CN103223285A - 一种硫化氢循环再利用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫化氢循环再利用装置及方法，通过在H₂S尾气后端增设一套新型的H₂S净化和/或干燥装置，并辅以阀门开启关闭系统和储存装置，实现硫化氢的回收和再利用。本发明的积极效果是：在实验过程中，令排放出的未消耗掉的硫化氢尾气直接进入硫化氢的净化和/或干燥主体装置，经过干燥或净化干燥后得到较为干燥或净化干燥的硫化氢气体进入硫化氢储存装置，通过压力监控和阀门控制装置对压力表的控制和阀门的开关进而实现硫化氢的二级压缩储存，同时保证硫化氢实验的持续性，既可以减少硫化氢对环境的危害，同时可以实现硫化氢的再利用，节约成本，提高经济效益。

Description

一种硫化氢循环再利用装置及方法

技术领域

本发明涉及一种硫化氢循环再利用装置及方法。

背景技术

随着世界天然气资源需求的不断增长，天然气勘探开发不断向环境更为恶劣的区域迈进，含H₂S天然气比例逐渐升高，我国含H₂S气田如川东北、四川盆地、鄂尔多斯盆地等，含H₂S天然气开采过程中由于含有H₂S和水容易引起套管、井口装置、集输管线和设备的硫化物应力开裂和氢致开裂，如不采取措施，可能会导致泄漏甚至爆炸等破坏性事件的发生，严重影响整个气田的正常生产和人民的生命财产安全，尤其高含H₂S气田的开发，这对气田设计过程中材料的安全选用设计和实际运用提出了巨大挑战，因此H₂S气田用设备、管线等材料在现场应用前必须先进行HIC和SSC等抗硫性能评定，评定合格后才能安全运用于现场。

目前含硫气田用材料在常温或高温高压下评定SSC实验需要持续通入H₂S气体，以保持溶液为H₂S饱和溶液，如硫化物应力开裂（SSC）试验的试验时间为720小时，实验周期较长，并且要求试验过程中试验溶液为H₂S饱和溶液，因此在实验过程中需要不断通入H₂S气体，由于硫化氢溶解性能的影响，单位时间内溶解于溶液中的硫化氢气体有限，必然有一些H₂S气体以尾气的形式排放出来，由于硫化氢是一种无色有臭鸡蛋气味的剧毒气体，是一种神经毒剂。其毒性作用主要表现为影响中枢神经系统和呼吸系统，脑和粘膜组织等，也会对心脏等多种器官造成损害，对人体伤害极大，同时又会造成环境污染，因此必须对H₂S气体进行处理，目前H₂S气体处理方法主要有（1）燃烧法，这种方法燃烧不完全时会引起环境二次污染，如燃烧形成的三氧化硫在空气中与水结合形成酸雨，（2）用硫酸铜溶液吸收，形成不溶解于常规强酸的硫化铜沉淀，（3）用碱液吸收，采用酸碱中和的原理进行中和，形成硫化钠，（4）安装硫化氢的吸收塔。上述方法一可能会引起如酸雨类型的环境二次污染，不宜采用；第二种和第三种方法，由于实验过程中，硫化氢是持续通入的，需要不断更换硫酸铜或碱液，实验过程中可能会由于一些原因未能及时更换，从而引起对环境或人体造成危害；第四种方法，用硫化氢吸收塔价格较高，并且占地较大，投资成本和运行成本较高，在中小型实验室也较少采用。目前实验室鉴于碱液配置方便，更换操作简单，因此得到了较为普遍的推广，但是常常需要辅以硫化氢报警仪等监控装置。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种硫化氢循环再利用装置及方法，解决了中小型使用硫化氢的机构/部门的H₂S处理问题，通过在H₂S尾气后端增设一套新型的H₂S干燥或干燥净化装置，并辅以阀门开启关闭系统和储存装置，实现硫化氢的收集储存，实现了硫化氢利用后产生的硫化氢尾气的循环再利用，减少了硫化氢尾气对环境的污染。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硫化氢循环再利用装置，包括干燥净化装置、第一H₂S气体储存装置和第二H₂S气体储存装置，所述干燥净化装置通过管线与第一H₂S气体储存装置连接；在第一H₂S气体储存装置罐口设置有第一压力表，第一压力表通过信号线与设置在硫化氢储气罐上的旋压开关上带的压力表连接，并通过信号线与第一压力监控及阀门控制装置连接；第一H₂S气体储存装置依次经第六阀门、第一气体压缩装置、第七阀门与第二H₂S气体储存装置连接，第一压力监控及阀门控制装置通过信号线分别与第五阀门、第六阀门、第一气体压缩装置、第七阀门连接；在第二H₂S气体储存装置罐口设置有第二压力表，第二压力表通过信号线与第二压力监控及阀门控制装置连接，第二H₂S气体储存装置依次经第八阀门、第二气体压缩装置、第九阀门、第十阀门与储气罐连接，在储气罐罐口设置有第三压力表和第十阀门；第二压力监控及阀门控制装置还通过信号线分别与第八阀门、第二气体压缩装置、第九阀门、第三压力表、第十阀门连接。

本发明还提供了一种硫化氢循环再利用方法，包括如下步骤：

步骤一、连接各管线和信号线；

步骤二、在干燥净化装置中对硫化氢尾气进行净化和干燥；

步骤三、对H₂S和H₂进行一级压缩储存：

干燥净化装置中经过干燥的H₂S气体和生成的H₂气体一同进入到第一H₂S气体储存装置中，随着实验的不断推进，第一H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体不断增加，第一H₂S气体储存装置上的第一压力表压力增大，当旋压开关上压力表的压力值与当第一H₂S气体储存装置上的第一压力表的压力值之差小于等于设定值P1时，第一压力监控及阀门控制装置的压缩机控制系统启动第一气体压缩装置，同时第一压力监控及阀门控制装置的阀门控制系统先关闭第五阀门，然后开启第六阀门和第七阀门，第一H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体进入第二H₂S气体储存装置；随着第一H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体进入第二H₂S气体储存装置，第一压力表的压力值下降，当第一压力表的压力值小于设定值P2时，第一压力监控及阀门控制装置的阀门控制系统首先关闭第六阀门和第七阀门，然后，第一压力监控及阀门控制装置的压缩机控制系统停止第一气体压缩装置并打开第五阀门，使干燥净化装置中经过干燥的H₂S气体和生成的H₂气体一同进入到第一H₂S气体储存装置中，第一H₂S气体储存装置上的第一压力表压力增大；随着实验的不断进行，不断循环将第一H₂S气体储气装置中的H₂S气体和H₂气体转移入第二H₂S气体储存装置中；

步骤四、对H₂S和H₂的二级压缩储存：

随着第一H₂S气体储气装置中的H₂S气体和H₂气体不断转移入第二H₂S气体储存装置中，第二H₂S气体储存装置中的压力值不断增大，当第二压力表的压力值超过设定值P3时，第二压力监控及阀门控制装置的压缩机控制系统立即启动第二气体压缩装置，第二压力监控及阀门控制装置的阀门控制系统打开第八阀门、第九阀门和第十阀门，把H₂S气体和H₂气体转移到储气罐中；随着第二H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体转移到储气罐中，第二H₂S气体储存装置的压力值开始下降；当第二压力表的压力值小于设定值P4时，第二压力监控及阀门控制装置的阀门控制系统关闭第八阀门、第九阀门和第十阀门，然后第二压力监控及阀门控制装置的压缩机控制系统停止第二气体压缩装置；然后第二H₂S气体储存装置的压力值开始上升，随着实验的不断进行，不断循环将第二H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体转移入储气罐中；当第三压力表的压力值超过设定值P5时，换下储气罐进行储存。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：在实验过程中，令排放出的未消耗掉的硫化氢尾气直接进入硫化氢的净化和/或干燥主体装置，经过净化和/或干燥后得到较为纯净和/或干燥的硫化氢气体进入硫化氢储存装置，通过压力监控和阀门控制装置对压力表的控制和阀门的开关进而实现硫化氢的二级压缩储存，同时保证硫化氢实验的持续性，既可以减少硫化氢对环境的危害，同时可以实现硫化氢的再利用，节约成本提高经济效益。 

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

一种硫化氢循环再利用装置，如图1所示，包括：硫化氢储气罐1、带压力表的旋压开关2、气体流量计3、第一阀门4、实验容器5、试验溶液6、玻璃纱布7、第二阀门10、第三阀门11、干燥净化装置14、第四阀门19、第五阀门21、第一压力表22、第一H₂S气体储存装置23、第一压力监控及阀门控制装置24、第六阀门25、第一气体压缩装置26、第七阀门27、第二H₂S气体储存装置28、第二压力表29、第二压力监控及阀门控制装置30、第八阀门31、第二气体压缩装置32、第九阀门33、第三压力表34、第十阀门35、储气罐38等，其中：

所述干燥净化装置14包括箱体和设置在箱体底部的加热装置17，在加热装置上方设置有导热装置15，在导热装置15的左右侧壁交错设置有干燥净化试剂支架，用于摆放干燥净化试剂。

第一压力监控及阀门控制装置24和第二压力监控及阀门控制系统30结构类似，均包括：压力值采集及分析处理系统、阀门控制系统和压缩机控制系统等。

硫化氢储气罐1通过管线与实验容器5连接，在硫化氢储气罐1罐口设置有带压力表的旋压开关2、气体流量计3和第一阀门4；实验容器5通过管线与干燥净化装置14连接，在干燥净化装置14的侧壁设置有可视窗口12；干燥净化装置14通过管线与第一H₂S气体储存装置23连接，在第一H₂S气体储存装置23罐口设置有第一压力表22，第一压力表22通过信号线与旋压开关2上带的压力表连接，并通过信号线与第一压力监控及阀门控制装置24连接；第一H₂S气体储存装置23依次经第六阀门25、第一气体压缩装置26、第七阀门27与第二H₂S气体储存装置28连接，第一压力监控及阀门控制装置24通过信号线分别与第五阀门21、第六阀门25、第一气体压缩装置26、第七阀门27连接；在第二H₂S气体储存装置28罐口设置有第二压力表29，第二压力表29通过信号线与第二压力监控及阀门控制装置30连接，第二H₂S气体储存装置28依次经第八阀门31、第二气体压缩装置32、第九阀门33、第十阀门35与储气罐38连接，在储气罐38罐口设置有第三压力表34和第十阀门35；第二压力监控及阀门控制装置30还通过信号线分别与第八阀门31、第二气体压缩装置32、第九阀门33、第三压力表34、第十阀门35连接。

在第一压力监控及阀门控制装置24中，旋压开关2、压力表22分别通过信号线与在第一压力监控及阀门控制装置24的压力信号传输通道连接；在第一压力监控及阀门控制装置24中，压力信号传输通道与压力值采集及分析处理系统连接，压力值采集及分析处理系统分别与阀门控制系统、压缩机控制系统连接，阀门控制系统与阀门控制系统信号传输通道连接，阀门控制系统信号传输通道通过信号线分别与第五阀门21、第六阀门25、第七阀门27连接，压缩机控制系统与压缩机控制系统信号传输通道连接，压缩机控制系统信号传输通道通过信号线与第一气体压缩装置26连接。

在第二压力监控机阀门控制装置30中，第二压力表29和和第三压力表34分别通过信号线与第二压力监控及阀门控制装置30的压力信号传输通道连接，在第二压力监控及阀门控制装置30中，压力信号传输通道与压力值采集及分析处理系统连接，压力值采集及分析处理系统分别与阀门控制系统、压缩机控制系统连接，阀门控制系统与阀门控制系统信号传输通道连接，阀门控制系统信号传输通道通过信号线分别与第八阀门31、第九阀门33、第十阀门35连接，压缩机控制系统与压缩机控制系统信号传输通道连接，压缩机控制系统信号传输通道通过控制线与第二气体压缩装置32连接。

本发明还提供了一种硫化氢循环再利用方法，包括如下步骤：

步骤一、连接各管线和信号线：

管线钢材料选用L360QS，且需进行常温常压抗硫化物应力开裂（SSC）试验；当L360QS材料在进行抗硫性能评定过程中需保持试验溶液为饱和的硫化氢溶液，试验时间至少720小时，在试验过程中，随着实验不断进行，硫化氢在溶液中不断与金属接触，会与金属反应或以气体的方式从溶液中逸出，从而导致溶液中的硫化氢浓度下降，溶液为非饱和硫化氢溶液，因此需要不断从外界的硫化氢储气罐1中补充硫化氢气体以保持试验溶液6为饱和的硫化氢溶液；

步骤二、对硫化氢尾气进行净化和干燥：

H₂S气体经过玻璃纱布7进入实验容器5后，未溶解的H₂S气体逸出经过第二阀门10和第三阀门11进入到装有无水CaCl₂的干燥净化装置14中（由于本硫化物应力开裂试验在实验过程中，产生了少量H₂，不影响H₂S气体的循环再利用，所以本干燥净化装置中只选用了干燥剂），最后干燥的H₂S气体和生成的H₂气一同进入到第一H₂S气体储存装置23中；

L360QS材料在进行抗硫性能评定过程中采用无水CaCl₂对硫化氢尾气进行干燥，随着实验的进行CaCl₂逐渐吸水达到饱和，通过可视窗口观察，对设置在箱体底部的加热装置17进行通电加热，把水分从设置在箱体顶部的阀门蒸发出去，或通过设置在箱体底部的阀门排出有水CaCl₂试剂，接着在箱体顶部的阀门处加入无水CaCl₂试剂，实现干燥净化试剂的干燥或更换，保证硫化氢尾气的充分干燥净化，最终实现再利用。

步骤三、对H₂S和H₂的一级压缩储存：

H₂S气体经过玻璃纱布7进入实验容器5后，未溶解的H₂S气体逸出经过第二阀门10和第三阀门11进入到装有无水CaCl₂的干燥净化装置14中，最后干燥的H₂S气体和生成的H₂气一同进入到第一H₂S气体储存装置23中，随着实验的不断推进，第一H₂S气体储存装置23中的H₂S气体和H₂气不断增加，第一H₂S气体储存装置23上的压力表22压力增大，旋压开关2上的压力表的压力值与压力表22的压力值通过第一压力监控及阀门控制装置24的压力信号传输通道传给压力值采集及分析处理系统进行对比分析，当旋压开关2上压力表的压力值与压力表22上的压力值之差小于等于设定值P1时，压力值采集及分析处理系统把分析对比结果分别输送给阀门控制系统和压缩机控制系统，当压缩机控制系统接收到信号后，通过自动控制启动第一气体压缩装置26，同时阀门控制系统接收到信号后关闭第五阀门21，然后开启第六阀门25和第七阀门27，第一H₂S气体储存装置23中的H₂S气体和H₂气体进入第二H₂S气体储存装置28；第一气体压缩装置26启动压缩后，压力表22压力值下降，压力值采集及分析处理系统继续采集和分析压力变化，当第一H₂S气体储存装置23上的压力表22压力值小于设定值P2时，第一压力监控及阀门控制装置24的压力值采集及分析处理系统把分析对比结果传输给阀门控制系统、压缩机控制系统，阀门控制系统接收到信号后首先关闭第六阀门25和第七阀门27，当压缩机控制系统接收到信号且在第六阀门25和第七阀门27关闭后，停止第一气体压缩装置26并打开第五阀门21，使干燥净化装置14中经过干燥的H₂S气体和生成的H₂气体一同进入到第一H₂S气体储存装置23中。随着实验的不断进行，不断循环将第一H₂S气体储气装置23中的H₂S气体和H₂气转移入第二H₂S气体储存装置28中；

步骤四、对H₂S和H₂的二级压缩储存：

在L360QS材料在进行抗硫性能评定过程中，第二压力监控机阀门控制装置30中的压力值采集及分析处理系统一直监测第二压力表29和第三压力表34的压力值变化。随着第一H₂S气体储气装置23中的H₂S气体和H₂气体不断转移入第二H₂S气体储存装置28中，第二H₂S气体储存装置28中的压力值不断增大，当第二H₂S气体储存装置28中的压力值（即第二压力表29显示的压力值）超过设定值P3时，第二压力监控及阀门控制装置30的压力值采集及分析处理系统把对比信号传输给阀门控制系统和压缩机控制系统，压缩机控制系统接收到信号后即时启动第二气体压缩装置32，阀门控制系统接到信号后打开第八阀门31、第九阀门33和第十阀门35，把H₂S气体和H₂气转移到储气罐38中，随着第二H₂S气体储存装置28中的H₂S气体和H₂气体转移到储气罐38中，第二H₂S气体储存装置28的压力值开始下降；当第二H₂S气体储存装置28中的压力值（即第二压力表29显示的压力值）小于设定值P4时，第二压力监控及阀门控制装置30的阀门控制系统关闭第八阀门31、第九阀门33和第十阀门35，然后压缩机控制系统停止第二气体压缩装置32；然后第二H₂S气体储存装置28的压力值开始上升，随着实验的不断进行，不断循环将第二H₂S气体储存装置28中的H₂S气体和H₂气转移入储气罐38中；当第三压力表34的压力值超过设定值P5时，换下储气罐38进行储存，最终实现硫化氢的零排放，同时在下次实验过程中还可以循环再利用储气罐38中的硫化氢（即用作硫化氢储气罐1，用于补充硫化氢气体以保持试验溶液6为饱和的硫化氢溶液）。

Claims (5)

1.一种硫化氢循环再利用装置，其特征在于：包括干燥净化装置、第一H₂S气体储存装置和第二H₂S气体储存装置，所述干燥净化装置通过管线与第一H₂S气体储存装置连接；在第一H₂S气体储存装置罐口设置有第一压力表，第一压力表通过信号线与设置在硫化氢储气罐上的旋压开关上带的压力表连接，并通过信号线与第一压力监控及阀门控制装置连接；第一H₂S气体储存装置依次经第六阀门、第一气体压缩装置、第七阀门与第二H₂S气体储存装置连接，第一压力监控及阀门控制装置通过信号线分别与第五阀门、第六阀门、第一气体压缩装置、第七阀门连接；在第二H₂S气体储存装置罐口设置有第二压力表，第二压力表通过信号线与第二压力监控及阀门控制装置连接，第二H₂S气体储存装置依次经第八阀门、第二气体压缩装置、第九阀门、第十阀门与储气罐连接，在储气罐罐口设置有第三压力表和第十阀门；第二压力监控及阀门控制装置还通过信号线分别与第八阀门、第二气体压缩装置、第九阀门、第三压力表、第十阀门连接。

2.根据权利要求1所述的一种硫化氢循环再利用装置，其特征在于：所述第一压力监控及阀门控制装置和第二压力监控及阀门控制装置均包括压力值采集及分析处理系统、阀门控制系统和压缩机控制系统；所述压力值采集及分析处理系统分别与阀门控制系统、压缩机控制系统连接，阀门控制系统与阀门控制系统信号传输通道连接，压缩机控制系统与压缩机控制系统信号传输通道连接，压力值采集及分析处理系统与压力信号传输通道连接。

3.根据权利要求1所述的一种硫化氢循环再利用装置，其特征在于：所述干燥净化装置包括箱体和设置在箱体底部的加热装置，在加热装置上方设置有导热装置，在导热装置的左右侧壁交错设置有存放干燥净化试剂的支架。

4.根据权利要求1所述的一种硫化氢循环再利用装置，其特征在于：在干燥净化装置的侧壁设置有可视窗口。

5.一种硫化氢循环再利用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、连接各管线和信号线；

步骤二、在干燥净化装置中对硫化氢尾气进行净化和干燥；

步骤三、对H₂S和H₂进行一级压缩储存：

干燥净化装置中经过干燥的H₂S气体和生成的H₂气体一同进入到第一H₂S气体储存装置中，随着实验的不断推进，第一H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体不断增加，第一H₂S气体储存装置上的第一压力表压力增大，当旋压开关上压力表的压力值与当第一H₂S气体储存装置上的第一压力表的压力值之差小于等于设定值P1时，第一压力监控及阀门控制装置的压缩机控制系统启动第一气体压缩装置，同时第一压力监控及阀门控制装置的阀门控制系统先关闭第五阀门，然后开启第六阀门和第七阀门，第一H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体进入第二H₂S气体储存装置；随着第一H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体进入第二H₂S气体储存装置，第一压力表的压力值下降，当第一压力表的压力值小于设定值P2时，第一压力监控及阀门控制装置的阀门控制系统首先关闭第六阀门和第七阀门，然后，第一压力监控及阀门控制装置的压缩机控制系统停止第一气体压缩装置并打开第五阀门，使干燥净化装置中经过干燥的H₂S气体和生成的H₂气体一同进入到第一H₂S气体储存装置中，第一H₂S气体储存装置上的第一压力表压力增大；随着实验的不断进行，不断循环将第一H₂S气体储气装置中的H₂S气体和H₂气体转移入第二H₂S气体储存装置中；

步骤四、对H₂S和H₂的二级压缩储存：

随着第一H₂S气体储气装置中的H₂S气体和H₂气体不断转移入第二H₂S气体储存装置中，第二H₂S气体储存装置中的压力值不断增大，当第二压力表的压力值超过设定值P3时，第二压力监控及阀门控制装置的压缩机控制系统立即启动第二气体压缩装置，第二压力监控及阀门控制装置的阀门控制系统打开第八阀门、第九阀门和第十阀门，把H₂S气体和H₂气体转移到储气罐中；随着第二H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体转移到储气罐中，第二H₂S气体储存装置的压力值开始下降；当第二压力表的压力值小于设定值P4时，第二压力监控及阀门控制装置的阀门控制系统关闭第八阀门、第九阀门和第十阀门，然后第二压力监控及阀门控制装置的压缩机控制系统停止第二气体压缩装置；然后第二H₂S气体储存装置的压力值开始上升，随着实验的不断进行，不断循环将第二H₂S气体储存装置中的H₂S气体和H₂气体转移入储气罐中；当第三压力表的压力值超过设定值P5时，换下储气罐进行储存。

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