地說，本發(fā)明提供了對天然氣中脫除有機及無機硫的旋流強化方法及裝置。
背景技術(shù)：
從地層中開采出來的天然氣往往含有砂和混入的鐵銹等固體雜質(zhì)，以及水、水蒸氣、硫化物和二氧化硫等有害物質(zhì)。其中，硫化物分為無機和有機兩種，無機的主要是硫化氫，硫化氫及其燃燒產(chǎn)物二氧化硫都具有強烈刺鼻氣味，對眼黏膜和呼吸道有破壞作用。另一方面，天然氣中的硫化氫又是制造硫、硫酸、化肥的重要原料，不應讓它浪費掉。天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。在標準狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體。天然氣在燃燒過程中產(chǎn)生的能影響人類呼吸系統(tǒng)健康的物質(zhì)極少，產(chǎn)生的二氧化碳僅為煤的40%左右，產(chǎn)生的二氧化硫也很少。天然氣燃燒后無廢渣、廢水產(chǎn)生，相較于煤炭、石油等能源具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢。沈本賢等人發(fā)明的XDS復合高效脫硫溶劑(高酸性石油天然氣的高效凈化脫硫劑，專利申請?zhí)?00910233505. I)，其對于硫含量高的天然氣具有比較好的處理能力，且其具有化學性質(zhì)穩(wěn)定、起泡少、降解低、損耗少、反應速度快等優(yōu)點，可在活化劑參與下脫除合成氨中的二氧化碳以&H2S。另外，還可以作為殺蟲劑、乳化劑、織物助劑的半成品、抗腫瘤藥物鹽酸氮芥的中間體、胺基甲酸酯涂料的催化劑、纖維助劑等，同時，也是油漆的一種促干劑。上海華暢環(huán)保設備發(fā)展有限公司發(fā)明的短流程循環(huán)氫脫硫方法與裝置(專利號ZL 200810201686. 5)提供了一種短流程循環(huán)氫脫硫方法，效果明顯，得到了廣泛的工業(yè)化應用。但是，對于高含硫天然氣的脫硫，與包括循環(huán)氫脫硫在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)存在明顯的不同，因為該天然氣的分子量比較大，所以簡單地套用現(xiàn)有的脫硫方法和脫硫劑并無法實現(xiàn)有效的脫硫以及脫硫溶劑降耗。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)出一種能夠有效地對高含硫天然氣進行脫硫并降低脫硫溶劑損耗的方法與裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新穎的天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗方法與裝置，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。一方面，本發(fā)明提供了一種天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗方法，該方法包括(a)在天然氣脫除有機及無機硫過程中的天然氣第一次吸收硫化氫過程與有機硫水解過程之間增加氣-液微旋流分離，以脫除原料天然氣中夾帶的富胺液；以及(b)在天然氣脫除有機及無機硫過程中的有機硫水解過程，即，將有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫的過程之后的硫化氫吸收塔頂內(nèi)部采用氣-液微旋流分離，以脫除凈化后天然氣中夾帶的胺液。在一個優(yōu)選的實施方式中，該方法還包括將步驟(a)中得到的經(jīng)氣-液微旋流分離分離了富胺液并飽 和了水蒸氣的天然氣由110°c加熱至140°C。在另一個優(yōu)選的實施方式中，在步驟(a)中經(jīng)過氣-液旋流分離處理后，天然氣中所攜帶的粒度在2 μ m或更大的胺液的去除率達到90%或更高，壓降小于20mm H2O柱。在另一個優(yōu)選的實施方式中，原料天然氣中的氣體流量為69718kg/h、液體流量為1150kg/h ;經(jīng)處理后最終得到的天然氣中的H2S含量低于6mg/Nm3，C02#量低于3mol%，以S計的硫化物含量低于200mg/Nm3。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述脫硫溶劑選自XDS復合高效脫硫溶劑、位阻胺
和甲基二乙醇胺。另一方面，本發(fā)明提供了一種天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗裝置，該裝置包括位于用于天然氣脫除有機及無機硫過程的第一級主吸收塔與轉(zhuǎn)化有機硫的水解反應器之間的氣-液微旋流分離器，用以脫除天然氣中夾帶的富胺液；以及內(nèi)置于用于天然氣脫除有機及無機硫過程中的有機硫水解過程，S卩，將有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫的過程之后的第二級主吸收塔中的氣-液微旋流分離器，用以脫除凈化后天然氣中夾帶的胺液。在一個優(yōu)選的實施方式中，該裝置還包括位于氣-液微旋流分離器與水解反應器之間的預熱器，用以將經(jīng)氣-液微旋流分離器分離了富胺液并飽和了水蒸氣的天然氣由110°C 加熱至 140°C。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述預熱器采用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述第一級主吸收塔和第二級主吸收塔采用級間冷卻技術(shù)。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述氣-液微旋流分離器是由一個或多個微旋流分離管并聯(lián)組成的；并且任選地，通過外設壓力容器組裝成一個整體，公用進出口；其材質(zhì)均采用耐堿腐蝕材料。


圖I是根據(jù)本申請的一個實施方式的高含硫天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗工藝流程示意圖。
具體實施例方式在現(xiàn)有的天然氣脫除有機及無機硫過程中，在天然氣兩級主吸收塔部分中采用的是傳統(tǒng)的分液罐，但是長期以來，該工藝過程的脫硫效率以及脫硫溶劑降耗受到限制，并不能滿足日益增長的對于提高脫硫效率以及脫硫溶劑降耗的要求，尤其是對于高含硫天然氣的脫硫。微旋流分離技術(shù)的原理是依靠兩相的密度差，利用流體在微旋流管內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將固體微粒從液體中分離出來，從而達到分離或液體凈化的目的。根據(jù)上述微旋流分離技術(shù)原理，應完全可以用于天然氣凈化的過程之中。申請人在經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動后發(fā)現(xiàn)，在天然氣凈化過程中引入微旋流分離器，能夠更加有效使得整個流程向著理想的方向進行，且結(jié)合上微旋流器自身的成本低，占地少等特點，優(yōu)勢十分明顯。氣-液微旋流分流器由若干微旋流芯管組成，其分離效率遠高于常規(guī)分離器，這已經(jīng)得到了業(yè)界的認可，其具備其他分離方法所不具備的優(yōu)點，如分離效果好，體積小，阻力小，工作穩(wěn)定，安裝方面，占地面積小，生產(chǎn)成本低。因此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過了廣泛而深入的研究，突破了現(xiàn)有技術(shù)的限制，跨領(lǐng)域地、創(chuàng)造性地提出了在天然氣兩級主吸收塔部分中將傳統(tǒng)的分液罐用氣-液微旋流分離器取代(其中，氣-液微旋流分離器的液腿高度調(diào)整為原來液腿高度的4倍，且氣-液微旋流分離器的壓降達到30_ H2O柱或更低)，使得分離效果更加明顯，效率大大提高，后續(xù)工藝得以能夠更好的保障。基于上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明得以完成。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種高含硫天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗方法，該方法包括在天然氣的第一次吸收硫化氫過程與有機硫水解過程之間增加氣-液微旋流分離，以脫除天然氣中夾帶的富胺液；在天然氣的有機硫水解過程，即，將有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫的過程之后的硫化氫吸收塔頂內(nèi)部采用氣-液微旋流分離，以脫除凈化后天然氣中夾帶的胺液。 在本發(fā)明中，對于脫硫溶劑沒有特別的限制，可以采用本領(lǐng)域常用的脫硫溶劑，其非限制性的例子包括XDS復合高效脫硫溶劑、位阻胺及甲基二乙醇胺。在本發(fā)明中，在有機硫水解過程之前經(jīng)過氣-液旋流分離器處理后，天然氣中所攜帶的粒度在2μπι以上的胺液的去除率達到90%以上，壓降小于20mmH20柱，減小了氣體中未汽化的水、胺液和雜質(zhì)對水解過程的不良影響。在本發(fā)明的第二方面，提供了一種高含硫天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗裝置，該裝置包括在第一級主吸收塔和轉(zhuǎn)化有機硫的水解反應器之間設置有氣-液微旋流分離器，用以脫除未汽化的水和胺液；在第二級主吸收塔頂部內(nèi)置氣-液微旋流分離器，用以脫除天然氣夾帶的胺液。在本發(fā)明中，所述吸收塔優(yōu)選采用級間冷卻技術(shù)，以有效地促進H2S化學平衡向吸收進行，加強H2S的吸收。在本發(fā)明中，所述氣-液微旋流分離器可以是由一個或多個微旋流分離管并聯(lián)組成的，可通過外設壓力容器組裝成一個整體，公用進出口，其材質(zhì)均可采用耐堿腐蝕材料。在本發(fā)明中，經(jīng)氣-液微旋流分離器分離了胺液并飽和了水蒸氣的天然氣優(yōu)選在預熱器內(nèi)由110°C加熱至140°C，其中，該預熱器可以采用飽和高壓(6. 181-7. 920巴)蒸汽作為加熱介質(zhì)，以防止氣體在水解反應器中產(chǎn)生凝液。在本發(fā)明中，進入該裝置的氣體流量為69718kg/h、液體流量為1150kg/h ;經(jīng)處理后最終所得的天然氣的H2S含量低于6mg/Nm3，CO2含量低于3mol%，硫化物含量(以S計)低于 200mg/Nm3。以下參看附圖。圖I是根據(jù)本申請的一個實施方式的高含硫天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗工藝流程示意圖。如圖I所示，經(jīng)初步處理后的進料天然氣進入第一級主吸收塔1-1中，同時，貧胺液經(jīng)貧胺液泵3-2同時泵入第一級主吸收塔1-1和第二級主吸收塔
1-2中，且從第二級主吸收塔1-2底部排出的經(jīng)處理的中間胺液經(jīng)中間胺液泵3-1和中間胺液冷卻器4-1冷卻后也進入第一級主吸收塔1-1中；這些胺液和進料天然氣在第一級主吸收塔1-1中處理后，經(jīng)處理的胺液由第一級主吸收塔1-1的底部排入回收罐，經(jīng)處理的天然氣由第一級主吸收塔1-1的頂部經(jīng)水解反應器進出料換熱器4-2換熱后送入氣-液微旋 流分離器5-1中，同時，補充凝結(jié)水經(jīng)補充凝結(jié)水泵3-3送入氣-液微旋流分離器5-1中；在氣-液微旋流分離器5-1中處理后，經(jīng)處理的胺液由氣-液微旋流分離器5-1的底部排入回收罐，經(jīng)處理的天然氣由氣-液微旋流分離器5-1的頂部經(jīng)預熱器4-3預熱后送入水解反應器2中；在水解反應器2中處理后，天然氣由水解反應器2的底部經(jīng)水解反應器進出料換熱器4-2換熱、并經(jīng)水解反應器空冷器6冷卻后送入第二級主吸收塔1-2中；在內(nèi)置氣-液微旋流分離器5-2的第二級主吸收塔1-2中處理后，經(jīng)處理的胺液由第二級主吸收塔1-2的底部循環(huán)回第一級主吸收塔1-1，脫硫后的天然氣經(jīng)第二級主吸收塔1-2的頂部送至后續(xù)天然氣脫水單元。本發(fā)明的主要優(yōu)點在于本發(fā)明方法和裝置工藝先進，結(jié)構(gòu)緊湊，胺液消耗同比降低了 40%，且使得水解反應催化劑不易失效，延長了生產(chǎn)周期；顯著提高了脫硫效率以及脫硫溶劑降耗，使得后續(xù)工藝得以能夠更好的保障。實施例下面結(jié)合具體的實施例進一步闡述本發(fā)明。但是，應該明白，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。下列實施例中未注明具體條件的試驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另有說明，所有的百分比和份數(shù)按重量計。實施例I :普光天然氣凈化廠第一聯(lián)合裝置2X 300X IC^NmVd天然氣脫除有機無機硫旋流強化的工藝工藝流程如圖I所示。進入該裝置的主要介質(zhì)為胺液和高含硫天然氣，高含硫天然氣中H2S含量為13-18% (體積)，有機硫含量為340. 6mg/m3，CO2含量為8-10% (V)。進入第一級主吸收塔的液體流量為688m3/h，操作壓力為8. 3MPa (G)，操作溫度為60°C ;進入第二級主吸收塔的液體流量為316m3/h，操作壓力為8. IMPa (G)，操作溫度為43°C。其中，氣-液微旋流分離器選用華東理工大學獨立自主研制的HL/L型微旋流分離器。效果粒度2 μ m以上的胺液的去除率達到95%以上，壓降小于30mm H2O柱，保障了整套裝置的完美運行，并且有效地降低了整套裝置胺液的跑損達40%以上，使得水解反應催化劑不易失效，延長了生產(chǎn)周期一年，大大提高了經(jīng)濟效益。
在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗方法，該方法包括 (a)在天然氣脫除有機及無機硫過程中的天然氣第一次吸收硫化氫過程與有機硫水解過程之間增加氣-液微旋流分離，以脫除原料天然氣中夾帶的富胺液；以及 (b)在天然氣脫除有機及無機硫過程中的有機硫水解過程，即，將有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫的過程之后的硫化氫吸收塔頂內(nèi)部采用氣-液微旋流分離，以脫除凈化后天然氣中夾帶的胺液。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，該方法還包括將步驟(a)中得到的經(jīng)氣-液微旋流分離分離了富胺液并飽和了水蒸氣的天然氣由110°C加熱至140°C。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，在步驟(a)中經(jīng)過氣-液旋流分離處理后，天然氣中所攜帶的粒度在2 μ m或更大的胺液的去除率達到90%或更高，壓降小于20mmH2O 柱。
4.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，原料天然氣中的氣體流量為69718kg/h、液體流量為1150kg/h ;經(jīng)處理后最終得到的天然氣中的H2S含量低于6mg/Nm3，CO2含量低于3mol%，以S計的硫化物含量低于200mg/Nm3。
5.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述脫硫溶劑選自XDS復合高效脫硫溶劑、位阻胺和甲基二乙醇胺。
6.一種天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗裝置，該裝置包括 位于用于天然氣脫除有機及無機硫過程的第一級主吸收塔(1-1)與轉(zhuǎn)化有機硫的水解反應器(2)之間的氣-液微旋流分離器(5-1)，用以脫除天然氣中夾帶的富胺液；以及 內(nèi)置于用于天然氣脫除有機及無機硫過程中的有機硫水解過程，即，將有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫的過程之后的第二級主吸收塔(1-2)中的氣-液微旋流分離器(5-2)，用以脫除凈化后天然氣中夾帶的胺液。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括位于氣-液微旋流分離器(5-1)與水解反應器(2)之間的預熱器(4-3)，用以將經(jīng)氣-液微旋流分離器(5-1)分離了富胺液并飽和了水蒸氣的天然氣由110°C加熱至140°C。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述預熱器(4-3)采用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一級主吸收塔(1-1)和第二級主吸收塔(1-2)采用級間冷卻技術(shù)。
10.如權(quán)利要求6-8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述氣-液微旋流分離器(5-1)和氣-液微旋流分離器(5-2)是由一個或多個微旋流分離管并聯(lián)組成的；并且任選地，通過外設壓力容器組裝成一個整體，公用進出口 ；其材質(zhì)均采用耐堿腐蝕材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗方法與裝置，提供了一種天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗方法，該方法包括(a)在天然氣脫除有機及無機硫過程中的天然氣第一次吸收硫化氫過程與有機硫水解過程之間增加氣-液微旋流分離，以脫除原料天然氣中夾帶的富胺液；以及(b)在天然氣脫除有機及無機硫過程中的有機硫水解過程，即，將有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫的過程之后的硫化氫吸收塔頂內(nèi)部采用氣-液微旋流分離，以脫除凈化后天然氣中夾帶的胺液。還提供了一種天然氣脫除有機及無機硫過程中脫硫溶劑降耗裝置。
文檔編號C10L3/10GK102977964SQ201210576730
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者范軼, 李 浩, 朱學軍, 汪華林, 許德建, 沈玲, 封金蘭 申請人:上海華暢環(huán)保設備發(fā)展有限公司