一种天然气的脱硫净化工艺制造技术

本发明专利技术提供一种天然气的脱硫净化工艺，主要设备包括两台具有换热控温能力的可串并联H

Desulfurization and purification process of natural gas

The invention provides a desulfurization and purification process for natural gas, and the main equipment comprises two serial parallel H with heat exchange and temperature control capability

【技术实现步骤摘要】
一种天然气的脱硫净化工艺
本专利技术涉及一种天然气净化工艺，具体涉及一种天然气的脱硫净化工艺。
技术介绍
天然气，因具有开采简单、易输送计量、价格便宜、安全卫生污染小等优点，使用日趋广泛。但天然气从地下采出时，经常含H2S和少量COS，存在腐蚀性、剧毒性和令人极难接受的气味，不进行净化处理往往难以输送和使用。强制性国家标准GB17820-2012二类天然气的指标要求包括H2S≤20mg/m3，总硫(以硫计)≤200mg/m3。天然气，除了H2S、有机硫含量特别低、可不经处理直接使用的一少部分，其余大多需要进行脱硫净化处理。净化处理，对高产量的气井或者大规模的气田而言，通过胺液吸收、解析，有机硫水解，脱水，以及硫磺回收、尾气净化等连续处理装置，可以实现包括脱硫、脱CO2、脱水等多种目的，使产品符合GB17820-2012一类、二类天然气的所有要求。但对那些产气量不大而又偏远的天然气资源，包括天然气、油田伴生气、煤层气，如果含H2S、有机硫，则其是否能够运营存在问题：如果输送到远处有能力进行净化处理的净化厂或使用单位，则需要敷设防腐等级较高的输送管线，管线投资及维护管理成本都比较高，发生泄漏事故时的风险成本较高，或者导致井口气价较低；如果供当地使用，不进行脱硫净化处理通常也无法获得市场准入，甚至连气井自用有时也做不到。对那些产气量大但也偏远的天然气资源，包括天然气、油田伴生气、煤层气，虽然可以输送至净化厂处理，但能否通过管线将净化天然气送回到气井使用，或者送回到气井附近的居民区、企事业单位使用，也经常存在问题，原因包括费用、管理、购买力及制度障碍，导致资源地不易享受资源的情况，容易引发社会纠纷。实际上，气井附近的天然气市场，除了关心有毒物质H2S、有机硫是否达标，而对于CO2、水的含量，乃至天然气的纯度即发热量，要求并不很高，天然气的实际价格更重要。因而，有必要开发一种可解决上述问题的、小规模的天然气脱硫净化工艺，应具有工艺简单、易于控制、加工量弹性大、对原料气H2S含量高低波动适应性强、安全环保、运转成本低等特点。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种天然气的脱硫净化工艺，主要设备包括两台具有换热控温能力的可串并联H2S催化氧化吸附脱硫反应器，正常运转时可将脱硫温度控制在80℃以下；脱硫反应器内装填的H2S催化氧化吸附脱硫剂，具有≥20%(质量)的硫容，和≤10mg/m3的H2S脱除精度，利用由空气引入的O2和H2S反应，基本转化为硫磺并沉积、吸附在吸附脱硫剂的颗粒表面和内孔中，出口气中H2S≤20mg/m3；天然气进入脱硫反应器之前配入空气并充分混匀，空气的配入量略多于与H2S反应生成单质硫所需O2的量，天然气中的H2S浓度在线测定。本专利技术的天然气脱硫净化工艺中，所述催化氧化吸附脱硫剂，可以是由活性炭负载Fe、Mn、Cu、Zn、Co氧化物和/或碱金属的碳酸盐等成分改性制备的催化氧化吸附脱硫剂，具有≥25%(质量)的硫容，和≤1mg/m3的H2S脱除精度；优选具有COS水解脱除能力的催化氧化吸附脱硫剂，以提高COS的穿透时间，其中COS水解为H2S并进一步氧化为单质硫吸附沉积脱除，天然气中通常基本不含COS以外的有机硫。还可以将具有较高H2S脱除容量和精度的脱硫剂和具有COS水解脱除能力的脱硫剂搭配使用，沿气流方向可以在仅具有H2S脱除能力的催化氧化吸附脱硫剂床层之后设置具有COS水解能力的催化氧化吸附脱硫剂床层；或者在H2S脱硫剂床层的出口段设置与具有COS水解脱除能力的催化氧化吸附脱硫剂的混合床层。所述催化氧化吸附脱硫剂，优选可通过200-300℃热再生吹除硫磺或吸附物基本恢复其性能的催化氧化吸附脱硫剂，更优选通过200-300℃热再生吹除硫磺或吸附物基本恢复其性能的具有COS低温水解脱除能力的催化氧化吸附脱硫剂。所述催化氧化吸附脱硫剂或具有COS水解脱除能力的催化氧化吸附脱硫剂，优选基本不吸附硫醇、CS2等有机硫的脱硫剂，以避免吸附积累后在热再生过程中被天然气吹出，重新进入处理后天然气时造成天然气总S超标，一般通过减少活性炭载体的憎水吸附位的方法实现。但如果热再生过程中天然气吹扫尾气用作热风炉或其它锅炉的燃气，且热风炉或其它锅炉具备脱硫脱硝设施或能力，则脱硫剂是否吸附有机硫也没有关系。脱硫反应器的换热方式可以为盘管、列管，换热介质为冷却水或循环水。优选水平或垂直方向的、具有内外套管结构的套管水冷反应器，用循环水作为移热介质；在反应器的一侧设进水室、排水室；水冷套管由内管和外管嵌套而成，外管的一个端口连接排水室、内管的一个端口连接进水室，外管的另一端封口，内管另一端延伸至外管的封口端并开口；套管延伸进入脱硫剂床层，直至脱硫剂床层的另一侧；可设置较多数量和较大换热面积的的换热套管以保证换热能力；正常进行天然气的脱硫净化操作时进水室、排水室通冷却水、循环水以保持10-80℃的脱硫剂床层操作温度，脱硫能力降低至规定程度后切换为200-300℃的加热介质进行热再生，将脱硫剂吸附、沉积的硫磺液化、汽化吹走。脱硫反应器所述换热套管中水的流向，是由进水室分布入内管，流至外管封口端，再由外管流回排水室，内管、外管水的流向，通过冷却水循环泵动力形成；通过控制冷却水的进入、排出的温度差和流量或套管的移热能力，可较好地控制脱硫净化剂正常操作时的床层温度，达到小温差、易控温的程度。热再生过程中200-300℃的加热介质，也是由进水室分布入内管，流至外管封口端，再由外管流回排水室，内管、外管加热介质的流向，通过循环泵动力形成；用脱硫后天然气燃料在热风炉产生的烟道气做再生热源气时，可利用天然气的压头作为动力，将烟道气打循环。脱硫反应器采用所述套管换热结构时，内管和外管之间也存在热交换，这是其区别于螺旋盘管的一个特点。在冷却水流量相同、进出口温度分别都是35℃、45℃的前提下，内管水流至外管底部开始起冷却作用时，其温度已经升高到了39℃，显然所获得的床层温差较小；这种情况在脱硫剂热再生时更为显著，尤其在脱硫剂床层升温过程中可以采用高一些的加热介质入口温度，仍能保证和外管接触的脱硫剂不超温，更加稳妥。所述脱硫反应器更优选具有垂直套管水冷结构的脱硫反应器，进水室、排水室设在反应器的上部，优点是脱硫剂报废时较易从反应器底部卸出，脱硫剂从反应器顶部或侧上部装填；脱硫剂床层的结构根据天然气流向可以是轴向或径向，其中天然气上进下出的轴向结构较好，原因是H2S和O2反应速度很快，反应和放热区域集中，每一根垂直套管水冷都随时起移热作用，因而控温和反应效果更好。当天然气中H2S可在较长时间中低于2%（体积）浓度时，通常可一次处理至H2S达标，≤20mg/m3；当原料天然气中H2S浓度高于3%（体积）时，因配空气及混合精度的问题，以及反应放热对移热的要求较高，加上燃爆安全问题，最好将净化后的天然气回用，优选采用文丘立式抽气混合器，利用原料天然气压头作动力，将部分脱硫脱水后天然气抽回并混合，将H2S稀释至2.0%（体积）以下，如1.0-2.0%（体积），再配空气，以便降低泄漏时的毒害和配O2时的安全风险，在通过富氧空气或氧气供O2时尤有必要。天然气脱除H2S所需空气、富氧空气或氧气，进入脱硫塔之前应采用合适结构的混合器充分混匀，如静本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气的脱硫净化工艺，沿天然气流向主要设备包括两台具有换热控温能力的H

【技术特征摘要】
1.一种天然气的脱硫净化工艺，沿天然气流向主要设备包括两台具有换热控温能力的H2S催化氧化吸附脱硫反应器，正常运转时可将脱硫温度控制在80℃以下；脱硫反应器内装填的H2S催化氧化吸附脱硫剂，具有≥20%(质量)的硫容，和≤10mg/m3的H2S脱除精度，可在10-80℃温度条件下，利用由空气、富氧空气或氧气引入的O2和H2S反应，基本转化为硫磺并沉积、吸附在吸附脱硫剂的颗粒表面和内孔中；天然气进入脱硫反应器之前配入空气并充分混匀，空气的配入量略多于与H2S反应生成单质硫所需O2的量，天然气中的H2S浓度在线测定。2.如权利要求1所述天然气的脱硫净化工艺，其特征在于，所述催化氧化吸附脱硫剂，可以是由活性炭负载Fe、Mn、Cu、Zn、Co氧化物和/或碱金属的碳酸盐等成分改性制备的催化氧化吸附脱硫剂，具有≥25%(质量)的硫容，和≤1mg/m3的H2S脱除精度。3.如权利要求1所述天然气的脱硫净化工艺，其特征在于，所述催化氧化吸附脱硫剂具有COS水解能力，COS水解为H2S并进一步氧化为单质硫吸附沉积脱除。4.如权利要求1所述天然气的脱硫净化工艺，其特征在于，沿气流方向在仅具有H2S脱除能力的催化氧化吸附脱硫剂床层之后设置具有COS水解能力的催化氧化吸附脱硫剂床层；或者在H2S脱硫剂床层的出口段设置与具有COS水解脱除能力的催化氧化吸附脱硫剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金帅，崔国栋，胡文宾，
申请(专利权)人：山东迅达化工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37