專利名稱：天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治方法與裝置的制作方法
天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治方法與裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于化工過程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制領(lǐng)域，涉及天然氣胺法脫硫過程防治溶劑發(fā)泡的方法與裝置，適用于天然氣、頁巖氣、煤層氣及可燃冰氣體凈化。具體地說，本發(fā)明提供了對高含硫天然氣(H2S含量為13-18% (V))凈化的方法與裝置。
背景技術(shù)：
從天然氣井口來的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、有機(jī)硫、二氧化碳、氮和水氣，微量的惰性氣體，如氦和氬等，以及固體微粒雜質(zhì)及C4及以上的重?zé)N。
在天然氣脫硫化氫的過程中，固體微粒雜質(zhì)及C4及以上的重?zé)N容易使脫硫化氫的溶劑，如甲基二乙醇胺發(fā)泡，造成大型天然氣凈化裝置不能夠長周期穩(wěn)定運(yùn)行。而且，采用甲基二乙醇胺作為溶劑，只能脫除天然氣中的無機(jī)硫，如硫化氫，不能夠有效地脫除有機(jī)硫；而為了脫除有機(jī)硫，需要設(shè)置水解反應(yīng)器將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫再用甲基二乙醇胺來吸收脫除，如四川普光引進(jìn)的美國UOP天然氣凈化工藝，這無疑大大延長了流程。
華東理工大學(xué)基于甲基二乙醇胺的開發(fā)了 XDS復(fù)合高效脫硫溶劑(高酸性石油天然氣的高效凈化脫硫劑，中國專利申請?zhí)?00910233505.1)，在脫無機(jī)硫的同時(shí)能夠有效脫除有機(jī)硫，有機(jī)硫脫除率達(dá)到75%以上。中國石化南化研究院使用一種添加劑，可大大降低甲基二乙醇胺水溶液的降解率，該添加劑由叔丁胺與環(huán)氧丙烷反應(yīng)后再與環(huán)氧乙烷聚合合成(抑制甲基二乙醇胺脫硫溶液降解的方法，中國專利號ZL200510095345. O)，也能夠在脫無機(jī)硫的同時(shí)能夠有效脫除有機(jī)硫。但相比傳統(tǒng)的MDEA (甲基二乙醇胺)溶液，XDS復(fù)合高效脫硫溶劑、位阻胺型脫硫溶劑更易發(fā)泡。
上海華暢環(huán)保設(shè)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(中國專利號ZL200810201686. 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(yīng)用。
但是，對于高含硫天然氣，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?yàn)槠浞肿恿勘容^大(約為循環(huán)氫的4倍)，另外，區(qū)別于循環(huán)氫的是高含硫天然氣中除含有液態(tài)的烴等還含有部分固體雜質(zhì)，所以還需要對這些固體雜質(zhì)進(jìn)行處理，所以簡單地套用現(xiàn)有的脫硫方法和脫硫劑并無法實(shí)現(xiàn)有效的脫硫以及防止脫硫溶劑發(fā)泡。
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(jìn)行脫硫并防止脫硫溶劑發(fā)泡的方法與裝置。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新穎的天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治方法與裝置，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胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治方法，該方法包括
(a)在原料天然氣進(jìn)入硫化氫吸收塔中與脫硫溶劑接觸之前，采用氣-液微旋流分離技術(shù)除去原料天然氣中夾帶的固體微粒雜質(zhì)和C4及以上的重質(zhì)烴，得到凈化天然氣；
(b)在凈化天然氣離開硫化氫吸收塔前，采用氣-液微旋流分離技術(shù)將凈化天然氣中夾帶的溶劑回收。
在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氣-液微旋流分離技術(shù)的額定壓降小于30mm H2O柱。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟(a)中經(jīng)過氣-液旋流分離技術(shù)處理后，原料天然氣中所攜帶的粒度在2 μ m或更大的固體微粒的去除率達(dá)到95%或更高。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，原料天然氣包括天然氣、凝析油和水，溫度為40°C， 壓力為8. 4MPa。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，原料天然氣的體積流量為300 X 1O4NmVd,壓縮率為O.832，粘度為 O. 0128cP，密度為 85. 95kg/m3。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述脫硫溶劑選自XDS復(fù)合高效脫硫溶劑、位阻胺和甲基二乙醇胺。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，該方法使得所述脫硫溶劑的濃度由最高10%提高到 25%，以質(zhì)量計(jì)。
另一方面，本發(fā)明提供了一種天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治裝置，該裝置包括
位于硫化氫吸收塔底部，用于在原料天然氣進(jìn)入硫化氫吸收塔中與脫硫溶劑接觸之前除去原料天然氣中夾帶的固體微粒雜質(zhì)和C4及以上的重質(zhì)烴，得到凈化天然氣的氣-液微旋流分離器；
內(nèi)置于硫化氫吸收塔頂部，用于在凈化天然氣離開硫化氫吸收塔前將凈化天然氣中夾帶的溶劑回收的氣-液微旋流分離管組。
在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氣-液微旋流分離器和氣-液微旋流分離管組的額定壓降小于30mm H2O柱。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氣-液微旋流分離器和氣-液微旋流分離管組是由一個或多個微旋流分離管并聯(lián)組成的；其材質(zhì)均采用耐堿腐蝕材料。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
在現(xiàn)有的天然氣胺法脫硫過程中，在天然氣進(jìn)料系統(tǒng)中采用的是傳統(tǒng)的進(jìn)料過濾器，并且在脫硫塔上部僅僅采用絲網(wǎng)除沫器，但是長期以來，該工藝過程的脫硫效率以及防止溶劑發(fā)泡受到很大限制，并不能滿足日益增長的對于提高脫硫效率以及防止溶劑發(fā)泡的要求，尤其是對于高含硫天然氣而言。
已知的是，現(xiàn)有技術(shù)中常用的脫硫溶劑如MEDA、XDS復(fù)合高效脫硫溶劑和位阻胺在脫硫過程中容易發(fā)泡。溶劑發(fā)泡問題是影響氣體脫硫裝置平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵問題，同時(shí)還影響到硫磺回收裝置的平穩(wěn)操作，發(fā)泡問題造成脫硫效果下降、溶劑跑損，裝置被迫降量操作，運(yùn)行成本上升。氣泡是由溶液中的氣體分子與液體分子相互碰撞，進(jìn)行能量交換，使相鄰氣體分子發(fā)生聚合，并克服液體的表面張力而形成的。由于氣體密度比液體低，氣體快速上浮至液面，并受液膜作用而聚結(jié)，形成泡沫，當(dāng)脫硫溶劑發(fā)泡時(shí)，脫硫系統(tǒng)會出現(xiàn)如下現(xiàn)象:
(I)液面波動劇烈，嚴(yán)重時(shí)直到回零；
(2)塔內(nèi)上下壓差明顯增加；
(3)氣體脫液罐脫液時(shí)有泡沫；
(4)再生塔積液時(shí)，塔頂溫下降，酸性氣流量增加；
(5)脫硫效果差。
氣-液微旋流分離技術(shù)的原理是依靠氣體和液體兩相的密度差，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、液滴從氣體中分離出來，從而達(dá)到氣液分離或氣體凈化的目的，進(jìn)而使得溶劑發(fā)泡過程缺乏主要的載體，抑制發(fā)泡。經(jīng)過微旋流分離處理后的天然氣再進(jìn)入后續(xù)設(shè)備，可以有效地降低后續(xù)分離設(shè)備的處理負(fù)擔(dān)，防止非均相雜質(zhì)的不良影響。根據(jù)上述微旋流分離技術(shù)原理，應(yīng)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(jìn)行，且結(jié)合上微旋流器自身的成本低，占地少等特點(diǎn)，優(yōu)勢十分明顯。
氣-液微旋流分離器由若干微旋流芯管組成，其分離效率遠(yuǎn)高于常規(guī)分離器，這已經(jīng)得到了業(yè)界的認(rèn)可，其具備其他分離方法所不具備的優(yōu)點(diǎn)，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，本申請的發(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進(jìn)料系統(tǒng)中將傳統(tǒng)的進(jìn)料過濾器替換為氣-液微旋流分離器進(jìn)行分離，并在脫硫塔上部的絲網(wǎng)除沫器到塔頂出口空間設(shè)置氣-液微旋流分離器(其中， 與循環(huán)氫脫硫相比，相應(yīng)的微旋流器的液腿高度也要增至循環(huán)氫脫硫中液腿高度的4倍)， 從而防止了脫硫溶劑的發(fā)泡(其濃度可從原來最多10%提升到25%而不影響整個流程，從而提升脫硫效率)，使后續(xù)工藝得以能夠更好的保障?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明得以完成。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思如下·
在天然氣進(jìn)料系統(tǒng)中，在原本的進(jìn)料過濾器替代為氣液微旋流器進(jìn)行分離，分離后得到凈化的進(jìn)料氣進(jìn)入后續(xù)設(shè)備主吸收塔，塔頂內(nèi)置氣液微旋流器，控制脫硫溶劑的跑損。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治方法， 該方法包括
在天然氣與溶劑接觸之前，采用氣-液微旋流分離技術(shù)除去固體微粒雜質(zhì)、C4及其以上的重?zé)N；
在天然氣離開硫化氫吸收塔前，采用氣-液微旋流分離技術(shù)將天然氣中夾帶的溶劑回收。
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(fù)合高效脫硫溶劑、位阻胺及甲基二乙醇胺。
在本發(fā)明中，所述氣-液微旋流分離技術(shù)的額定壓降小于30mm H20柱。
在本發(fā)明中，采取氣-液微旋流分離技術(shù)對進(jìn)料天然氣的除雜進(jìn)行優(yōu)化，脫除所含的固體微粒、水和油。
在本發(fā)明中，氣-液微旋流分離技術(shù)能夠使2 μ m以上微粒的去除率達(dá)到95%以上，從而使得脫硫溶劑貧液，如甲基二乙醇胺、XDS復(fù)合高效脫硫溶劑和位阻胺貧液不易發(fā)泡。
在本發(fā)明中，在天然氣離開硫化氫吸收塔前，利用氣-液微旋流分離技術(shù)將天然氣中夾帶的脫硫溶劑富液，如甲基二乙醇胺、XDS復(fù)合高效脫硫溶劑和位阻胺富液回收回來，減少吸收劑的跑損及對后續(xù)工藝的影響，減輕對設(shè)備及管線的腐蝕。
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治裝置， 該裝置包括
用于脫除進(jìn)料氣中固體微粒及液滴的氣-液微旋流分離器，其位于硫化氫吸收塔底部；
用于脫除硫化氫吸收塔頂外排天然氣中所夾帶的溶劑的內(nèi)置氣-液微旋流分離管組，其位于吸收塔頂部。
在本發(fā)明中，進(jìn)料氣的主要成分為天然氣、凝析油和水，溫度為40°C，壓力為 8.4MPa。
在本發(fā)明中，進(jìn)料氣標(biāo)況下的體積流量為300 X IO4NmVd,壓縮率為O. 832，粘度約為 O. 0128cP，密度為 85. 95kg/m3。
以下參看附圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治的流程示意圖。如圖1所示，天然氣進(jìn)料由硫化氫吸收塔2底部進(jìn)入硫化氫吸收塔2，在與脫硫溶劑貧液接觸之前，采用氣-液微旋流分離器I除去其中夾帶的固體微粒雜質(zhì)、C4及以上的重質(zhì)烴，得到凈化天然氣，其中，分離出的重質(zhì)烴和固體微粒由硫化氫吸收塔2底部排出，分離出的富胺液至再生系統(tǒng)；凈化天然氣經(jīng)分隔板5、升氣管及氣體分布器4和絲網(wǎng)除沫器處理后，在由硫化氫吸收塔2塔頂離開前，采用氣-液微旋流分離管組3將其中夾帶的溶劑分離至脫水系統(tǒng)回收。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于
本發(fā)明通過氣-液微旋流分離器、硫化氫吸收塔和塔頂內(nèi)置的氣-液微旋流分離組的有機(jī)組合，防止了溶劑發(fā)泡，避免了因溶劑發(fā)泡引起的裝置停工，回收了氣體中夾帶的溶劑，提高了胺液的操作濃度。
本發(fā)明方法和裝置工藝先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，延長了生產(chǎn)周期；顯著提高了脫硫效率并防止了脫硫溶劑發(fā)泡，使得后續(xù)工藝得以能夠更好的保障。
實(shí)施例
下面結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。但是，應(yīng)該明白，這些實(shí)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(shí)施例中未注明具體條件的試驗(yàn)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(jì)。
實(shí)施例1 :四川元壩天然氣凈化廠第一聯(lián)合裝置2X300X103Nm3/d天然氣脫硫單元中天然氣胺法脫硫過程防溶劑發(fā)泡的工藝
工藝流程如圖1所示。
該裝置的進(jìn)料氣主要為高含硫天然氣、凝析油和水，H2S含量為13-18% (V)，有機(jī)硫含量為340. 6mg/m3, CO2含量為8-10% (V)，在標(biāo)況下的體積流量為300 X IO4NmVd,操作溫度為40°C，操作壓力為8. 3MPa (G)0
效果
采取本發(fā)明方法進(jìn)行處理后，能夠有效地去除進(jìn)料氣中的液體及固體雜質(zhì)，使得整個流程能夠按所需進(jìn)行，有效地控制脫硫溶劑的發(fā)泡，脫硫溶劑濃度可由原來的最高10% 提高到25%而不會引起發(fā)泡，提升了脫硫效率，防止了裝置的停工，保障了整套裝置在長周期、低溶劑消耗狀態(tài)中運(yùn)行。
在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)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(jià)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.ー種天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治方法，該方法包括 (a)在原料天然氣進(jìn)入硫化氫吸收塔中與脫硫溶劑接觸之前，采用氣-液微旋流分離技術(shù)除去原料天然氣中夾帶的固體微粒雜質(zhì)和C4及以上的重質(zhì)烴，得到?jīng)坊烊粴猓? (b)在浄化天然氣離開硫化氫吸收塔前，采用氣-液微旋流分離技術(shù)將凈化天然氣中夾帶的溶劑回收。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣-液微旋流分離技術(shù)的額定壓降小于30mm H2O 柱。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(a)中經(jīng)過氣-液旋流分離技術(shù)處理后，原料天然氣中所攜帯的粒度在2 u m或更大的固體微粒的去除率達(dá)到95%或更高。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，原料天然氣包括天然氣、凝析油和水，溫度為40°C，壓カ為8. 4MPa。
5.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，原料天然氣的體積流量為300 X 104Nm3/d，壓縮率為 0. 832，粘度為 0. 0128cP，密度為 85. 95kg/m3。
6.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述脫硫溶劑選自XDS復(fù)合高效脫硫溶劑、位阻胺和甲基ニこ醇胺。
7.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法使得所述脫硫溶劑的濃度由最高10%提高到25%，以質(zhì)量計(jì)。
8.ー種天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治裝置，該裝置包括 位于硫化氫吸收塔2底部，用于在原料天然氣進(jìn)入硫化氫吸收塔2中與脫硫溶劑接觸之前除去原料天然氣中夾帶的固體微粒雜質(zhì)和C4及以上的重質(zhì)烴，得到?jīng)坊烊粴獾臍?液微旋流分離器I ; 內(nèi)置于硫化氫吸收塔2頂部，用于在凈化天然氣離開硫化氫吸收塔2前將凈化天然氣中夾帶的溶劑回收的氣-液微旋流分離管組3。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述氣-液微旋流分離器I和氣-液微旋流分離管組3的額定壓降小于30mm H2O柱。
10.如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述氣-液微旋流分離器I和氣-液微旋流分離管組3是由ー個或多個微旋流分離管并聯(lián)組成的；其材質(zhì)均采用耐堿腐蝕材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治方法與裝置，提供了一種天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治方法，該方法包括(a)在原料天然氣進(jìn)入硫化氫吸收塔中與脫硫溶劑接觸之前，采用氣-液微旋流分離技術(shù)除去原料天然氣中夾帶的固體微粒雜質(zhì)和C4及以上的重質(zhì)烴，得到凈化天然氣；(b)在凈化天然氣離開硫化氫吸收塔前，采用氣-液微旋流分離技術(shù)將凈化天然氣中夾帶的溶劑回收。本發(fā)明還提供了一種天然氣胺法脫硫過程中的溶劑發(fā)泡防治裝置。
文檔編號B01D19/02GK103031171SQ20121057671
公開日2013年4月10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)明者汪華林, 李 浩, 朱學(xué)軍, 范軼, 吳文鋒, 汪華奎, 錢卓群 申請人:上海華暢環(huán)保設(shè)備發(fā)展有限公司