CN105349194B - 一种海上平台超重力脱硫装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上平台超重力脱硫装置及方法。装置包括:超重力机、液位控制罐、脱硫剂储罐、废液储罐；超重力机中部设置有天然气进口，超重力机顶部设置有脱硫剂入口和天然气出口，超重力机底部设置有脱硫剂出口；超重力机脱硫剂出口依次连接液位控制罐和脱硫剂储罐；脱硫剂储罐连接废液储罐，脱硫剂储罐底部连接超重力机脱硫剂入口。方法包括:原料天然气和液相三嗪脱硫剂在超重力机内完成脱除H₂S的过程，净化天然气由超重力机天然气出口导出。本发明将传统脱硫+再生脱硫模式简化仅有脱硫工段，而无需再生工段，脱硫由超重力机完成，该方法效率高、投资省、副产物可回收再利用，无二次污染。

Description

一种海上平台超重力脱硫装置及方法

技术领域

本发明涉及气体净化脱除硫化氢领域，更进一步说，涉及一种海上平台超重力脱硫装置及方法。

背景技术

随着我国海洋资源战略的实施，未来会有大量的油气资源通过海上操作平台开采。同陆上油气田一样，海上油气平台在生产中也会产生大量伴生天然气，这些天然气或通过海底管线外输、或作为海上平台发电系统的燃料。这些天然气通常含有H₂S，含硫天然气长途集输会对管道产生腐蚀，需配套昂贵的抗腐蚀特种管材，基础投入和运行维护成本支出很大；用作平台燃料燃烧会对生产设备造成腐蚀与伤害，污染环境，因此必须对这部分天然气进行平台脱硫处理。海上平台受地理环境和空间所限，不宜开展和运行复杂的工程项目，陆上炼厂等采用的脱硫装备与技术无法适应平台的特殊环境。

目前海上平台脱硫多采用占地空间小，便于操作的整装型脱硫装置，采用如分子筛、氧化铁等对天然气进行脱硫处理。这一类方法硫容有限，需定期做再生处理，脱硫效果随再生次数增多会越来越差，由于成本较高，更适合于气体的精脱硫处理。

中国专利200310101838.1报道了超重力旋转床+有机胺脱除气体中H₂S的方法、报道未涉及再生工段。

中国专利200710101508.0及实用新型200620023555.9报道了超重力旋转床+氧化还原(络合铁)法脱除气体中H₂S的方法、脱硫工艺均为吸收+再生模式。

中国专利201110076120.6报道了超重力旋转床+氧化还原(络合铁)法脱除气体中H₂S的方法，该方法在200710101508.0的基础上，增加了超重力旋转床再生工段，进一步缩减了装备体积。

上述方法均致力于通过选择合适的脱硫+再生模式，使海上平台脱硫装备小型化，但均未跳出吸收+再生的思路模式。

对于海上平台脱硫，对工艺流程的设计要求是在满足脱硫指标合格的基础上尽量从简。因此，从脱硫模式上考虑，如能找到一种技术方案，使用一种适合的脱硫剂，使净化过程只有脱除H₂S单元，而无需考虑再生问题，无疑会是最优的海上平台脱硫方案。

三嗪类化合物是在环己烷或苯环的基础上，用氮原子进行取代，形成的1，3，5位为氮原子的六元环化合物。三嗪及其衍生物可用作除草剂、炸药、阻燃剂、光稳定剂、抗菌剂等，用途甚广。近年国外开始将其作为脱硫剂开展研究。三嗪类化合物作为液体脱硫剂，主要适用于H₂S含量较低的油气田脱硫。由于操作方便，廉价易得，目前有海上平台采用直接注入式脱硫模式，在特定点将三嗪类脱硫剂直接导入天然气管道中，与含硫天然气并流接触，随着管线流动，同时在一定距离设置一些节点，气液分离将脱硫剂导出。这一方法目前存在的问题是：(1)并流接触传质推动力小，海上平台空间有限，提供的“脱硫段”管线不可能很长，实践中净化气指标频繁超标；(2)由于问题(1)的存在，使得实际运行中脱硫剂消耗很大，不仅增加了脱硫成本，平台工作人员的工作负荷也很大。上述问题制约了直接注入式脱硫模式的使用，自然也限制了三嗪脱硫剂的使用。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种海上平台超重力脱硫装置及方法。使用新型脱硫剂三嗪类化合物，将传统脱硫+再生脱硫模式简化仅有脱硫工段，而无需再生工段，脱硫由超重力机完成，该方法效率高、投资省、可明显降低脱硫剂使用量，副产物可回收再利用，无二次污染。

超重力工程技术是一门新兴的工程技术，其原理是利用旋转产生的离心力场模拟超重力环境，强化传质与反应过程。在超重力条件下，不仅传质过程加快，气速也可以得到大幅度提高，使单位设备体积的生产效率大幅提高，因此超重力技术是强化传递和反应过程的一项突破性技术。

本发明的目的之一是提供一种海上平台超重力脱硫装置。

包括:超重力机、液位控制罐、脱硫剂储罐、废液储罐；

超重力机中部设置有天然气进口，超重力机顶部设置有脱硫剂入口和天然气出口，超重力机底部设置有脱硫剂出口；

超重力机脱硫剂出口依次连接液位控制罐和脱硫剂储罐；脱硫剂储罐连接废液储罐，脱硫剂储罐底部连接超重力机脱硫剂入口。

其中：

液位控制罐与脱硫剂储罐间的管线中设置有PH值检测仪。

所述脱硫剂储罐上设置有补充脱硫剂入口；

脱硫剂储罐和废液储罐之间设置有阀门。

本发明的目的之二是提供一种海上平台超重力脱硫方法，其特征在于所述方法包括：

原料天然气和液相三嗪脱硫剂在超重力机内完成脱除H₂S的过程，净化天然气由超重力机天然气出口导出。

具体包括以下步骤：

1)原料天然气沿切向进入超重力机，液相三嗪脱硫剂由超重力机顶部进入，在填料层气液逆流接触完成脱硫过程；

2)反应后的脱硫剂由超重力机脱硫剂出口进入液位控制罐，然后进入脱硫剂储罐，供脱硫循环使用；脱除H₂S后的净化天然气由超重力机顶部出口导出，进入后续工段加工处理。

其中：

当脱硫剂PH值降至8.0-8.2之间时，将脱硫剂储罐和废液储罐之间的阀门打开，将失效脱硫剂导入废液储罐。

待脱硫剂储罐液位降低时添加新鲜脱硫剂将液位提升至满罐四分之三处。

具体可采用以下技术方案:

液态三嗪脱硫剂由超重力机顶部入口进入超重力场，在超重力场中被金属丝网填料分散剪切为细小液滴液丝液膜，与自超重力机气体入口进入的原料天然气逆流接触，发生反应脱除天然气中的H₂S。反应后的脱硫剂由超重力机液相出口进入液位控制罐，然后进入脱硫剂储罐，供脱硫循环使用。净化天然气脱除H₂S后由超重力机气体出口导出，进入后续工段加工或处理。

脱硫过程化学反应如下：

该反应为不可逆过程，反应副产物为乙醇胺，理论上圆环上的三个氮元素都可被硫元素取代，实际上由于能量壁垒第三个氮元素很难被硫元素置换。随着三嗪脱硫剂的不断消耗，脱硫液体系的PH值会逐渐降低，直至彻底丧失脱硫能力，因此评价脱硫剂是否有效的标准就是定期检测脱硫剂的PH值，使之不低于某一特定下限值，PH值超标意味着必须更换新脱硫剂。

三嗪脱硫剂价格低廉、脱硫产物溶于水，有杀菌性能，可减少对管道的腐蚀。脱硫废液可二次开发利用，其所含的化学物质可作肥料、污水处理药剂等。本发明中的超重力机+三嗪类脱硫剂工艺流程极为简单，无脱硫剂再生工段，且不存在二次污染，综合成本低，是对直接注入式脱硫模式的重大改进。

现有的干法(如分子筛、氧化铁)脱硫，成本高；湿法脱硫局限于吸收+再生的工艺模式，操作复杂，运行成本高；直接注入式脱硫模式也因工艺自身问题实用性差，三者均不适合海上平台脱硫。

本发明的优点在于工艺过程只有脱硫工段，无脱硫剂再生工段，通常现有技术中的脱硫方法都是指含有脱硫和再生的，本发明的方法省去了脱硫剂再生工段，无再生过程，简化了工艺流程，流程简单，超重力技术是一种过程强化技术，利用旋转产生的离心力模拟超重力场环境，强化气液间的接触，增强传质和反应效率，避免了直接注入式脱硫传质效果差所产生的一系列问题，从而大幅度减小设备体积，降低设备投资，本发明特别适合于天然气中H₂S含量不高的海上平台脱硫过程。

附图说明

图1为本发明的海上平台超重力脱硫装置示意图

附图标记说明：

1原料天然气；2净化天然气；3脱硫剂入；4脱硫剂出；5超重力机；

6液位控制罐；7脱硫剂储罐；8废液储罐；9新鲜脱硫剂加料

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例

如图1所示，一种海上平台超重力脱硫装置。

包括:超重力机、液位控制罐、脱硫剂储罐、废液储罐；

超重力机5中部设置有天然气进口，超重力机5顶部设置有脱硫剂入口和天然气出口，超重力机5底部设置有脱硫剂出口；

超重力机5脱硫剂出口依次连接液位控制罐6和脱硫剂储罐7；脱硫剂储罐7连接废液储罐8，脱硫剂储罐8底部连接超重力机脱硫剂入口。

液位控制罐6与脱硫剂储罐7间的管线中设置有PH值检测仪。

所述脱硫剂储罐7上设置有补充脱硫剂入口；

脱硫剂储罐7和废液储罐8之间设置有阀门。

原料天然气沿切向进入超重力机，液相三嗪脱硫剂由超重力机顶部入口经液体分布器的喷淋孔喷洒于旋转填料内缘，在填料层气液逆流接触完成脱硫过程，反应后的脱硫剂由超重力机底部出口进入液位控制罐，然后进入脱硫剂储罐，供脱硫循环使用。净化天然气脱除H₂S后由超重力机气体出口导出，进入后续工段加工处理。

脱硫剂更换：在液位控制罐与脱硫剂储罐间的管线中安置有在线PH值检测仪，当脱硫剂PH值将至8.0-8.2之间时将管线旁路打开，将失效脱硫剂导入废液储罐，供二次加工使用。待脱硫剂储罐液位降至足够低时再添加新鲜脱硫剂将液位提升至满罐四分之三处即可。

反应条件：入口温度28℃，压力3atm，超重力机转速1200r·min^-1，金属丝网填料共15Kg，孔隙率为98.5％，气液逆流接触脱硫。

对比例

采用的是直接注入式脱硫工艺，反应温度和压力与实施例相同，“脱硫段”管线长度约200m，气液并流接触脱硫。

实施例和对比例的脱硫效果见表1。

表1 实施例与对比例脱硫效果

从表中数据可以看出，本实施例中当气液比为160、220、350时：净化气H₂S含量与对比例没有明显差别，说明此时脱硫效果基本相当；但进一步提高气液比至550时，直接注入式脱硫净化气指标升至13ppm，已经触及二类天然气标准20mg/Nm³红线，而本发明气液比至1100时才刚刚超标，此时对比例净化气H₂S含量已经飙升至278ppm，这说明：(1)本发明的天然气处理能力明显高于直接注入式脱硫模式，操作弹性更大；(2)本发明可明显降低脱硫剂的使用量，实施例的脱硫剂使用量仅为对比例的550/860＝64％，这得益于超重力技术强大的传质和反应强化能力。

需要指出的是：本发明中的脱硫装置在海上平台采用的是整体撬装模式，占地空间仅(长)4×(宽)3×(高)4＝48m³，而对比例直接注入式脱硫工艺仅“脱硫段”管线长度已近200m，本发明小型化特点体现的淋漓尽致；同时本发明操作简单易行，特别适合于海上平台气体脱硫过程。

Claims (7)

1.一种海上平台超重力脱硫装置，其特征在于：

所述装置包括:超重力机、液位控制罐、脱硫剂储罐、废液储罐；

超重力机中部设置有天然气进口，超重力机顶部设置有脱硫剂入口和天然气出口，超重力机底部设置有脱硫剂出口；

超重力机脱硫剂出口依次连接液位控制罐和脱硫剂储罐；脱硫剂储罐连接废液储罐，脱硫剂储罐底部连接超重力机脱硫剂入口；

所述液位控制罐的出口通过管道连接至所述脱硫剂储罐的顶部，所述管道上设有泵。

2.如权利要求1所述的海上平台超重力脱硫装置，其特征在于：

液位控制罐与脱硫剂储罐间的管线中设置有PH值检测仪。

3.如权利要求2所述的海上平台超重力脱硫装置，其特征在于：

所述脱硫剂储罐上设置有补充脱硫剂入口；

脱硫剂储罐和废液储罐之间设置有阀门。

4.一种采用如权利要求1所述的海上平台超重力脱硫装置的脱硫方法，其特征在于所述方法包括:

原料天然气和液相三嗪脱硫剂在超重力机内完成脱除H₂S的过程，净化天然气由超重力机天然气出口导出。

5.如权利要求4所述的脱硫方法，其特征在于所述方法包括:

1)原料天然气沿切向进入超重力机，液相三嗪脱硫剂由超重力机顶部进入，在填料层气液逆流接触完成脱硫过程；

2)反应后的脱硫剂由超重力机脱硫剂出口进入液位控制罐，然后进入脱硫剂储罐，供脱硫循环使用；脱除H₂S后的净化天然气由超重力机顶部出口导出，进入后续工段加工处理。

6.如权利要求5所述的脱硫方法，其特征在于：

当脱硫剂PH值降至8.0-8.2之间时，将脱硫剂储罐和废液储罐之间的阀门打开，将失效脱硫剂导入废液储罐。

7.如权利要求6所述的脱硫方法，其特征在于：

待脱硫剂储罐液位降低时添加新鲜脱硫剂将液位提升至满罐四分之三处。