CN1064940A - 含硫气体的处理及储存方法与设备 - Google Patents

Abstract

处理含硫气体的方法和设备包括对气体脱水获 得一水含量低于100ppm的干气，然后将干气储存一 与硫不发生反应的容器中。

Description

本发明涉及一种处理含硫气体的方法和设备，特别涉及一种含硫气体的处理方法和设备以阻止其中的含硫成分在储存期间发生降解。

现代工业所面临的一个主要问题是环境污染的控制。工业生产中所使用和/或产生的工业气中最有害的污染物之一是含硫化合物，含硫化合物的有害性不仅表现在含硫气燃烧造成的环境污染，而且表现在含硫化合物对与其接触的工业和实验室设备的腐蚀。

鉴于前面所述，迫切希望能够对工业气等进行精确分析并测定其硫含量以保证对所述气体进行正确处理，避免此类工业气中的硫成分的不利影响。迄今为止，含硫气的选样和储存还是一个尚未解决的问题。主要原因是待分析的气体中的含硫成分会随时发生降解，因此，各种工业场合所使用的气体的硫含量的测定值低于其实际值。即使浓度低于5%，硫成分也会发生降解，所有气体，不论是天然气，工业气还空气，其中的含硫成分都会发生降解。

先前技术试图解决上述问题，在“含有蒸汽和废气的空气的取样和储存方法”一文中，（Int.J.Air.Poll.，1959年，第二卷，第142-158页），提出了含硫化合物储存时遇到的几个难题，其中包括，与其他各种化合物相比，较难测定硫化合物的浓度，及硫化合物储存期间的快速降解时间。虽然通过选取适当的储存装置，二氧化硫的降解时间可以延长，然而，降解还是会在相当短的时间内发生。因此，即使选取适当的储存器材料，有效的长期储存还是不可能的。

硫化合物除储存困难外，同样困难的是难以精确测定气体中硫化合物的浓度。Drager方法是迄今为止定量测定硫含量的最可靠的可供选择的方法之一。虽然Drager方法可以用于现场测量，但是该方法存在一些局限性;精度不高，此方法仅对某些硫化合物灵敏，操作者需要具有丰富的实践经验。当不止一种硫化合物存在时，会产生光干扰。另外，Drager方法没有提供储存气体的设备。

对于硫化合物的分析还建立了其他的方法。

Kimbell的美国专利3，756，781披露了一种分析烃中硫含量的方法，该方法首先将烃裂变成具有较简单分子结构的化合物。

Sisti的美国专利4，293，308披露了一种测定气体样品中极少量硫的方法和设备。

总之，由于气体中硫化合物在储存时发生降解，其含量很难随时测定。然而，由于这些硫化合物的浓度即使很低也是有害的，因此，希望能够测出十亿分之几的硫浓度。希望有一种简便的方法和设备对含有硫化合物的气体进行取样和储存，而储存时硫化合物很少或不发生降解，使得以后能够精确测出其硫的浓度。另外，为了能更有效地使用，这种设备应便于携带，使它可以移到气体的供给处。很多实际应用需要能够在晚一些的时候得到精确的硫含量值，而现有技术对这一问题都没有提出一个解决的办法。

因此，如前所述，迫切需要提供一种处理含硫气的有效方法和设备，以阻止该气体中硫成分在储存期间发生降解，从而使得能够精确测量气体中实际硫含量。

因此，本发明的主要目的是提供一种储存含硫气的方法和设备，以阻止其含硫成分储存期间发生降解。

本发明的一个特别目的是提供如前所述的一种方法，该方法是在储存前对含硫气体进行预处理，以阻止该含硫成分在储存期间发生降解。

本发明的另一个目的是提供一储存容器，该储存器对气体中的硫成分而言是非反应活性的。

本发明还有一个目的是对该含硫气体进行脱水及将其储存于无反应活性的容器中，以阻止其含硫成分储存时随时发生降解。

本发明的其他目的及优点将在下文中得到描述。

按照本发明，很易实现前述的目的及优点。

本发明涉及一种处理和储存含硫气体的方法和设备，更特别地，涉及一种处理含硫气体以阻止其中的含硫成分储存期间发生降解的方法和设备。

按照本发明方法，对含硫气体进行脱水以获得水含量低于100ppm的干气。按照本发明，从气体中每脱除一升水必须使用多于或等于1.5KG的脱水剂处理气体。脱水后的干气随后储存于一容器中，此容器对气体中残留的硫成分是非反应活性的，并且此容器具有防水性以阻止储存气重新吸水。按照本发明的方法，该方法中使用的脱水剂是从下面一组中选取的：碳、高氯酸镁、甘醇、硅胶、氧化铝及其混合物，优选是高氯酸镁。本发明的方法中还有一个特征是，必须控制进入脱水区气体的温度、压力和流速，使得脱水剂对气体的脱水效果最佳。

本发明的设备还包括一个脱水区，该脱水区内由至少一个装有脱水剂的阱所组成，气体流经该阱。按照本发明的优选实例，脱水区包括多个阱，根据所述的阱中脱水剂的饱和度的指示值，气体将选择性地从所述的阱中的任一个阱中流过。本发明的设备还包括一个储存器，该储存器对气体中的含硫成分无反应活性并具有防水性。优选的储存器可以从下列二者中选择，商标为Calibrated  Systems的镀铝塑料袋和商标为Airco的经光密处理的铝筒。

本发明方法和设备对从气源中取出了许多天后的气体，可获得其中的硫含量的精确读数。本发明的设备可以进行高精度测量具有很多好处，其中包括（1）可以在制备天然气时进行质量控制;（2）确保提供给厂商和消费者的天然气的质量和组成;（3）减少输送气体的管路和设施的腐蚀;（4）降低所述的含硫气的使用对环境造成的污染。

附图简要说明

图1是本发明设备和工艺流程的图示说明。

图2是湿气和脱水气样储存期间含硫成分降解的图示说明。

图3是各种储存器对脱水气中含硫成分降解的影响的图示说明。

图4是脱水气储存期间，储存器对其含硫成分降解的影响的进一步图示说明。

图1是本发明整个系统的图示说明，应用本发明方法对含硫气实施脱水和储存，使其中含硫成分在储存时不发生降解。

系统10连一接头12，接头12用于连接一输气管线并从其中引入气体。气体可以是任何气源产生的气体，如油田气，环境气等。一般来说，随着气源的不同，气体中的含水量可以高达20，000ppm，其硫含量可以低至10ppm。气体流经管路14，管路14优选是涂敷聚四氟乙烯的钢管，管路14后面顺序连接用于调节压力的毫微表16，用于测量温度的温度计18和用于控制流入脱水区22的气体流速的转子流量计20。气体压力优选是介于10至100Psi之间，温度不高于60℃以及流速介于0.2至2.01/min之间。这些参数必须维持在上述范围之内的原因如下：（1）当压力高于40Psi时，脱水装置需要加固;（2）当温度高于60℃时，本发明中使用的脱水剂颗粒的外形将会发生磨损，从而降低脱水效果及（3）流速较高时，气体与脱水剂的接触时间不长，达不到所需的脱水效果。脱水剂可以从一组众所周知的物质中选取，如硅胶、氧化铝、高氯酸镁、碳、甘醇及其混合物，优选是高氯酸镁。

在单元16，18和20的上游管路14上接一排水阀24，排水阀24用于从系统中排除气体中可能存在的所有液体。多数天然气中含有基本由C-C馏份组成的液相，这些液相随同气体一起被输送。由于系统与主气管线之间的压差产生的膨胀效应导致的冷凝会使液相增加。

阀门24有两个位置，（a）连接管线14与脱水区22，或（b）使管线14与大气相通，以便调节三个参数（温度、压力和流速），及释放系统中过高的气压。必须强调的是本发明系统是一个动态系统，这意味着气体不断地流经全系统。当阀门24处于（b）位置时，可以测出气体中的硫含量，得到硫含量的参比值，将经过脱水和每储存几天后测得的硫含量与其对比，并评价系统的性能。将Drager管与阀门24相接，用已知的方法测出硫含量。当阀门24处于（a）位置时，气体可以到达分配阀28。阀28是单路输入、多路输出型阀门优选为五路型阀门。分配阀28使气体选择流入有机玻璃阱组30中的任一个阱中，阱中填有本发明中用于脱除气体中水分的脱水剂。通过管线26，将所述的分配阀28的每一路输出与一个有机玻璃阱30相连接，这样每次只使用一个阱30。因此，有机玻璃阱30的数目与分配阀28的输出路数目相同。本发明的一个优选实例中，用于脱除气体中的水分的阱只有一个。然而，如果需要的话，可以使用一组阱30。正如下文所述，关键性的特征是从阱30中流出的气体的水含量必须低于100ppm，

多路输入、单路输出型分配阀32将每一个阱30与温度计34相连，此处的气体已脱除水分。通过测定从阱中流出气体的含水量，可以从湿度计34的读数观察出任一阱30中脱水剂的饱和点。当阱中脱水剂已达饱和点时，调节分配阀28，使气体从脱水剂吸水饱和的阱30中流向另一个脱水剂未饱和的阱30。为了在所设计的系统中有效地脱水，脱水剂与气体中含水量的比率必须维持在1.5kg/1l以上。安装在湿度计34下游的阀门36用于，（a）连接从湿度计34中引出的管线38和储存器40，或用于（b）使系统与大气相通，以降低系统压力。当位于（a）位置时，阀门36用于控制流入储存器40中的气体体积。本发明中使用的储存器40通过气密连接装置42与系统中的其余部分相通。本发明中的设备和方法中使用的储存器选用不与硫发生反应并不透水的材料制成，以保持储存过程中的水含量，本发明的储存器优选是外表镀铝的塑料袋和涂塑的如环氧树脂等的铝筒。

实施例1

为了说明水含量对含硫气体储存时硫化合物的降解的影响，将水含量为100ppm的天然气按本发明方法处理。与典型的天然气相比较，含水量为100ppm的天然气可以认为是一非常干燥的气体。该气体在30psi的压力、55℃，以每分钟1.5升的流速加入到含有高氯酸镁的脱水区内。脱水区内高氯酸镁的量应足以使气体中的水含量减少约90%，就是说，每除去一升水要用1.5kg的高氯酸镁。脱水后的干气中的硫含量经测定为12ppm。

随后将该干气引入到一镀铝的储存容器内，该储存容器的内壁是电镀涂敷的。所述的圆筒是Airco公司出售的商品圆筒。将水含量为100pm的未处理的气体储存于与此相同的储存容器中。储存三天后，再次测量该气体的硫含量，处理后的脱水气体的硫含量为11.9ppm，与脱水后的气体的硫含量基本相同。而未经处理的，水含量为100ppm的湿气的硫含量则为1.9ppm。这一实施例清楚地说明了储存前先对气体进行脱水处理可有效地防止其中的含硫化合物的降解。结果请见图2。

实施例2

实施例2是为了说明在储存时，储存容器对硫的降解的影响。该实施例中，实施例1的脱水后的气体分别储存于3个不同的容器中。第一个容器是Calibrated  Systems出售的浸镀铝的塑料袋。第二个容器则是用聚四氟乙烯涂敷的钢制容器。第三个容器则是Hamilton出售的有机玻璃罐。如图3所示，储存于Calibrated  Systems的浸镀铝的塑料袋中的气体的硫的降解比储存于实施例1的浸镀铝的圆筒中的硫的降解要低。而储存于用聚四氟乙烯涂敷的钢铜中的气体则比储存于镀铝塑料袋以及铝质圆筒中的效果要稍差一些，而储存于Hamilton公司的有机玻璃罐中的气体储存三天，其中的硫几乎全部降解。该实施例表明，防止气体中的硫降解的优选的储存器是Calibrated  System出售的镀铝的塑料袋。

实施例3

为进一步说明本发明方法的优点，特别是脱水对储存时气体中的硫的降解的影响，进一步进行了下述试验：将硫含量25ppm的气体储存在实施例2中提到的优选镀铝塑料袋中，含水量为15，000ppm的湿气同样存放于另一镀铝袋中。存放8天后测定两种气体中的硫含量，存放16天后再测定一次。如图4所示，湿气中的硫含量经16天储存后，某含硫成份全部降解，而按照本发明方法处理过的气体硫浓度的减少低于20%。

上述实例清楚地说明，当含硫气存放于最适宜的储存器中时，本发明方法能确实有效地阻止其中含硫成分的降解。

本发明还可以以其他的方式或方法实施而不脱离本发明的实质和基本特征。因此，本实施例可以认为是对本发明的一个全面的说明，而不是限制本发明，本发明的范围将在后面的权利要求书中说明，不脱离本发明的范围的任何其他变化被认为是本发明的等价变化。

Claims (28)

1、处理含硫气体以防止其中的含硫成份在储存时发生降解的方法，包括以下步骤：

a).提供一含硫气体；

b).对所述气体脱水以得到一水含量低于100ppm的干气；

c).将所述干气储存在与气体中的硫不发生反应的容器中。

2、根据权利要求1的方法，其中所述气体的水含量高达20，000ppm。

3、根据权利要求1的方法，其中对所述气体的脱水包括以下步骤：

提供一脱水区，使所述的气体流经所述的脱水区。

4、根据权利要求3的方法，其中所述的脱水区包括至少有一个填充有脱水剂的有机玻璃阱。

5、根据权利要求4的方法，其中所述的脱水剂是从一组包括碳，高氯酸、甘醇、硅胶、氧化铝及其混合物中选取的。

6、根据权利要求4的方法，包括在所述的至少有一个有机玻璃阱的下游位置测量所述气体的水含量。

7、根据权利要求1的方法，进一步包括下述步骤：在对所述气体脱水之前，调整其温度、压力和流速。

8、根据权利要求7的方法，其中所述的温度低于60℃，所述压力从10psi至100psi，所述流速从0.21/min至2.01/min。

9、根据权利要求1的方法，包括在对所述气体脱水之前，除掉其中所含有的任何液相的步骤。

10、根据权利要求1的方法，包括在对所述气体脱水之前，测定其中水含量的步骤。

11、根据权利要求1的方法，包括在对所述气体脱水之前，测定其中硫含量的步骤。

12、用于处理含硫气体以阻止其中含硫成分在储存时发生变化的设备包括：用于脱除所述气体的水分以制备水含量达100ppm的干气的装置;和用于储存所述气体的装置。

13、根据权利要求12的设备，其中所述的脱水装置包括一个脱水区，该脱水区至少有一个装有脱水剂的有机玻璃阱。

14、根据权利要求13设备，其中所述的脱水剂是从一组包括碳、甘醇、高氯酸镁、硅胶和氧化铝中选取的。

15、根据权利要求13的设备，其中所述的装有脱水剂的装置进一步包括用于分配所述气体仅进入到所述的有机玻璃阱中之一的装置，和用于仅从所述有机玻璃阱之一中收集所述干气的装置。

16、根据权利要15的设备，其中所述的分配装置包括一个单路输入、多路输出的阀门，所述的收集装置包括一个多路输入、单路输出的阀门。

17、根据权利要求12的设备，进一步包括：用于调整所述气体压力的装置;用于调整所述气体温度的装置;用于调整所述气体流速的装置。

18、根据权利要求12的设备，包括用于从所述气体中除去液相部分的装置。

19、根据权利要求15的设备，进一步包括用于测定所述干气中水含量的湿度计。

20、根据权利要求12的设备，其中所述的储存装置包括镀铝塑料袋。

21、根据权利要求12的设备，其中所述的储存装置包括预处理过的铝筒。

22、处理含硫气体以阻止其中含硫成份在储存时发生降解的方法，包括以下步骤：

a）提供一已知水含量的含硫气;

b）使所述的气体与脱水剂相接触，从所述气体中每脱除一升水，脱水剂的用量大于或等于1.5KG，以得到干气;

c）储存所述的干气于一不与含硫成分发生反生反应的容器中。

23、根据权利要求22的方法，其中所述气体的水含量可高达20，000ppm。

24、根据权利要求22的方法，其中所述的脱水剂是从一组包括碳、高氯酸镁、甘醇、硅胶和氧化铝中选取的。

25、根据权利要求22的方法，其中包括测定所述干气中的水含量以为了确定何时所述的脱水剂达到饱和。

26、根据权利要求22的方法，其中在所述气体与所述脱水剂接触之前，测定所述气体的压力、温度和流速。

27、根据权利要求26的方法，其中所述压力从10psi至100psi，所述温度低于等于60℃及所述流速从0.21/min至2.01/min。

28、根据权利要求22的方法，进一步包括在所述气体脱水之前，除掉其中任何液相的步骤。

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