CN102796579A

CN102796579A - 井场自用天然气简易脱硫方法

Info

Publication number: CN102796579A
Application number: CN2012102953173A
Authority: CN
Inventors: 钟亮; 范举忠; 刘宁; 罗林波; 翁力强
Original assignee: JIANGHAN OILFIELD BRANCH GAS PRODUCTION PLANT OF SINOPEC
Current assignee: JIANGHAN OILFIELD BRANCH GAS PRODUCTION PLANT OF SINOPEC
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明涉及井场自用天然气简易脱硫方法，在天然气流速确定的情况下，根据需处理的天然气用气量调整NaOH水溶液浓度，减少NaOH水溶液用量，并同时将天然气中H₂S和CO₂的含量脱除至最低；所述的脱硫罐为内部中空且内部不设置盘管的竖罐，脱硫罐一侧设置进气口，顶部为出气口；脱硫罐与进气口相对的另一侧上部设置碱液进液口，下部设置一个侧部排液口，罐体底部还另设置一个排液口，脱硫罐各排液口通过管线接至井场污水池，经过沉淀后，污水池的污水通过柱塞泵回注到污水井。减少了碱液加注的高危险性，增强了安全性；同时减少碱液的用量，节约脱硫的成本；使脱硫更彻底，保障供气质量，并同时避免对环境污染。

Description

井场自用天然气简易脱硫方法

技术领域

本发明涉及天然气脱硫技术领域，具体涉及井场自用天然气的碱洗脱硫方法。

背景技术

随着天然气开发技术的不断创新，越来越多的天然气被开采出来，而天然气也因为其储备量大、污染小等优点逐渐成为工业发展的重要能源。然而天然气中含有的H₂S气体却始终是一个重要的安全问题。H₂S是一种剧毒气体，其毒性比CO更大，更危险。H₂S的相对密度为1.1765，比空气重，泄漏到大气后易浓集于地势较低洼的地方，造成那里的人畜中毒。当H₂S在空气中浓度达到4.3%-4.5%时，遇明火立即爆炸，破坏性则更大。在含H₂S气藏的井场和集气站工作，由于设备泄漏及容器不密闭等原因，都会造成工作人员的中毒，低浓度的H₂S气体有类似臭鸡蛋的气味，浓度稍高或嗅时一久，人的嗅觉神经被麻痹而失灵，因此，依靠人的嗅觉辨别有无H₂S的存在是不科学的，也潜伏着极大的危险。鉴于H₂S的毒性，在含H₂S气田上的井场和集气站等场所，都需要对天然气进行脱硫处理。

大型的脱硫装置和复杂的脱硫工艺主要应用于净化厂，但将所有的原料气全部由净化厂脱硫净化处理，不仅成本高，而且净化厂的负担也重；井场一般都是单井气自用，用气量较小，由于井场离大型净化厂较远，采用长线管线运输脱硫将会得不偿失；但是因为含硫气的危害性又不能不脱硫，为了节约成本，有效降低井场上自用天然气的含硫危害性，有必要将井场自用气通过简易脱硫装置的办法以达到节约成本，减轻净化厂负担的目的。

碱洗脱硫是一种比较传统的天然气脱硫工艺，碱液为NaOH水溶液,其中H₂S、CO₂以及硫醇（RSH）分别发生化学反应。其中NaOH和H₂S、CO₂反应生成的Na₂S、Na₂CO₃溶解在碱液中不能再生,增加了碱液的耗量，由于碱液消耗快，要不断加注碱液，这就带来了碱液加注的高危险性，同时由于碱液用量较大，脱硫成本较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：克服现有技术中的上述缺陷，提供一种井场自用天然气简易脱硫方法，能够解决碱液加注的高危险性，增强安全性，减少碱液的用量以节约脱硫的成本；使脱硫更彻底，保障供气质量；同时可以减少对生产设备和工艺管线和腐蚀；并能对废液进行合理处理。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种井场自用天然气简易脱硫方法，其特征在于：在脱硫罐中采用NaOH水溶液对井场自用天然气进行碱性脱硫处理；在天然气流速确定的情况下，根据需处理的天然气用气量调整NaOH水溶液浓度，减少NaOH水溶液用量，并同时将天然气中H₂S和CO₂的含量脱除至最低；所述的脱硫罐为内部中空且内部不设置盘管的竖罐，脱硫罐一侧设置进气口，顶部为出气口；脱硫罐与进气口相对的另一侧上部设置碱液进液口，下部设置一个侧部排液口，罐体底部还另设置一个排液口，脱硫罐各排液口通过管线接至井场污水池，经过沉淀后，污水池的污水通过柱塞泵回注到污水井，避免对环境污染。

按上述技术方案，用气量为2000m³/d-2500m³/d时，采取浓度为15%-20%的NaOH水溶液；用气量在1500m³/d-2000m³/d时，采取浓度为10%-15%的NaOH水溶液；用气量在1000m³/d-1500m³/d时，采取浓度为10%-12%的NaOH水溶液；用气量在800m³/d-1000m³/d时，采取浓度为10%-11.5%的NaOH水溶液。

按上述技术方案，用气量为2000m³/d-2500m³/d时，采取浓度为15.79%的NaOH水溶液；用气量在1500m³/d-2000m³/d时，采取浓度为11.11%的NaOH水溶液；用气量在1000m³/d-1500m³/d时，采取浓度为11.11%的NaOH水溶液；用气量在800m³/d-1000m³/d时，采取浓度为11.11%的NaOH水溶液。

按上述技术方案，用气量为2000m³/d-2500m³/d时，采取一次性加入750Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为15.79%的烧碱溶液；用气量在1500m³/d-2000m³/d时，采取一次性加入500Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为11.11%的烧碱溶液；用气量在1000m³/d-1500m³/d时，采取一次性加入500Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为11.11%的烧碱溶液；用气量在800m³/d-1000m³/d时，采取一次性加入500Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为11.11%的烧碱溶液。

按上述技术方案，所述的脱硫罐上安装一套磁浮式液位计，液位计竖直位于碱液进液口和侧部排液口之间。

复杂脱硫工艺中，影响脱硫效果的因素有很多，有可变因素，也有不可变因素，本发明的简易脱硫工艺可以参照复杂脱硫工艺的各种可变参数与不可变参数，具体如下：

温度与压力：实际运行过程中，进口气温会来回波动，对脱硫率有一定的影响。理论上进入碱洗罐的气体温度越低，越利于H₂S气体溶于浆液，形成HS^-，某实验数据表明，进口原料气H₂S浓度和氧量基本不变的情况下，当进入碱洗罐的气温为96℃时，脱硫率为92．1％；当气温升到103℃时，脱硫率已下降至84．8％，可见，进入碱洗罐的原料气温度对脱硫效果也有着重要的影响作用。而一般井场自用气气流温度相对较低（20℃），并且温度变化不大，所以可以不考虑温度对该井脱硫的影响。

气体流速：实验表明，气体流速越低，脱硫母液中S^-含量越低，实际上，气体流速直接与反应体系中的溶液饱和度相关，较小的气体流速可使溶液的饱和度处于较低水平，有利于控制反应速率，当原料气中H₂S突然升高时，脱硫率会有所下降，但若能有效地控制气体流速，就能保证NaOH溶液有较高而稳定的脱硫率。所以保持天然气通过碱洗罐的速度稳定也是影响脱硫效果的重要因素。另外较慢的速度也利于H₂S的吸收，能够增加NaOH溶液与H₂S的接触反应时间，提高脱硫率。但仅仅考虑一个因素是不行的，必须结合其它因素综合考虑，并通过多次的实验，选择合适的气体流速。

天然气与NaOH溶液的接触时间：原料气进入碱洗罐后，自下而上流动，与喷淋而下的NaOH溶液接触反应，接触时间越长，反应进行得越完全。新鲜的NaOH溶液喷淋下来后与原料气接触后，H₂S气体与NaOH溶液的反应并不完全，需要不断地循环反应，增加了溶液的循环量，也就加大了NaOH与H₂S的接触反应机会，从而提高了H₂S的去除率，但在井场自用气的研究中，碱洗罐内部结构已经确定，为不可变量，所以该因素不可调节。

氧量：O₂也对原料气脱硫的化学反应有一定影响，随着反应溶液中O₂含量的增加，脱硫率也呈上升趋势。当处理大量原料气，并且原料气中氧量一定时，可以选择往溶液中增加氧气，所以多投运氧化风机可提高脱硫率。但本发明的处理对象是井场用单井自用，用气量也是小气量，所以该因素对脱硫率的影响较小，可以不用考虑采取投运氧化风机得措施，以节约成本。

NaOH溶液浓度：当天然气中H₂S的含量一定时,NaOH的浓度越高，脱硫效果越好，但实际操作过程中，NaOH的浓度是有一定限度的，应考虑实际情况选择适宜的操作参数。另外，为保证烟气排放稳定达标，确保脱硫剂有足够使用量是一个关键问题。NaOH溶液与H₂S、SO₂、CO₂反映方程式以及用量理论计算结果如下：

NaOH少量：CO₂+NaOH====NaHCO₃

NaOH足量：CO₂+2NaOH====Na₂CO₃+H₂O

NaOH少量：H₂S+2NaOH====Na₂S+2H₂O

NaOH足量：H₂S+NaOH====NaHS+H₂O

当有充足的氢氧化钠溶液时，二氧化碳、硫化氢与氢氧化钠完全反应，完全反应时，1万方天然气消耗NaOH(10.54545+187.5294+)=198.0749Kg；实际脱硫反应中，NaOH的消耗量是H₂S和CO₂与其反应的消耗量，用量需要按过量5%以上(按5%计算)，也就是1万方天然气消耗NaOH为207.9786Kg。

本发明就是在天然气流速确定的情况下，根据需处理的井场用单井天然气用气量调整NaOH水溶液浓度，减少NaOH水溶液用量，并同时将天然气中H₂S和CO₂的含量脱除至最低。

相对于现有技术，本发明通过调整NaOH水溶液浓度，减少NaOH水溶液用量，减少了碱液加注的高危险性，增强了安全性；同时减少碱液的用量，节约脱硫的成本；使脱硫更彻底，保障供气质量；

同时，相对于现有脱硫罐，脱硫罐的内部结构做了改进，将原脱硫罐内部的盘管全部取消，减少盘管中沉淀物形成晶体；改进后的脱硫罐内部结构基本是空体，约0.5m³容积，天然气通过管线从左边进气口进入罐中，把碱液在脱硫罐中进行搅拌，使得NaOH水溶液充分反应，脱硫后的天然气从罐体的顶部输出（低进高出），更好的处理天然气中的硫化氢；第二点是：在脱硫罐右下处增加了一个排液口，这样可以更好的排尽罐内的废液，两条排污管线在脱硫罐外部连头一起连接到污水池；在脱硫罐上安装了一套磁浮式液位计，可以观察罐内的液位是否过多；由此，延长了脱硫罐的使用寿命，可以推广应用到其它距离净化厂较远而不适宜安装输气管线的井组。

最后，对工艺流程也进行了合理改进，对废液的处理也有所加强，排放的废液，在脱硫罐排污处安装管线接至污水池，及时将废液排放到井场的污水池中，进过沉淀后，污水池的污水通过柱塞泵回注到污水井，解决了对环境的污染问题。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是现有技术中的脱硫罐结构示意图。

图3是本发明的脱硫罐结构图。

图1-3中，各标记为：1、压力表；2、针型阀；3、上、下游控制阀；4、调压阀；5、旋进漩涡流量计；6、手动控制阀；7、先导式安全阀；8、法兰连接；9、脱硫罐；10、排污阀；11、进液阀；12、出气阀；13、抗硫过滤器；14、高架配液罐；15、进气口；16、排液口；17、盘管；18、碱液进液口；19、顶部出气口；20、进气口；21、底部排液口；22、侧部排液口；23、脱硫罐液位计；24、进液口；25、出气口。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

根据本发明实施的井场天然气简易脱硫方法具体流程如图1和图3所示，井场自用天然气从左到右通过各控制阀缓慢进入脱硫罐9中，进气管线上依次设置0-6Mpa压力表1、用于开、关压力表1的针型阀2、以及用于切断气源的上、下游控制阀3，在上、下游控制阀3之间设置用于调节流量的调压阀4，调压阀4之后为旋进漩涡流量计5，在进入脱硫罐9之前还设置先导式安全阀7和与其配套使用的手动控制阀6，先导式安全阀7用于保护脱硫罐9，压力高于3.8Mpa自动启跳泄压；法兰连接8在图3中的进气口20和出气口25处分别与脱硫罐9连接；出气口25连接的出气管线上设置出气阀12。

图1的高架配液罐14用于调配合适浓度的NaOH水溶液，调配好的NaOH水溶液从图3的进液口24进入脱硫罐9中；之后将NaOH水溶液在脱硫罐9中进行搅拌，让NaOH水溶液与低进高出的天然气充分反应，由此利用NaOH水溶液处理天然气中的硫化氢。高架配液罐14与脱硫罐9间的进液管线上设置进液阀11。高架配液罐14的另一侧也通过手动控制阀6及管线连接排污池。对废液的处理就是从脱硫罐的排液口（21、底部排液口；22、侧部排液口）安装一条排污管线接至污水池进行沉淀，然后通过柱塞泵将污水池的污水回注到污水井里，解决对环境的污染；排污管线上设置排污阀。

图2为现有技术中的脱硫罐结构图，罐体上设置进气口15、排液口16、盘管17、碱液进液口18、顶部出气口19，进出口、排污口的连接方式都是以法兰连接；盘管17是由50根一寸大的无缝钢管组成；经过前期的试运行摸索发现，在NaOH碱液配置好后加入脱硫罐中，脱硫过程中发现盘管17中容易形成结晶物Na₂CO₃，造成脱硫罐中盘管17的堵塞，阻碍气流正常流动，使得脱硫效果不好。

图3为根据本发明实施的脱硫罐结构图，整体罐的结构在内部做了改进，改进点有三点，第一点：是将原脱硫罐（图2）内部的盘管17全部取消，减少盘管中沉淀物形成晶体，改进后的脱硫罐内部结构（如图3）基本是空体，约0.5m³容积，天然气通过管线从左边（图3）进气口20进入罐中，把碱液在脱硫罐中进行搅拌，使得NaOH水溶液充分反应，脱硫后的天然气从罐体的顶部出气口25输出（低进高出），更好的处理天然气中的硫化氢。第二点是：在脱硫罐右下处增加了一个排液口，即侧部排液口22，这样可以更好的排尽罐内的废液，两条排污管线在脱硫罐外部连头一起连接到污水池。第三点是：在脱硫罐上安装了一套磁浮式液位计23，可以观察罐内的液位是否过多。本发明实施的脱硫罐的进出口连接方式都是以法兰连接。

由此，延长了脱硫罐的使用寿命，可以推广应用到其它距离净化厂较远而不适宜安装输气管线的井组。

以下是天然气流速一定情况下，NaOH溶液浓度对脱硫效果实验数据：

表1：NaOH溶液浓度对脱硫效果表（加碱量1000kg）

表2：NaOH溶液浓度对脱硫效果表（加碱量750kg）

表3：NaOH溶液浓度对脱硫效果表（加碱量500kg）

从上面对比表中可以得出：

（1）冬季用气量较大时，如为2000m³/d-2500m³/d（单位：立方米/小时，全文同）时，采取一次性加入750Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为15.79%的烧碱溶液，这样取得的效果最好，烧碱的利用率可以达到79%；浓度在15%时，一次性加入710Kg氢氧化钠，加水4m³，烧碱的利用率可达75%；浓度在20%时，一次性加入1000Kg氢氧化钠，加水4m³，烧碱的利用率可达74%；这样通过配比浓度在15%-20%的碱液，有足量的NaOH溶液进行充分反应，主要生成Na₂CO₃、NaHS和H₂O。

（2）用气量在（1500m³/d-2000m³/d）时，采取一次性加入500Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为11.11%的烧碱溶液，烧碱的利用率可以达到79%；浓度在10%时，一次性加入450Kg氢氧化钠，加水4m³，烧碱的利用率可达74%；浓度在15%时，一次性加入710Kg氢氧化钠，加水4m³，烧碱的利用率可达76%；这样通过配比浓度在10%-15%的碱液，使少量的NaOH溶液进行反应，主要生成NaHCO₃、Na₂S和H₂O。

（3）用气量在（1000m³/d-1500m³/d）时，采取一次性加入500Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为11.11%的烧碱溶液，烧碱的利用率可以达到77%浓度在10%时，一次性加入450Kg氢氧化钠，加水4m³，烧碱的利用率可达75%；浓度在12%时，一次性加入560Kg氢氧化钠，加水4m³，烧碱的利用率可达73%；这样通过配比浓度在10%-12%的碱液，有少量的NaOH溶液进行反应，主要生成NaHCO₃、Na₂S和H₂O，其中含H₂S和CO₂相对较少，再生NaOH溶液可以减少成本。

（4）用气量在（800m³/d-1000m³/d）时，采取一次性加入500Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为11.11%的烧碱溶液，烧碱的利用率为59%；浓度在10%时，一次性加入450Kg氢氧化钠，加水4m³，烧碱的利用率可达53%；浓度在11.5%时，一次性加入530Kg氢氧化钠，加水4m³，烧碱的利用率可达56%；这样通过配比浓度在10%-11.5%的碱液，少量的NaOH溶液进行反应，主要生成NaHCO₃、Na₂S和H₂O，其中含H₂S和CO₂相对较少，再生NaOH溶液时可以减少成本。

Claims

1.一种井场自用天然气简易脱硫方法，其特征在于：在脱硫罐中采用NaOH水溶液对井场自用天然气进行碱性脱硫处理；在天然气流速确定的情况下，根据需处理的天然气用气量调整NaOH水溶液浓度，减少NaOH水溶液用量，并同时将天然气中H₂S和CO₂的含量脱除至最低；所述的脱硫罐为内部中空且内部不设置盘管的竖罐，脱硫罐一侧设置进气口，顶部为出气口；脱硫罐与进气口相对的另一侧上部设置碱液进液口，下部设置一个侧部排液口，罐体底部还另设置一个排液口，脱硫罐各排液口通过管线接至井场污水池，经过沉淀后，污水池的污水通过柱塞泵回注到污水井，避免对环境污染。

2.根据权利要求1所述的井场自用天然气简易脱硫方法，其特征在于：用气量为2000m³/d-2500m³/d时，采取浓度为15%-20%的NaOH水溶液；用气量在1500m³/d-2000m³/d时，采取浓度为10%-15%的NaOH水溶液；用气量在1000m³/d-1500m³/d时，采取浓度为10%-12%的NaOH水溶液；用气量在800m³/d-1000m³/d时，采取浓度为10%-11.5%的NaOH水溶液。

3.根据权利要求1或2所述的井场自用天然气简易脱硫方法，其特征在于：用气量为2000m³/d-2500m³/d时，采取浓度为15.79%的NaOH水溶液；用气量在1500m³/d-2000m³/d时，采取浓度为11.11%的NaOH水溶液；用气量在1000m³/d-1500m³/d时，采取浓度为11.11%的NaOH水溶液；用气量在800m³/d-1000m³/d时，采取浓度为11.11%的NaOH水溶液。

4.根据权利要求3所述的井场自用天然气简易脱硫方法，其特征在于：用气量为2000m³/d-2500m³/d时，采取一次性加入750Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为15.79%的烧碱溶液；用气量在1500m³/d-2000m³/d时，采取一次性加入500Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为11.11%的烧碱溶液；用气量在1000m³/d-1500m³/d时，采取一次性加入500Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为11.11%的烧碱溶液；用气量在800m³/d-1000m³/d时，采取一次性加入500Kg氢氧化钠，加水4m³，配比成浓度为11.11%的烧碱溶液。

5.根据权利要求1或2或4所述的井场自用天然气简易脱硫方法，其特征在于：所述的脱硫罐上安装一套磁浮式液位计，液位计竖直位于碱液进液口和侧部排液口之间。