高含硫气体的预处理方法、膜分离方法和系统技术方案

本发明专利技术提供高含硫气体的预处理方法、膜分离方法和系统。该预处理方法包括对待分离的高含硫气体进行湿法脱硫处理、干法脱硫处理、换热处理和脱尘处理，所述各处理的顺序不限；其中，所述换热处理包括使所述高含硫气体的露点温度低于所述膜分离的操作温度至少20℃；所述湿法脱硫处理和所述干法脱硫处理共同使所述高含硫气体中总硫含量低于10ppm；所述脱尘处理是使所述高含硫气体中颗粒粒径小于0.01μm。在对经本发明专利技术的预处理方法处理的高含硫气体实施膜分离时，能够较好地维持膜分离过程中膜的分离性能和分离效果，并延长膜的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供高含硫气体的预处理方法、膜分离方法和系统。该预处理方法包括对待分离的高含硫气体进行湿法脱硫处理、干法脱硫处理、换热处理和脱尘处理，所述各处理的顺序不限；其中，所述换热处理包括使所述高含硫气体的露点温度低于所述膜分离的操作温度至少20℃；所述湿法脱硫处理和所述干法脱硫处理共同使所述高含硫气体中总硫含量低于10ppm；所述脱尘处理是使所述高含硫气体中颗粒粒径小于0.01μm。在对经本专利技术的预处理方法处理的高含硫气体实施膜分离时，能够较好地维持膜分离过程中膜的分离性能和分离效果，并延长膜的使用寿命。【专利说明】高含硫气体的预处理方法、膜分离方法和系统
本专利技术涉及一种气体分离技术，特别涉及一种气体膜分离技术，尤其涉及高含硫气体的预处理方法、膜分离方法和系统。
技术介绍
天然气的主要成分为烷烃，其中以甲烷为主，此外还含有硫化氢、二氧化碳、氮气、水蒸气和少量的一氧化碳，通常需要对天然气进行预处理以去除原料气中的硫化氢、二氧化碳和水蒸气，从而使其满足天然气产品标准。例如作为民用燃料的天然气，要求其总硫含量彡200mg/m3，硫化氢含量彡20mg/m3，二氧化碳含量彡3%，水露点在交接点压力下比输送条件下最低环境温度低5°C。天然气资源相对集中，并且处理规模大的情况下，普遍是采用胺法脱硫脱碳及甘醇脱水工艺来净化原料气。 除天然气外，还有许多其它的气体燃料资源，例如页岩气、沼气、水煤气、焦炉气等。这些气体燃料中虽含有氢气、一氧化碳等可燃气体，但也常常含有氮气、二氧化碳等不可燃气体。除此之外，这些气体燃料还含有大量的含硫物，例如硫化氢、羟基硫、硫醚、二硫化物、噻吩等，特别是一些以畜禽粪便为原料生产的沼气中硫化氢的含量可高达5000ppm以上。由于这些气体燃料具有资源相对分散、产气量少、质量不稳定和/或稳产时间短等特点，因此，直接利用针对天然气的常规预处理处理工艺对这些气体燃料进行预处理存在很多问题，尤其体现在投资大、设备操作稳定性差、经济效益低等缺陷。目前，尚无可借鉴的成熟技术和经验对这些气体燃料进行规模性地开发利用，从而造成极大的资源浪费。 气体膜分离技术是近年来得到快速发展的一种气体分离技术，是在压力的驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力及膜内溶解-扩散上的差异(即渗透速率差异)来对气体中的组分进行分离的过程。气体在膜两侧的压力差作用下，渗透速率相对较快的气体如水蒸气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜而在膜的渗透侧得到富集(渗透气)，而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳、氩气等则在膜的滞留侧被富集(渗余气)，从而达到对气体进行纯化和实现组分富集的目的。目前，用于气体膜分离的高分子膜主要有聚烯烃、纤维素类、聚砜、聚酰亚胺、有机硅材料及聚硅酸酯等，其中聚酰亚胺中空纤维膜因具有操作压力高、通量大、分离系数高等优势而备受青睐。 气体实施膜分离中，维持膜通量的稳定是提高分离效率的关键因素之一。相比于液体的膜分离技术，待分离气体的组成和性质会更复杂，对滤膜的影响也就更大，利用气体膜分离技术对原料气进行膜分离前，尤其需要对原料气进行预处理(即净化处理)，去除原料气中影响膜稳定性的颗粒、液态水、油类等杂质，此外在原料气含硫量较高时通常还需对原料气进行粗脱硫。然而，试验表明，在对传统预处理后的原料气进行膜分离时，膜组件在运行一段时间后存在压降明显增大、通量显著减小、分离效率明显降低等问题，并且长期使用状态下的膜基本无法达到预期的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术提供高含硫气体的预处理方法、膜分离方法和系统，用于解决现有技术中经传统预处理方法净化的原料气、特别是高含硫气体在膜分离时产生压降明显增大、通量显著减小、分离效率明显降低等问题，并且提高膜的使用寿命。 本专利技术提供的高含硫气体的预处理方法，包括对待分离的高含硫气体进行湿法脱硫处理、干法脱硫处理、换热处理和脱尘处理，所述各处理的顺序不限；其中，所述换热处理包括使所述高含硫气体的露点温度低于所述膜分离的操作温度至少20°C ;所述湿法脱硫处理和所述干法脱硫处理共同使所述高含硫气体中总硫含量低于1ppm ;所述脱尘处理是使所述高含硫气体中颗粒粒径小于0.01 μπι。 本专利技术人发现，在气体进行膜分离的过程中，高含硫气体(原料气)中的含硫物质(包括无机硫和有机硫)可能会与膜分离所使用的膜发生反应而改变膜的分离性能并缩短膜的使用寿命，从而导致传统预处理方法在后续进行的气体膜分离过程中存在膜的分离效率明显降低以及无法达到膜的预期使用寿命等问题。经研宄表明，必须将待分离的高含硫气体中的总硫含量降低至一定范围(低于1ppm)内才能够较好地保证膜的分离性能和分离效率。在该范围内进一步降低总硫含量对于膜的分离效率及使用寿命的影响微乎其微，因此无需因追求更低的总硫含量而造成成本增加。 此外，本专利技术人还发现，传统预处理方法虽然实施了液态水和颗粒的去除，但在后续的气体膜分离过程中依然会产生压降明显增大、通量显著减小等问题，其原因可能是由于原料气中的气态水及更细小的颗粒没有得到有效地去除。经研宄表明，在膜分离的实施过程中，由于膜分离操作条件的改变(例如加压等)可能导致预处理后原料气中的气态水转变成液态水，其在膜表面沉积从而产生上述问题，通过实施使原料气的露点温度低于膜分离的操作温度一定温度(至少20°C)的换热处理，可以保证换热处理后的原料气在后续的膜分离操作过程中不会产生明显的压降；同时，使原料气中的颗粒粒径小于一定范围(0.0lym)能够进一步保证在膜分离过程中不会有颗粒沉积在膜表面而造成明显压降等问题。本专利技术正是鉴于这些研宄而形成。 本专利技术所提供的预处理方法对待分离的高含硫气体的来源和组成不作严格限制，其对能够采用气体膜分离技术进行分离的原料气均适用。本专利技术所提供的预处理方法特别适用于含硫量高的原料气，原料气总硫含量可高达30000ppm ;本专利技术所提供的预处理方法尤其适用于有机硫含量高的原料气，原料气中的有机硫含量可高达500ppm。具体地，所述高含硫气体为页岩气、沼气、水煤气、焦炉气等。此外，本专利技术对所述各处理的【具体实施方式】不作严格限制，只要在满足上述所限定的效果的前提下，可以采用本领域的任意常规方法或其组合进行。 在本专利技术一具体方案中，采用栲胶溶液进行所述湿法脱硫处理，所述栲胶溶液的组成为:栲胶7?10g/L，NaVO3 6?7g/L，NaCO3 4?6g/L，双核酞菁钴磺酸盐15?20ppm。 进一步地，进行所述湿法脱硫处理时，控制所述栲胶溶液的温度为40?55°C，所述高含硫气体的线速度为0.7?0.8m/so 本专利技术所述的湿法脱硫处理主要用于脱除高含硫气体中的硫化氢，其中所述栲胶溶液的用量可以根据高含硫气体中的总硫含量、对脱硫处理后的高含硫气体中的总硫含量要求等进行确定；并且，所述栲胶溶液还可脱除高含硫气体中所夹带的压缩机油，因此在本专利技术中可省略脱油步骤。经所述湿法脱硫处理后高含硫气体中的硫化氢的含量低于20ppm ;此外，对经所述湿法脱硫处理的高含硫气体进行气液分离，从而脱除高含硫气体中的水，还可以在所述湿法脱硫处理之后进行所述换热处理，更进一步地脱除高含硫气体中的水。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
高含硫气体的预处理方法，其特征在于，包括对待分离的高含硫气体进行湿法脱硫处理、干法脱硫处理、换热处理和脱尘处理，所述各处理的顺序不限；其中，所述换热处理包括使所述高含硫气体的露点温度低于所述膜分离的操作温度至少20℃；所述湿法脱硫处理和所述干法脱硫处理共同使所述高含硫气体中总硫含量低于10ppm；所述脱尘处理是使所述高含硫气体中颗粒粒径小于0.01μm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：浦鹏，江皓，周红军，张松林，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，北京中石大新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11