CN103242923A - 一种适用于采油平台的天然气脱硫装置及其脱硫工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供一种适用于采油平台的紧凑式天然气脱硫装置及其脱硫工艺，通过将缓冲预处理工艺和富液脱气工艺有机结合在一起完成，沉降反应与药剂再生工艺有机结合在一起完成，同时对药剂再生设计为一级旋流曝氧工艺与硫磺沉降后的二级再生工艺相结合的两段式再生工艺，并在在硫磺沉降阶段采用微旋流沉降，提高沉降速度，有效缩小沉降区容积要求，实现减小设备体积，缩短工艺流程，提高脱硫效率，适合在海上平台推广使用。
Description
技术领域
本发明创造涉及一种紧凑式天然气脱硫装置及其脱硫工艺，属于海上采油平台天然气脱硫处理技术领域。
背景技术
海上采油平台在生产过程中会采出大量的伴生天然气，由于很多采油平台不具备外输天然气的能力，因此天然气通常被作为采油平台发电系统的燃料。然而很多采油平台所产天然气中均含有大量的硫化氢，如果天然气不经处理直接燃烧，不但会对设备造成直接伤害，而且其燃烧产物直排大气也对环境造成巨大破坏。
传统的天然气脱硫工艺包括缓冲预处理工艺、富液脱气工艺、沉降控制工艺、药剂再生工艺四段工艺，每个工艺过程通常需要一个独立的设备，因此其所需设备众多，使得整体设备体积过大，难以在平台这一狭小空间推广。在传统的天然气脱硫工艺中还经常遇到以下几个问题：1、富液脱气工艺中，富液溶解的较多天然气不易被析出；2、沉降控制工艺中，富液沉降速度不均匀，不利于硫磺颗粒的强制沉降，导致硫磺富液中固体硫磺的相对含量较低；3、药剂再生工艺中，由于采用一次药剂再生，使得药剂的损耗较大。
发明内容
本发明创造的目的是提供一种适用于采油平台的紧凑式天然气脱硫装置及其脱硫工艺，减小设备体积，缩短工艺流程，提高脱硫效率。
其采用的技术方案如下：一种适用于采油平台的紧凑式天然气脱硫装置，包括缓冲-脱气罐、超重力脱硫机和沉降再生罐，含硫化氢的天然气经过滤器进入到缓冲-脱气罐中，过滤器与平台密排系统连接；其中缓冲-脱气罐中，罐本体的上部设有天然气进气口，罐本体的底部设有富液排出口，排出富液经输送泵输送至沉降再生罐中，罐本体内的中下部从上至下依次设有隔板、上层填料层和下层填料层，其中隔板的上部空间形成缓冲室，下层填料层和罐本体之间的空间形成脱气室，在隔板和上层填料层之间引出一尾气回收管路，尾气回收管路与尾气系统连接，在上层填料层和下层填料层之间设有一喷嘴，喷嘴通过管路与缓冲室相通且该管路上设有脱气控制阀；超重力脱硫机通过管路与缓冲-脱气罐的缓冲室连通；在沉降再生罐中，罐本体的内部设有环形隔板和一端封闭的中心筒，中心筒的开口端与隔板的内环边沿固定连接，中心筒封闭端的侧面均匀分布有贫液收集口，由中心筒和隔板将罐本体分成两个腔室，位于中心筒和隔板下方的腔室为一级再生室，位于中心筒和隔板上方的腔室为二级再生室；在一级再生室内设有螺旋导流板，螺旋导流板绕于中心筒的外周围；在二级 再生室内的上方设有填料层，罐本体的上部设有富液和压缩空气的入口，入口管路与一级再生室相通且入口管路的末端处设有一喷嘴，在罐本体的上部还设有一出口与尾气系统连通；在罐本体的底部设有一出口与硫磺压滤系统连通，在罐本体的底部还设有一压缩空气的入口，压缩空气通过管路与二级再生室相通，在二级再生室内完成二级再生的贫液经输送泵输送到超重力脱硫机中。
缓冲-脱气罐的缓冲室设有液位计和和压力计，在脱气室内设有液位计。
沉降再生罐的中上部设有排气控制阀，排气控制阀的两端分别与一级再生室和二级再生室相通。
沉降再生罐的二级再生室内设有压力计和液位计。
一种适用于采油平台的紧凑式天然气脱硫工艺，包括以下具体步骤：
(a)过滤：含硫化氢的天然气进入过滤器去除多余的水分和固体杂质，分离出的液相送到平台密排系统处理；
(b)缓冲预处理：经过滤后的天然气经进气流量计进入缓冲-脱气罐的缓冲室内，天然气的气相组分在压力作用下进入超重力脱硫机进行脱硫反应，充分反应后的含硫磺的富液回流到缓冲室内；
(c)富液脱气：缓冲室回流的富液液相组分在脱气控制阀的控制下进入脱气室，富液经喷嘴均匀分散液相，并在填料层的分散作用下快速脱析液相中饱和的天然气，该处理后的天然气经管路输送到尾气系统，脱气后的富液经输送泵、流量计进入到沉降再生罐；
(d)一级药剂再生：采用了旋流进液方式，由压缩空气系统提供的一级再生气经流量计计量后，按设定的一级气液比随液相旋流进入，来液沿沉降再生罐切线方向进入，在螺旋导流板的作用下形成适度的微旋流流态，并通过在富液和一级再生气的入口管路末端处设有一喷嘴，使再生气与富液快速充分混合，完成一级再生反应；
(e)硫磺沉降：通过流量计、液位计以及压力计控制进液压力或流量，使沉降再生罐中的旋流强度控制在适宜程度，由于微旋流流场具备加速不同密度组分以及分离速度的作用，密度大于水的硫磺颗粒将在离心力的作用下向下及向近壁侧富集，在流经至沉降再生罐底部锥底时，固液分离作用更为明显，并在出口处达到固相含量的最高点，最终富含硫磺的高固液相转运到硫磺压滤系统处理；
(f)二级药剂再生：在微旋流的作用下，在沉降再生罐中心偏下区域硫磺颗粒含量降到最低，因此为避免破坏底部流场，导致固相被扰动吸出，在中心筒底部适当高度侧面均 匀布置贫液收集孔；贫液在压力作用下，经中心筒向上流动，二级再生气经流量计计量后，按设定的二级气液比加入系统，贫液到达二级再生室后进一步完成药剂的二级再生；
(g)完成二级再生后的贫液经输送泵输送到超重力脱硫机开始下一个工作循环周期。
本发明创造与已有技术相比，具有以下优点：
1、将缓冲预处理与富液脱气整合到一台预处理罐中完成，将沉降反应与药剂再生工艺整合到一台沉降再生罐中进行，使得主设备及附属设施的工程量及占地大大减少，适应在受限空间建造，整个工艺装置可按照平台相关安全标准建造在一个撬块上，适应海洋采油平台工作环境；
2、该脱硫工艺更为简洁，将天然气来气缓冲预处理工艺、富液脱气工艺、沉降控制工艺、药剂再生工艺四段工艺有机整合为两级工艺，缩短了流程环节，提高了脱硫效率；
3、沉降阶段采用了微旋流强制沉降技术，稳定的微旋流流场能大大提高沉降区的抗扰动能力，沉降速度更为均匀，这些流场特征均有利于实现硫磺颗粒的强制沉降，该微旋流强制沉降技术是通过采用螺旋导流板控制再生气过度向下扩散，减少对硫磺沉降段的干扰，因此提高了沉降效率；
4、经微旋流强制沉降的硫磺富集液中固体硫磺的相对含量明显提高，效率更高，响应的药剂损耗量也明显降低；
5、微旋流流场中流体整体呈均匀向下的螺旋运动，速度分布较为均匀，没有较为明显的易沉积死区，同时流体具有较强的自洁能力，有利于控制固相物料的沉积。
6、药剂再生由于采用了二级工艺控制，即对药剂再生设计为一级旋流曝氧工艺与硫磺沉降后的二级再生工艺相结合的两段式再生工艺，可实现更为灵活精确的控制。
附图说明
图1为本发明创造的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种适用于采油平台的紧凑式天然气脱硫装置，包括缓冲-脱气罐9、超重力脱硫机8和沉降再生罐32，含硫化氢的天然气1经过滤器6进入到缓冲-脱气罐9中，过滤器6与平台密排系统2连接；其中缓冲-脱气罐9中，罐本体的上部设有天然气进气口，罐本体的 底部设有富液排出口，排出富液经输送泵14输送至沉降再生罐32中，罐本体内的中下部从上至下依次设有隔板12、上层填料层13和下层填料层34，其中隔板12的上部空间形成缓冲室11，下层填料层34和罐本体之间的空间形成脱气室10，在隔板12和上层填料层13之间引出一尾气回收管路，尾气回收管路与尾气系统4连接，在上层填料层13和下层填料层34之间设有一喷嘴16，喷嘴16通过管路与缓冲室11相通且该管路上设有脱气控制阀17；超重力脱硫机8通过管路与缓冲-脱气罐9的缓冲室11连通；在沉降再生罐32中，罐本体的内部设有环形隔板28和一端封闭的中心筒30，中心筒30的开口端与隔板28的内环边沿固定连接，中心筒30封闭端的侧面均匀分布有贫液收集口31，由中心筒30和隔板28将罐本体分成两个腔室，位于中心筒30和隔板28下方的腔室为一级再生室，位于中心筒30和隔板28上方的腔室为二级再生室25；在一级再生室内设有螺旋导流板29，螺旋导流板29绕于中心筒30的外周围；在二级再生室9内的上方设有填料层24，罐本体的上部设有富液和压缩空气3的入口，入口管路与一级再生室相通且入口管路的末端处设有一喷嘴，在罐本体的上部还设有一出口与尾气系统4连通；在罐本体的底部设有一出口与硫磺压滤系统5连通，在罐本体16的底部还设有一压缩空气3的入口，压缩空气3通过管路与二级再生室25相通，在二级再生室25内完成二级再生的贫液经输送泵33输送到超重力脱硫机8中。
缓冲-脱气罐9的缓冲室11设有液位计19和和压力计20，在脱气室10内设有液位计15，沉降再生罐32的二级再生室25内设有压力计23和液位计26，上述计量仪器均用于控制进液的流量及压力，即时控制生产运行状况，提高装置的安全性能。
沉降再生罐32的中上部设有排气控制阀27，排气控制阀27的两端分别与一级再生室和二级再生室25相通，通过排气控制阀可适时排气，避免硫磺沉降区顶部过量积气而导致影响液面稳定。。
一种适用于采油平台的紧凑式天然气脱硫工艺，包括以下具体步骤：
(a)过滤：含硫化氢的天然气1进入过滤器6去除多余的水分和固体杂质，减少对除硫化学药剂可能造成的干扰，分离出的液相送到平台密排系统2处理；
(b)缓冲预处理：经过滤后的天然气经进气流量计7进入缓冲-脱气罐9的缓冲室11内，天然气的气相组分在压力作用下进入超重力脱硫机8进行脱硫反应，充分反应后的含硫磺的富液回流到缓冲室11内；
(c)富液脱气：缓冲室11回流的富液液相组分在脱气控制阀17的控制下进入脱气室10，富液经喷嘴16均匀分散液相，并在填料层13、34的分散作用下快速脱析液相中饱和的天然气，该处理后的天然气经管路输送到尾气系统4，脱气后的富液经输送泵 14、流量计22进入到沉降再生罐32；
(d)一级药剂再生：采用了旋流进液方式，由压缩空气系统提供的一级再生气3经流量计21计量后，按设定的一级气液比随液相旋流进入，来液沿沉降再生罐32切线方向进入，在螺旋导流板29的作用下形成适度的微旋流流态，并通过在富液和一级再生气3的入口管路末端处设有一喷嘴，使再生气与富液快速充分混合，完成一级再生反应；
(e)硫磺沉降：通过流量计21、22、液位计26以及压力计23控制进液压力或流量，使沉降再生罐32中的旋流强度控制在适宜程度，由于微旋流流场具备加速不同密度组分以及分离速度的作用，密度大于水的硫磺颗粒将在离心力的作用下向下及向近壁侧富集，在流经至沉降再生罐底部锥底时，固液分离作用更为明显，并在出口处达到固相含量的最高点，最终富含硫磺的高固液相转运到硫磺压滤系统5处理；
(f)二级药剂再生：在微旋流的作用下，在沉降再生罐32中心偏下区域硫磺颗粒含量降到最低，因此为避免破坏底部流场，导致固相被扰动吸出，在中心筒30底部适当高度侧面均匀布置贫液收集孔31；贫液在压力作用下，经中心筒30向上流动，二级再生气经流量计35计量后，按设定的二级气液比加入系统，贫液到达二级再生室25后进一步完成药剂的二级再生；
(g)完成二级再生后的贫液经输送泵33输送到超重力脱硫机8开始下一个工作循环周期。
Claims (5)
1.一种适用于采油平台的天然气脱硫装置，其特征在于：包括缓冲-脱气罐(9)、超重力脱硫机(8)和沉降再生罐(32)，含硫化氢的天然气(1)经过滤器(6)进入到缓冲-脱气罐(9)中，过滤器(6)与平台密排系统(2)连接；其中缓冲-脱气罐(9)中，罐本体的上部设有天然气进气口，罐本体的底部设有富液排出口，排出富液经输送泵(14)输送至沉降再生罐(32)中，罐本体内的中下部从上至下依次设有隔板(12)、上层填料层(13)和下层填料层(34)，其中隔板(12)的上部空间形成缓冲室(11)，下层填料层(34)和罐本体之间的空间形成脱气室(10)，在隔板(12)和上层填料层(13)之间引出一尾气回收管路，尾气回收管路与尾气系统(4)连接，在上层填料层(13)和下层填料层(34)之间设有一喷嘴(16)，喷嘴(16)通过管路与缓冲室(11)相通且该管路上设有脱气控制阀(17)；超重力脱硫机(8)通过管路与缓冲-脱气罐(9)的缓冲室(11)连通；在沉降再生罐(32)中，罐本体的内部设有环形隔板(28)和一端封闭的中心筒(30)，中心筒(30)的开口端与隔板(28)的内环边沿固定连接，中心筒(30)封闭端的侧面均匀分布有贫液收集口(31)，由中心筒(30)和隔板(28)将罐本体分成两个腔室，位于中心筒(30)和隔板(28)下方的腔室为一级再生室，位于中心筒(30)和隔板(28)上方的腔室为二级再生室(25)；在一级再生室内设有螺旋导流板(29)，螺旋导流板(29)绕于中心筒(30)的外周围；在二级再生室(9)内的上方设有填料层(24)，罐本体的上部设有富液和压缩空气(3)的入口，入口管路与一级再生室相通且入口管路的末端处设有一喷嘴，在罐本体的上部还设有一出口与尾气系统(4)连通；在罐本体的底部设有一出口与硫磺压滤系统(5)连通，在罐本体(16)的底部还设有一压缩空气(3)的入口，压缩空气(3)通过管路与二级再生室(25)相通，在二级再生室(25)内完成二级再生的贫液经输送泵(33)输送到超重力脱硫机(8)中。
2.如权利要求1所述的一种适用于采油平台的天然气脱硫装置，其特征在于：缓冲-脱气罐(9)的缓冲室(11)设有液位计(19)和和压力计(20)，在脱气室(10)内设有液位计(15)。
3.如权利要求1所述的一种适用于采油平台的天然气脱硫装置，其特征在于：沉降再生罐(32)的中上部设有排气控制阀(27)，排气控制阀(27)的两端分别与一级再生室和二级再生室(25)相通。
4.如权利要求3所述的一种适用于采油平台的天然气脱硫装置，其特征在于：沉降再生罐(32)的二级再生室(25)内设有压力计(23)和液位计(26)。
5.如权利要求1、2或4所述的一种适用于采油平台的天然气脱硫工艺，其特征在于该工艺包括以下具体步骤：
(a)过滤：含硫化氢的天然气(1)进入过滤器(6)去除多余的水分和固体杂质，分离出的液相送到平台密排系统(2)处理；
(b)缓冲预处理：经过滤后的天然气经进气流量计(7)进入缓冲-脱气罐(9)的缓冲室(11)内，天然气的气相组分在压力作用下进入超重力脱硫机(8)进行脱硫反应，充分反应后的含硫磺的富液回流到缓冲室(11)内；
(c)富液脱气：缓冲室(11)回流的富液液相组分在脱气控制阀(17)的控制下进入脱气室(10)，富液经喷嘴(16)均匀分散液相，并在填料层(13、34)的分散作用下快速脱析液相中饱和的天然气，该处理后的天然气经管路输送到尾气系统(4)，脱气后的富液经输送泵(14)、流量计(22)进入到沉降再生罐(32)；
(d)一级药剂再生：采用了旋流进液方式，由压缩空气系统提供的一级再生气(3)经流量计(21)计量后，按设定的一级气液比随液相旋流进入，来液沿沉降再生罐(32)切线方向进入，在螺旋导流板(29)的作用下形成适度的微旋流流态，并通过在富液和一级再生气(3)的入口管路末端处设有一喷嘴，使再生气与富液快速充分混合，完成一级再生反应；
(e)硫磺沉降：通过流量计(21、22)、液位计(26)以及压力计(23)控制进液压力或流量，使沉降再生罐(32)中的旋流强度控制在适宜程度，由于微旋流流场具备加速不同密度组分以及分离速度的作用，密度大于水的硫磺颗粒将在离心力的作用下向下及向近壁侧富集，在流经至沉降再生罐底部锥底时，固液分离作用更为明显，并在出口处达到固相含量的最高点，最终富含硫磺的高固液相转运到硫磺压滤系统(5)处理；
(f)二级药剂再生：在微旋流的作用下，在沉降再生罐(32)中心偏下区域硫磺颗粒含量降到最低，因此为避免破坏底部流场，导致固相被扰动吸出，在中心筒(30)底部适当高度侧面均匀布置贫液收集孔(31)；贫液在压力作用下，经中心筒(30)向上流动，二级再生气经流量计(35)计量后，按设定的二级气液比加入系统，贫液到达二级再生室(25)后进一步完成药剂的二级再生；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: WUHAN GLT ENERGY AND ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO., Effective date: 20140519 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tang Lizeng Inventor after: Yu Guoxian Inventor after: Chen Shengjian Inventor after: Wang Xiaoxuan Inventor after: Wu Hongguan Inventor before: Tang Lizeng Inventor before: Wang Xiaoxuan |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: TANG LIZENG WANG XIAOXUAN TO: TANG LIZENG YU GUOXIAN CHEN SHENGJIAN WANG XIAOXUAN WU HONGGUAN |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140519 Address after: 300000, Tianjin Binhai New Area, Tanggu new North Road, 4668, innovation and Innovation Park, 24-A, workshop three, A Jiao Applicant after: Lifeng Engineering Technology (Tianjin) Co., Ltd. Applicant after: Wuhan Glt Energy and Environmental Technology Co., Ltd. Address before: 300000, Tianjin Binhai New Area, Tanggu new North Road, 4668, innovation and Innovation Park, 24-A, workshop three, A Jiao Applicant before: Lifeng Engineering Technology (Tianjin) Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140709 Termination date: 20150415 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |