CN109504477B - 一种基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置及工艺方法，包括分离器、第一反应塔、第二反应塔和放空系统。分离器的进气口与含硫原料天燃气的管路出口连接，分离器的出气口与第一反应塔、第二反应塔的并联的进气口连接，第一反应塔、第二反应塔的出气口分别与外输管路、放空系统并联的进气口连接，放空系统的进气口与含硫原料天燃气管路、第一反应塔、第二反应塔并联的出气口连接。通过反应塔，使天然气与非再生溶液充分接触，提高反应效率，在国内首次采用非再生溶液通过吸收塔在含硫气井井场进行反应，除硫率高、溶液耗量小，反应迅速，工艺过程无需任何外部能源能耗，零污水外排，反应产物无毒无害。
Description
技术领域
本发明属于气田气井井场的回收与环境保护技术领域，尤其是涉及一种基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置及工艺方法。
背景技术
天然气脱硫的方法比较多，主要包括湿法脱硫技术、干法脱硫技术（氧化还原法和活性炭脱硫工艺技术）、气体膜分离法脱硫技术、微生物脱硫技术等，依据气田生产的实际情况，优选适合的脱硫技术，以最少的投入，获得最佳的效益为基础，满足气田生产节能降耗的技术要求。
湿法脱硫属于化学脱硫的方法，适用于天然气的处理量大，H2S含量高的区域，处理效果好，但不适应于天然气单井井场脱硫。醇胺法脱硫技术是目前现场最常用的方法，选择甲基二乙醇胺或者二乙醇胺作为脱硫液，但使用中存在反应后的酸气需要进行硫磺回收及尾气处理，整个流程复杂；干法脱硫技术也是目前现场应用较多的方法。脱硫剂伟固体吸附剂，包括铁系、锌系氧化物或者活性炭等，主要存在的问题就是固体吸附剂的回收处理难度大，现场逐渐应用越来越少；气体膜分离法脱硫技术和微生物脱硫技术目前主要在实验研究阶段，现场工业化应用较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过采用非再生溶液与天然气中的H2S反应，迅速脱除H2S，使反应后的外输天然气满足外输气指标的基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置及工艺方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置，包括：
分离器，分离器的进气口与含硫原料天燃气的管路出口连接，分离器的出气口与第一反应塔、第二反应塔的并联的进气口连接；
第一反应塔，第一反应塔的进气口和分离器的出气口连接，第一反应塔的出气口与外输管路、放空系统并联的进气口连接；
第二反应塔，第二反应塔的进气口和分离器的出气口连接，第二反应塔的出气口与外输管路、放空系统并联的进气口连接；
放空系统，放空系统的进气口与含硫原料天燃气管路、第一反应塔、第二反应塔并联的出气口连接。
所述含硫原料天燃气管路的出口处设有进气开关球阀，进气开关球阀与分离器连接的管路上设有检测装置，进气开关球阀与放空系统连接的管路上设有并联的放空安全阀和放空球阀，其中并联的放空安全阀、放空球阀进气口连接在进气开关球阀和检测装置之间，并联的放空安全阀、放空球阀出气口和放空系统的进气口连接。
所述的检测装置包括进气高密封取样截止阀和进气温度计，其中进气高密封取样截止阀上还螺纹连接有进气压力表。
所述第一反应塔的进气口处设有分离出口球阀一，第一反应塔的出气口处设有并联连接的反应塔出口球阀一和脱硫放空球阀一，其中反应塔出口球阀一设在外输管路上，脱硫放空球阀一设在放空系统管道上。
所述第二反应塔的进气口处设有分离出口球阀二，第二反应塔的出气口处设有并联连接的反应塔出口球阀二和脱硫放空球阀二，其中反应塔出口球阀二设在外输管路上，脱硫放空球阀二设在放空系统管道上。
所述分离器、第一反应塔和第二反应塔的底部均开设有排污口，并联的分离器排污口、第一反应塔排污口、第二反应塔排污口的出气口与外输管路的进气口连接，外输管路的出气口处设有外输球阀。
所述分离器的底部和侧壁分别开设有分离器排污口，分离器侧壁的排污口处设有分离器排污球阀一，分离器底部的排污口处设有分离器排污球阀二，其中分离器排污球阀一、分离器排污球阀二的并联管道出口处串联有间歇式疏水阀和分离器止回阀。
所述第一反应塔排污口处串联有脱硫排污球阀一和脱硫排污止回阀一；所述第二反应塔排污口处串联有脱硫排污球阀二和脱硫排污止回阀二。
所述第一反应塔、第二反应塔并联的出气口处设有外输高密封取样截止阀、外输温度计和外输节流阀，其中外输高密封取样截止阀上还螺纹连接有外输压力表，外输节流阀和外输管路的进气口连接。
一种气田单井液体脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：进气 含硫原料天燃气从其管道出口进入分离器；
步骤二：分离 含硫原料天燃气从分离器的进气口进入第一反应塔或第二反应塔，分离器的采出液从分离器排污口排出至外输管路；
步骤三：脱硫 含硫原料天燃气进入第一反应塔或第二反应塔中并在其底部均匀分布，然后含硫原料天燃气和非再生溶液充分接触和高效反应，完成脱硫工作，脱硫后的天燃气进入外输管路向外排出；第一反应塔或第二反应塔的采出液从其底部的第一反应塔排污口或第二反应塔排污口排出至外输管路；
步骤四：外输 脱硫后的天燃气从外输管路向外排出，分离器、第一反应塔、第二反应塔的采出液也通过外输管路向外排出；其中含硫原料天燃气、第一反应塔、第二反应塔和放空系统分别汇聚在一起。
本发明的有益效果是：本发明通过设置反应塔，使天然气与非再生溶液充分接触，非再生溶液包括三嗪溶液，提高反应效率，达到天然气快速、高效、持续脱硫的目的，在国内首次采用非再生溶液通过吸收塔在含硫气井井场进行反应，具有除硫率高、溶液耗量小、反应迅速、运行费用低的特点，工艺过程无需任何外部的水、电、气等能源能耗，具有显著的节能降耗效果，反应后的溶液可直接排入后面的采气管线，可实现零污水外排，反应产物无毒无害，总体技术性能优势大，具有显著的经济效果。
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说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，其中：
图1是本发明的系统结构示意图。
图中：101、开关球阀；102、放空安全阀；103、放空球阀；104、进气高密封取样截止阀；105、进气压力表；106、进气温度计；200、分离器；201、分离器排污球阀一；202、分离器排污球阀二； 203、间歇式疏水阀；204、分离器止回阀；205、分离出口球阀一；300、第一反应塔；301、反应塔出口球阀一；302、脱硫放空球阀一；303、分离出口球阀二；304、脱硫排污球阀一；305、脱硫排污止回阀一；400、第二反应塔；401、反应塔出口球阀二；402、脱硫放空球阀二；403、外输高密封取样截止阀；404、外输压力表；405、外输温度计；406、外输节流阀；407、外输球阀；408、脱硫排污球阀二；409、脱硫排污止回阀二。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式 、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
实施例1：
一种基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置，，其特征在于，包括：
分离器200，分离器200的进气口与含硫原料天燃气的管路出口连接，分离器200的出气口与第一反应塔300、第二反应塔400的并联的进气口连接；
第一反应塔300，第一反应塔300的进气口和分离器200的出气口连接，第一反应塔300的出气口与外输管路、放空系统并联的进气口连接；
第二反应塔400，第二反应塔400的进气口和分离器200的出气口连接，第二反应塔400的出气口与外输管路、放空系统并联的进气口连接；
放空系统，放空系统的进气口与含硫原料天燃气管路、第一反应塔300、第二反应塔400并联的出气口连接。
本发明的脱硫装置适合于低含硫、小规模的天然气脱硫，尤其是天然气井场脱硫，脱硫效果好，具有运行费用低，脱硫产物无需回收，可直接回注地层等诸多优点，可在国内外同类井场推广使用。
如图1所示，本发明的脱硫装置包括分离器200、第一反应塔300、第二反应塔400、外输管路和放空系统，其中分离器200是立式分离器，分离器200的设置是结合非再生溶液脱硫的特点，避免游离水进入第一反应塔300和第二反应塔400、保证脱硫效果而专门设置的，第一反应塔300和第二反应塔400是本装置的核心设备，是脱除天然气中H2S，使外输天然气达到规定指标的重要装置，第一反应塔300和第二反应塔400内部设有保证非再生溶液和天然气充分接触，高效脱除H2S的气体分布器和填料层，填料层可以采用不锈钢材质的鲍尔环。所述的非再生溶液包括三嗪溶液。
所述第一反应塔300和第二反应塔400内部天然气进口设有气体分布器，使气流在第一反应塔300和第二反应塔400底部均匀分布，并通过分布器上部的填料层进一步增加接触面积，可实现天然气与非再生溶液的充分接触和高效反应，可通过外输管路天然气取样口，取样分析天然气中H2S含量确定反应效果，反应过程无需任何外部动力，依靠气源进出口压力差可实现与非再生溶液的快速高效脱硫。第一反应塔300和第二反应塔400设置有非再生溶液加注口，需要在装置投产使用前，按照第一反应塔300和第二反应塔400约2/3的体积，提前将非再生溶液加入脱硫罐。
实施例2：
如图1所示，它是在实施例1的基础上改进，所述含硫原料天燃气管路的出口处设有进气开关球阀101，进气开关球阀101与分离器200连接的管路上设有检测装置，进气开关球阀101与放空系统连接的管路上设有并联的放空安全阀102和放空球阀103，其中并联的放空安全阀102、放空球阀103进气口连接在进气开关球阀101和检测装置之间，并联的放空安全阀102、放空球阀103出气口和放空系统的进气口连接。
所述的检测装置包括进气高密封取样截止阀104和进气温度计106，其中进气高密封取样截止阀104上还螺纹连接有进气压力表105。
所述第一反应塔300的进气口处设有分离出口球阀一205，第一反应塔300的出气口处设有并联连接的反应塔出口球阀一301和脱硫放空球阀一302，其中反应塔出口球阀一301设在外输管路上，脱硫放空球阀一302设在放空系统管道上。
所述第二反应塔400的进气口处设有分离出口球阀二303，第二反应塔400的出气口处设有并联连接的反应塔出口球阀二401和脱硫放空球阀二402，其中反应塔出口球阀二401设在外输管路上，脱硫放空球阀二402设在放空系统管道上。
所述分离器200、第一反应塔300和第二反应塔400的底部均开设有排污口，并联的分离器排污口、第一反应塔排污口、第二反应塔排污口的出气口与外输管路的进气口连接，外输管路的出气口处设有外输球阀407。
所述分离器200的底部和侧壁分别开设有分离器排污口，分离器侧壁的排污口处设有分离器排污球阀一201，分离器底部的排污口处设有分离器排污球阀二202，其中分离器排污球阀一201、分离器排污球阀二202的并联管道出口处串联有间歇式疏水阀203和分离器止回阀204。分离器排污球阀一201，分离器排污球阀二202、间歇式疏水阀203、分离器止回阀204组成分离系统2的排污单元，该排污单元可根据设定的立式分离器200液位实现间歇式疏水阀203的自动开启和关闭，实现自动将立式分离器200的采出液排至外输系统4的管线，避免进入脱硫系统3，间歇式疏水阀203为机械式结构，没有任何控制系统，没有任何外电等的能源消耗。
所述第一反应塔排污口处串联有脱硫排污球阀一304和脱硫排污止回阀一305；所述第二反应塔排污口处串联有脱硫排污球阀二408和脱硫排污止回阀二409。
所述第一反应塔300、第二反应塔400并联的出气口处设有外输高密封取样截止阀403、外输温度计405和外输节流阀406，其中外输高密封取样截止阀403上还螺纹连接有外输压力表404，外输节流阀406和外输管路的进气口连接。外输高密封取样截止阀403是手动H2S检测取样口，满足日常现场取样数据的要求。
本发明的脱硫装置使用时，脱硫过程在第一反应塔300和第二反应塔400内完成，本装置在实际运行过程中第一反应塔300和第二反应塔400一用一备，可实现一塔运行、一塔备用，同时实现脱硫流程上的相互切换，天然气从第一反应塔300或第二反应塔400内下部进入，在第一反应塔300和第二反应塔400内下部进口设有气体分布器，中部设有散堆填料，上部设有补雾丝网，天然气在第一反应塔300或第二反应塔400内与非再生溶液充分反应后从顶部第一出气端排出。
由于非再生溶液与天然气中的H2S反应速度很快，基本为瞬间完成，相当于只要一接触，就完成化学反应，脱硫H2S，因此第一反应塔300或第二反应塔400可以保证天然气和非再生溶液的充分接触完成脱硫工作。经分离器200来的天然气进入第一反应塔300或第二反应塔400后首先通过第一反应塔300或第二反应塔400底部的分布器均匀流出，分布器设置的溶液中，在均匀接触后，天然气向第一反应塔300或第二反应塔400中部流动，继续经过溶液中填料层，会进一步加大天然气和非再生溶液的接触面积，保证更好的脱硫效果，然后经第一反应塔300或第二反应塔400的顶部第一出气端设置的丝网补雾器，分离出天然气中夹带的非再生溶液液滴，最终脱除H2S的天然气从第一反应塔300或第二反应塔400顶部流程，进入外输管路。
实施3：
如图1所示，它是在实施例1和实施例2的基础上改进，一种气田单井液体脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：进气 含硫原料天燃气从其管道出口进入分离器200；
步骤二：分离 含硫原料天燃气从分离器200的进气口进入第一反应塔300或第二反应塔400，分离器200的采出液从分离器排污口排出至外输管路；
步骤三：脱硫 含硫原料天燃气进入第一反应塔300或第二反应塔400中并在其底部均匀分布，然后含硫原料天燃气和非再生溶液充分接触和高效反应，完成脱硫工作，脱硫后的天燃气进入外输管路向外排出；第一反应塔300或第二反应塔400的采出液从其底部的第一反应塔排污口或第二反应塔排污口排出至外输管路；
步骤四：外输 脱硫后的天燃气从外输管路向外排出，分离器200、第一反应塔300、第二反应塔400的采出液也通过外输管路向外排出；其中含硫原料天燃气、第一反应塔300、第二反应塔400和放空系统分别汇聚在一起，可实现安全紧急放空和正常检修手动放空。
为比较反应前后气井单井的天然气H2S含量的变化，可将本发明提供的气田单井液体脱硫系统应用于苏里格气田某单井，并记录反应前后气井反应前后H2S含量变化情况和记录时间。
气井试验前日产出天然气约10000m3，天然气中H2S含量为300mg/m3反应后天然气中H2S含量为零，可连续生产30天以上（以上为理论计算数据，随着后续现场试验的开展，会补充大量的试验数据作为支撑材料）。
非再生溶液与天然气中的H2S反应时间，取决于非再生溶液的硫容，硫容计算公式如下：
S= Q×(C1-C2)
1000×V
其中：
S为硫容，单位为：克/升
Q为天然气流量，单位为：方/天
C1、C2分别为天然气进口和出口H2S含硫，单位为：毫克/方
V为非再生溶液的体积，单位为：升。
根据现场实际运行数据，可以计算出非再生溶液实际范围为80-100克/升，
按照脱硫罐容积1200升（两罐），硫容80-100克/升计算，天然气累计流量为32万方-48万方，按每天1万方计算，则装置两罐可以使用32-48天，考虑一定的不确定因素，实际使用时间至少应该在30天以上。
特别地，本工艺方法的系统设计压力为6.3MPa，也可以根据不同井场实际运行压力设置相应的压力系统等级。
通过本试验看出，气田单井液体脱硫工艺系统具有较好的脱硫效果，特别针对气田部分边远含硫气井或者无法接入上古不含硫管网系统的含硫气井，经济效益明显，应用前景广阔。
这里需要说明的是：在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置，其特征在于，包括：
分离器（200），分离器（200）的进气口与含硫原料天燃气的管路出口连接，分离器（200）的出气口与第一反应塔（300）、第二反应塔（400）的并联的进气口连接；
第一反应塔（300），第一反应塔（300）的进气口和分离器（200）的出气口连接，第一反应塔（300）的出气口与外输管路、放空系统并联的进气口连接；
第二反应塔（400），第二反应塔（400）的进气口和分离器（200）的出气口连接，第二反应塔（400）的出气口与外输管路、放空系统并联的进气口连接；
放空系统，放空系统的进气口与含硫原料天燃气管路、第一反应塔（300）、第二反应塔（400）并联的出气口连接；
所述含硫原料天燃气管路的出口处设有进气开关球阀（101），进气开关球阀（101）与分离器（200）连接的管路上设有检测装置，进气开关球阀（101）与放空系统连接的管路上设有并联的放空安全阀（102）和放空球阀（103），其中并联的放空安全阀（102）、放空球阀（103）进气口连接在进气开关球阀（101）和检测装置之间，并联的放空安全阀（102）、放空球阀（103）出气口和放空系统的进气口连接；
所述第一反应塔（300）的进气口处设有分离出口球阀一（205），第一反应塔（300）的出气口处设有并联连接的反应塔出口球阀一（301）和脱硫放空球阀一（302），其中反应塔出口球阀一（301）设在外输管路上，脱硫放空球阀一（302）设在放空系统管道上；
所述第二反应塔（400）的进气口处设有分离出口球阀二（303），第二反应塔（400）的出气口处设有并联连接的反应塔出口球阀二（401）和脱硫放空球阀二（402），其中反应塔出口球阀二（401）设在外输管路上，脱硫放空球阀二（402）设在放空系统管道上；
所述分离器（200）、第一反应塔（300）和第二反应塔（400）的底部均开设有排污口，并联的分离器排污口、第一反应塔排污口、第二反应塔排污口的出气口与外输管路的进气口连接，外输管路的出气口处设有外输球阀（407）；
所述分离器（200）的底部和侧壁分别开设有分离器排污口，分离器侧壁的排污口处设有分离器排污球阀一（201），分离器底部的排污口处设有分离器排污球阀二（202），其中分离器排污球阀一（201）、分离器排污球阀二（202）的并联管道出口处串联有间歇式疏水阀（203）和分离器止回阀（204）；
所述第一反应塔排污口处串联有脱硫排污球阀一（304）和脱硫排污止回阀一（305）；所述第二反应塔排污口处串联有脱硫排污球阀二（408）和脱硫排污止回阀二（409）。
2.根据权利要求1所述的一种基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置，其特征在于，所述的检测装置包括进气高密封取样截止阀（104）和进气温度计（106），其中进气高密封取样截止阀（104）上还螺纹连接有进气压力表（105）。
3.根据权利要求1所述的一种基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置，其特征在于，所述第一反应塔（300）、第二反应塔（400）并联的出气口处设有外输高密封取样截止阀（403）、外输温度计（405）和外输节流阀（406），其中外输高密封取样截止阀（403）上还螺纹连接有外输压力表（404），外输节流阀（406）和外输管路的进气口连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于非再生溶液的气田单井液体脱硫装置的气田单井液体脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：进气 含硫原料天燃气从其管道出口进入分离器（200）；
步骤二：分离 含硫原料天燃气从分离器（200）的进气口进入第一反应塔（300）或第二反应塔（400），分离器（200）的采出液从分离器排污口排出至外输管路；
步骤三：脱硫 含硫原料天燃气进入第一反应塔（300）或第二反应塔（400）中并在其底部均匀分布，然后含硫原料天燃气和非再生溶液充分接触和高效反应，完成脱硫工作，脱硫后的天燃气进入外输管路向外排出；第一反应塔（300）或第二反应塔（400）的采出液从其底部的第一反应塔排污口或第二反应塔排污口排出至外输管路；
步骤四：外输 脱硫后的天燃气从外输管路向外排出，分离器（200）、第一反应塔（300）、第二反应塔（400）的采出液也通过外输管路向外排出；其中含硫原料天燃气、第一反应塔（300）、第二反应塔（400）和放空系统分别汇聚在一起。
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