CN108865308A - 一种天然气脱硫化氢的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然气脱硫化氢的系统及方法，属于天然气开采领域。该系统包括：脱硫剂注入泵、与脱硫剂注入泵入口连接的脱硫剂储罐；气液分离器，设置在天然气输送管线上。该系统还包括：混合器，设置在气液分离器上游的天然气输送管线上，混合器与气液分离器之间的距离大于3km。注入喷嘴，与脱硫剂注入泵出口连接，并设置在混合器的入口处。排污管线，与气液分离器的出口连接。该天然气脱硫化氢的系统，通过混合器与既有的天然气输送管线为天然气与脱硫剂提供充分的反应空间，提高了天然气脱硫化氢的效果。同时，由于混合器体积较小、安装方便，从而简化了天然气脱硫化氢系统的组装过程。

Description

一种天然气脱硫化氢的系统及方法
技术领域
本发明涉及天然气开采领域，特别涉及一种天然气脱硫化氢的系统及方法。
背景技术
油气田中开采出的天然气都含有H2S气体，在天然气的输送过程中，H2S会对输送设备和管道造成腐蚀，影响输送设备和管道的正常使用。因此，需要在天然气进行输送之前，脱除其中的H2S气体，以减少输送设备和管道的腐蚀，保证天然气处理系统的平稳运行。
现有技术提供了一种天然气脱硫方法，在天然气输送管线上沿天然气输送方向顺次设置脱硫塔和气液分离器。将含有H2S的天然气引入脱硫塔，通过脱硫剂注入泵使三嗪脱硫剂以喷淋方式进入脱硫塔，并与含有H2S的天然气相接触，从而除去天然气中的H2S，避免H2S对运输设备和管道的腐蚀。通过气液分离器使脱硫剂与H2S的液体产物及时排出，避免液体产物对天然气的输送产生影响。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术提供的脱硫方法，在进行脱硫处理时，需要建造脱硫塔，脱硫塔体积较大，占地面积大、建设期长、投资高、操作不方便。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种结构简单，脱硫效果好的天然气脱硫化氢的系统及方法，具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种天然气脱硫化氢的系统，所述系统包括：脱硫剂注入泵、与所述脱硫剂注入泵入口连接的脱硫剂储罐；气液分离器，设置在天然气输送管线上。
所述系统还包括：混合器，设置在所述气液分离器上游的所述天然气输送管线上，且所述混合器与所述气液分离器之间的距离大于3km。注入喷嘴，与所述脱硫剂注入泵出口连接，并设置在所述混合器的入口处。排污管线，与所述气液分离器的出口连接。
具体地，作为优选，所述脱硫剂注入泵为柱塞泵。
具体地，作为优选，所述混合器上游的所述天然气输送管线上设置有第一H2S浓度检测元件；所述气液分离器下游的所述天然气输送管线上设置有第二H2S浓度检测元件。
具体地，作为优选，所述系统还包括：可编程逻辑控制器，一端与所述第一H2S浓度检测元件电连接，另一端与所述脱硫剂注入泵电连接。
第二方面，本发明实施例提供了一种利用上述的天然气脱硫化氢的系统进行脱H2S处理的方法，所述方法包括：
通过脱硫剂注入泵使脱硫剂储罐中的脱硫剂经过注入喷嘴进入混合器，使天然气与脱硫剂混合均匀，并在所述混合器和天然气输送管线中进行脱硫反应，得到气体和液体的混合物。
使所述气体和液体的混合物沿所述天然气输送管线进入气液分离器，分离出液体产物和脱硫天然气，所述液体产物进入排污管线，完成所述天然气的脱H2S处理，所述脱硫天然气继续沿所述天然气输送管线向下游流动。
具体地，作为优选，所述脱硫剂注入泵的工作压力大于所述天然气输送管线内的压力。
具体地，作为优选，所述脱硫剂为三嗪类脱硫剂。
具体地，作为优选，所述三嗪类脱硫剂为环已胺三嗪基脱硫剂、正丁胺三嗪脱硫剂、正丙胺三嗪脱硫剂中的一种。
具体地，作为优选，所述脱硫剂的用量为0.006-0.009L/103m3·ppmH2S。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的天然气脱硫化氢的系统，在既有天然气输送管线上增加了混合器，通过混合器代替现有技术中的脱硫塔(吸收塔)，使天然气与脱硫剂在混合器以及天然气输送管线中混合并进行脱硫反应，由于混合器体积较小、安装方便，从而简化了天然气脱硫化氢系统的组装过程，减轻了操作人员的负担。同时，通过在混合器的入口处设置注入喷嘴，使脱硫剂通过注入喷嘴以雾状进入混合器中，使脱硫剂与天然气的混合更加均匀，促进脱硫反应充分进行，提高脱硫效果。天然气与脱硫剂在混合器中混合均匀后进入天然气输送管线，由于混合器与气液分离器之间的距离大于3km，因此，天然气与脱硫剂可以在天然气输送管线中充分进行脱硫反应，以优化脱硫效果。而且，通过在气液分离器的出口处连接排污管线，使天然气与脱硫剂反应产生的液体产物可以直接通过排污管线排出，无需进行再生处理，从而简化了天然气脱硫化氢的过程。另外，本发明实施例提供的天然气脱硫化氢的系统，充分利用了现有输气系统中的气液分离器和天然气输送管线，无需另外新建，使天然气脱硫化氢系统的组建过程更加方便。
可见，本发明实施例提供的天然气脱硫化氢的系统，结构简单，使用方便，脱硫效果好，适于规模化推广应用，尤其适用于新建天然气集输系统投运初期含硫天然气管道的保护和天然气进入处理装置前的脱硫化氢处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的天然气脱硫化氢的系统的结构示意图。
附图标记分别表示：
1 脱硫剂注入泵，
2 脱硫剂储罐，
3 气液分离器，
4 混合器，
5 注入喷嘴，
6 第一H2S浓度检测元件，
7 第二H2S浓度检测元件，
8 排污管线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种天然气脱硫化氢的系统，如附图1所示，该系统包括：脱硫剂注入泵1、与脱硫剂注入泵1入口连接的脱硫剂储罐2；气液分离器3，设置在天然气输送管线上。
该系统还包括：混合器4，设置在气液分离器3上游的天然气输送管线上,且混合器4与气液分离器3之间的距离大于3km；注入喷嘴5，与脱硫剂注入泵1出口连接，并设置在混合器4的入口处；排污管线8，与气液分离器3的出口连接。
下面对本发明实施例提供的天然气脱硫化氢的系统的工作原理进行说明：
通过脱硫剂注入泵1使脱硫剂储罐2中的脱硫剂经过注入喷嘴5进入混合器4，利用注入喷嘴5使喷出的脱硫剂呈雾状，从而使天然气与脱硫剂混合均匀，并在混合器4以及天然气输送管线中进行脱硫反应，得到气体和液体的混合物。使该气体和液体的混合物沿天然气输送管线进入气液分离器3，分离出液体产物和脱硫天然气，液体产物进入排污管线8并排出，完成天然气的脱H2S处理，脱硫天然气继续沿天然气输送管线向下游流动。
本发明实施例提供的天然气脱硫化氢的系统，在天然气输送管线上增加了混合器4，通过混合器4代替现有技术中的脱硫塔，使天然气与脱硫剂在混合器4以及天然气输送管线中混合并进行脱硫反应，由于混合器4体积较小、安装方便，从而简化了天然气脱硫化氢系统的制造和安装过程，减轻了操作人员的负担。同时，通过在混合器4的入口处设置注入喷嘴5，使脱硫剂通过注入喷嘴5以雾状进入混合器4中，使脱硫剂与天然气的混合更加均匀，促进脱硫反应充分进行，提高脱硫效果。天然气与脱硫剂在混合器4中混合均匀后进入天然气输送管线，由于混合器4与气液分离器3之间的距离大于3km，因此，天然气与脱硫剂可以在天然气输送管线中充分进行脱硫反应，以优化脱硫效果。而且，通过在气液分离器3的出口处连接排污管线8，使天然气与脱硫剂反应产生的液体产物可以直接通过排污管线8排出，无需进行再生处理，从而简化了天然气脱硫化氢的过程。另外，本发明实施例提供的天然气脱硫化氢的系统，充分利用了现有输气系统中的气液分离器3和天然气输送管线，无需另外新建，使天然气脱硫化氢系统的组建过程更加方便。
可见，本发明实施例提供的天然气脱硫化氢的系统，结构简单，使用方便，脱硫效果好，适于规模化推广应用，尤其适用于新建天然气集输系统投运初期含硫天然气管道的保护和天然气进入处理装置前的脱硫化氢处理。
具体地，混合器4可以为静态混合器，静态混合器呈管状，其直径与跟其连接的天然气输送管线一致，长度为直径的2-3倍，因此，操作人员很容易将静态混合器安装在天然气输送管线上。静态混合器的内腔中设置有螺旋叶片，用于使流经静态混合器的气体产生涡流，并使不同种类的物质在静态混合器中混合均匀。通过在天然气输送管线上设置混合器4，可以使含H2S的天然气与脱硫剂混合均匀，促进脱硫反应的进行，从而使本发明实施例提供的天然气脱硫化氢的系统具有良好的脱硫效果。
混合器4的入口处设置有注入喷嘴5，注入喷嘴5可以设置在混合器4内(注入喷嘴5应位于混合器4中螺旋叶片的上游)，也可以与混合器4分开设置，即设置在混合器4上游的天然气输送管线上，以保证从注入喷嘴5喷出的脱硫剂能够与含H2S的天然气在混合器4内的均匀混合。注入喷嘴5优选为雾化喷嘴。通过雾化喷嘴使液态的脱硫剂以雾状喷出，便于脱硫剂与含H2S的天然气充分接触和混合，从而促进脱硫反应的进行。注入喷嘴5可以为1个或多个，通过将多个注入喷嘴5设置在混合器4的入口处，使脱硫剂在含H2S的天然气中分散的更加均匀，并与H2S在混合器4的长度范围内充分反应，尽量在混合器4中完成脱硫的大部分反应过程，缩短天然气输送管道中脱硫反应的时间，提高脱硫效率。
具体地，脱硫剂注入泵1为柱塞泵，通过柱塞泵将脱硫剂储罐2中的液体脱硫剂泵入混合器4中，以使脱硫剂与天然气在混合器4中混合均匀，使脱硫剂与天然气中的H2S充分进行脱硫反应，提高脱硫效果。
为了对天然气脱硫化氢的系统的脱硫效果进行检验，混合器4上游的天然气输送管线上设置有第一H2S浓度检测元件6，气液分离器3下游的天然气输送管线上设置有第二H2S浓度检测元件7。通过第一H2S浓度检测元件6对需要进行脱硫处理的天然气中的H2S浓度进行检测，操作人员还需要根据H2S浓度调整脱硫剂的用量，以获得良好的脱硫效果。通过第二H2S浓度检测元件7对脱硫处理后的天然气中的H2S浓度进行检测，以及时了解天然气脱硫化氢的系统的脱硫效果。如果脱硫效果不佳，则需要对系统的运行状态进行检测，或对脱硫剂的用量进行调整，保证天然气脱硫化氢的系统的高效运行。需要进行脱硫处理的天然气和脱硫处理后的天然气中的H2S浓度，可以通过第一H2S浓度检测元件6和第二H2S浓度检测元件7进行检测，也可以在第一H2S浓度检测元件6和第二H2S浓度检测元件7所在的位置设置检测口，通过人工取样进行检测。
含H2S的天然气在混合器4内与脱硫剂混合后，脱硫反应不一定会进行完全，因此，在混合器4下游的天然气输送管线内，脱硫剂仍然会与H2S反应。为了使脱硫剂与天然气中的H2S充分反应，混合器4与气液分离器3之间应有足够长的距离，以获得良好的脱硫效果。混合器4与气液分离器3之间的距离可以根据天然气中H2S的浓度以及脱硫剂的使用量进行调整，一般来说，混合器4与气液分离器3之间的距离大于3km，例如距离为5km，6km等，以避免脱硫剂与H2S还未反应完全就进入气液分离器3，从而影响了天然气脱硫化氢的系统的脱硫效果。
为了使天然气脱硫化氢的系统的使用更加方便，该系统还包括：可编程逻辑控制器，一端与第一H2S浓度检测元件6电连接，另一端与脱硫剂注入泵1电连接。第一H2S浓度检测元件6将检测到的需要进行脱硫处理的天然气中的H2S浓度传输给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器根据H2S浓度计算出需要的脱硫剂的量，然后向脱硫剂注入泵1发出信号，使脱硫剂注入泵1将适量的脱硫剂注入到混合器4中，保证天然气的脱硫效果。通过可编程逻辑控制器代替人工计算，减轻操作人员的负担，实现脱硫剂用量的自动控制和调整。
第二方面，本发明实施例提供了一种利用上述天然气脱硫化氢的系统进行脱H2S处理的方法，该方法包括：
通过脱硫剂注入泵1使脱硫剂储罐2中的脱硫剂经过注入喷嘴5进入混合器4，使天然气与脱硫剂混合均匀，并在混合器4和天然气输送管线中进行脱硫反应，得到气体和液体的混合物。
使气体和液体的混合物沿天然气输送管线进入气液分离器3，分离出液体产物和脱硫天然气，完成天然气的脱H2S处理，脱硫天然气继续沿天然气输送管线向下游流动。
具体地，对天然气进行脱硫化氢处理时，首先通过脱硫剂注入泵1使脱硫剂经过注入喷嘴5进入混合器4中，脱硫剂注入泵1的工作压力大于天然气输送管线内的压力，以保证脱硫剂能够进入天然气输送管道，实现天然气与脱硫剂的充分混合，随着天然气在输送管道内从上游至下游的移动，脱硫剂以及脱硫产物也向气液分离器移动。
脱硫过程中使用的脱硫剂为三嗪类脱硫剂，三嗪类脱硫剂能够以高选择性吸收H2S，理论上，三嗪可以与H2S以1:3的摩尔比反应，即每1mol的三嗪可以吸收3mol的H2S。因此，三嗪类脱硫剂除H2S的效率较高。三嗪类脱硫剂优选为环已胺三嗪基脱硫剂、正丁胺三嗪脱硫剂、正丙胺三嗪脱硫剂中的一种。
三嗪类脱硫剂与H2S的反应条件比较宽松，只要在正常的天然气输送温度下，例如0-40℃，三嗪类脱硫剂均可以与H2S进行反应，因此，本发明实施例提供的天然气脱硫化氢处理方法，具有广泛的适用性。
根据实际生产中天然气中H2S的含量，脱硫剂的用量一般为0.006-0.009L/103m3·ppmH2S，即每1000m3的天然气中，每含有1ppm(气体浓度)的H2S，就需要使用0.006-0.009L的脱硫剂来进行脱除。举例来说，当1000m3的天然气中含有10ppm的H2S时，脱硫剂的用量应为0.06-0.09L。通过对脱硫剂的用量进行适当限定，在使脱硫剂与天然气中的H2S充分进行脱硫反应，保证脱硫效果的同时，减少脱硫剂的浪费，降低成本，提高脱硫剂的使用效率。本发明实施例提供的天然气脱硫化氢方法，在天然气中硫化氢含量较低的情况下(硫化氢浓度低于100mg/m3)，能够一次性将天然气处理至达到GB17820二类气的要求，即H2S浓度不大于20mg/m3，脱硫效果优异。
三嗪类脱硫剂与天然气中的H2S充分混合并反应后，会生成具有缓蚀效果的液态可降解产物，该液态可降解产物与脱硫天然气经过天然气输送管线运动至气液分离器3，通过气液分离器3将液态可降解产物分离出来，并通过排污管道8排走，以使天然气脱硫化氢的系统能够连续平稳运行，避免液态产物过多影响天然气的输送。液态可降解产物通过排污管线8直接排放，无需再进行再生处理等，从而简化了天然气脱硫化氢的过程，减轻操作人员负担。
以下将通过具体实施例进行详细阐述，在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品：
实施例1
本实施例提供了一种天然气脱硫化氢的系统，如图1所示，该系统包括：脱硫剂注入泵1、与脱硫剂注入泵1连接的脱硫剂储罐2。混合器4，设置在天然气输送管线上。注入喷嘴5，与脱硫剂注入泵1连接，并设置在混合器4的入口处。气液分离器3，设置在混合器4下游的天然气输送管线上。排污管线8，与气液分离器3的液相排污出口连接。
混合器4上游的天然气输送管线上设置有第一H2S浓度检测元件6，气液分离器3下游的天然气输送管线上设置有第二H2S浓度检测元件7。
其中，脱硫剂注入泵1为柱塞泵。混合器4与气液分离器3之间的距离为4km。
实施例2
本实施例提供了一种利用实施例1提供的天然气脱硫化氢的系统进行脱H2S处理的方法，该方法包括：
通过脱硫剂注入泵1将0.008L/103m3·ppmH2S的环已胺三嗪基脱硫剂经过注入喷嘴5进入混合器4，使天然气与环已胺三嗪基脱硫剂混合均匀，并在混合器4和天然气输送管线中进行脱硫反应，得到气体和液体的混合物。
使气体和液体的混合物沿天然气输送管线进入气液分离器3，分离出液体产物和脱硫天然气，液体产物进入排污管线8，完成天然气的脱H2S处理，脱硫天然气继续沿天然气输送管线向下游流动。
通过第一H2S浓度检测元件6检测到，脱H2S处理前，天然气中H2S的浓度为60mg/m3。通过第二H2S浓度检测元件7检测到，脱H2S处理后，天然气中H2S的浓度降至4mg/m3。可见，通过本实施例提供的脱H2S方法处理后，天然气中H2S的浓度大幅降低，说明该处理方法脱H2S效果优异。
实施例3
本实施例提供了一种利用实施例1提供的天然气脱硫化氢的系统进行脱H2S处理的方法，该方法包括：
通过脱硫剂注入泵1将0.009L/103m3·ppmH2S的正丁胺三嗪脱硫剂经过注入喷嘴5进入混合器4，使天然气与正丁胺三嗪脱硫剂混合均匀，并在混合器4和天然气输送管线中进行脱硫反应，得到气体和液体的混合物。
使气体和液体的混合物沿天然气输送管线进入气液分离器3，分离出液体产物和脱硫天然气，液体产物进入排污管线8，完成天然气的脱H2S处理，脱硫天然气继续沿天然气输送管线向下游流动。
通过第一H2S浓度检测元件6检测到，脱H2S处理前，天然气中H2S的浓度为70mg/m3。通过第二H2S浓度检测元件7检测到，脱H2S处理后，天然气中H2S的浓度降至3.6mg/m3。可见，通过本实施例提供的脱H2S方法处理后，天然气中H2S的浓度大幅降低，说明该处理方法脱H2S效果优异。
实施例4
本实施例提供了一种利用实施例1提供的天然气脱硫化氢的系统进行脱H2S处理的方法，该方法包括：
通过脱硫剂注入泵1将0.006L/103m3·ppmH2S的正丙胺三嗪脱硫剂经过注入喷嘴5进入混合器4，使天然气与正丙胺三嗪脱硫剂混合均匀，并在混合器4和天然气输送管线中进行脱硫反应，得到气体和液体的混合物。
使气体和液体的混合物沿天然气输送管线进入气液分离器3，分离出液体产物和脱硫天然气，液体产物进入排污管线8，完成天然气的脱H2S处理，脱硫天然气继续沿天然气输送管线向下游流动。
通过第一H2S浓度检测元件6检测到，脱H2S处理前，天然气中H2S的浓度为50mg/m3。通过第二H2S浓度检测元件7检测到，脱H2S处理后，天然气中H2S的浓度降至4mg/m3。可见，通过本实施例提供的脱H2S方法处理后，天然气中H2S的浓度大幅降低，说明该处理方法脱H2S效果优异。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种天然气脱硫化氢的系统，所述系统包括：脱硫剂注入泵(1)、与所述脱硫剂注入泵(1)入口连接的脱硫剂储罐(2)；
气液分离器(3)，设置在天然气输送管线上；
其特征在于，所述系统还包括：
混合器(4)，设置在所述气液分离器(3)上游的所述天然气输送管线上，且所述混合器(4)与所述气液分离器(3)之间的距离大于3km；
注入喷嘴(5)，与所述脱硫剂注入泵(1)出口连接，并设置在所述混合器(4)的入口处；
排污管线(8)，与所述气液分离器(3)的出口连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脱硫剂注入泵(1)为柱塞泵。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合器(4)上游的所述天然气输送管线上设置有第一H2S浓度检测元件(6)；
所述气液分离器(3)下游的所述天然气输送管线上设置有第二H2S浓度检测元件(7)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：可编程逻辑控制器，一端与所述第一H2S浓度检测元件(6)电连接，另一端与所述脱硫剂注入泵(1)电连接。
5.利用权利要求1所述的天然气脱硫化氢的系统进行脱H2S处理的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过脱硫剂注入泵(1)使脱硫剂储罐(2)中的脱硫剂经过注入喷嘴(5)进入混合器(4)，使天然气与脱硫剂混合均匀，并在所述混合器(4)和天然气输送管线中进行脱硫反应，得到气体和液体的混合物；
使所述气体和液体的混合物沿所述天然气输送管线进入气液分离器(3)，分离出液体产物和脱硫天然气，所述液体产物进入排污管线(8)，完成所述天然气的脱H2S处理，所述脱硫天然气继续沿所述天然气输送管线向下游流动。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述脱硫剂注入泵(1)的工作压力大于所述天然气输送管线内的压力。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述脱硫剂为三嗪类脱硫剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述三嗪类脱硫剂为环已胺三嗪基脱硫剂、正丁胺三嗪脱硫剂、正丙胺三嗪脱硫剂中的一种。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述脱硫剂的用量为0.006-0.009L/103m3·ppmH2S。
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