CN111073717A

CN111073717A - 一种天然气净化剂及净化天然气的方法

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Publication number: CN111073717A
Application number: CN201911390553.1A
Authority: CN
Inventors: 李晓澎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-04-28

Abstract

本发明公开了一种天然气净化剂及净化天然气的方法，所述的天然气净化剂包括以下重量百分比的原料烧结而成：SiO₂为16～20％、NiO₂为15～18％、MnO₂为11～15％、Fe₂O₃为10～14％、TiO₂为8～11％、Al₂O₃为8～11％、ZnO为1～4％、CeO₂为1～4％，其余为粘接剂。其能够一步净化脱除天然气中的水、有机硫、无机硫、二氧化碳、石油、汞、砷等杂质，并且净化剂可多次再生使用，保证服役寿命二十年，设备投入少，费用低。

Description

一种天然气净化剂及净化天然气的方法

技术领域

本发明涉及热处理气源气体净化技术领域，具体涉及一种天然气净化剂及净化天然气的方法。

背景技术

在化工、热处理行业中大量使用天然气作为原料和热处理气源，但是由于天然气很多是由原油或天然气气矿生产制造后所得的产品，天然气气矿经初步脱无机硫进入城市使用，若臭气不够，还要加臭处理，以保证居民安全用气，包括有机硫(硫醇、硫醚、噻吩、四氢噻吩等26种)、无机硫(硫化氢、二氧化硫等)，另外还含有大量的水、二氧化碳、石油、汞、砷等，这对于化工以及热处理产品质量会产生不利影响，因此在使用需要纯度较高的天然气时，需要先对天然气进行净化处理，去除水、有机硫(硫醇、硫醚、噻吩、四氢噻吩等26种)、无机硫(硫化氢、二氧化硫等)、二氧化碳、石油、汞、砷等物质。

英国专利文献GB2252308公开了一种气态混合物中脱除酸性气体的方法，该方法主要包括用溶剂吸收酸性气体和用气提法再生用过的溶剂，所用的溶剂由二甲基乙醇胺的含水混合物组成，二甲基乙醇胺的浓度为30％～70％(重量)。该方法虽然能较好地脱除酸性气体，但是仍然存在着有机硫和水份含量大，操作成本高，操作复杂，存在环境污染等缺点。

目前还有很多种净化天然气的方法，但是均是采用多步或者至少两步来脱除其中的水、有机硫(硫醇、硫醚、噻吩、四氢噻吩等26种)、无机硫(硫化氢、二氧化硫等)、二氧化碳、石油、汞、砷等物质。

CN105597664A公开了一种天然气净化剂及净化天然气的方法，所述天然气净化剂为一种分子筛，包括如下重量配比的原料成分烧结而成：SiO₂19-21％、NiO₂19-21％、MnO₂19-21％、Fe₂O₃19-21％、Al₂O₃9-11％、ZnO0.1％-5％、Fe₃Al0.5-2％，其余为粘结剂。所述的净化剂一步法脱除天然气中所含有的氯化物(有机氯化物和无机氯化物)、水、有机硫(硫醇、硫醚、噻吩、四氢噻吩等26种)、无机硫(硫化氢、二氧化硫等)、二氧化碳、石油、汞、砷、五甲基苯、六甲基苯等杂质，净化效率更高，效果更好，更加安全可靠，采用的净化设备和操作方式都十分简单，占地小、投入少、费用低，适合工业应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然气净化剂及净化天然气的方法，其能够一步净化脱除天然气中的水、有机硫、无机硫、二氧化碳、石油、汞、砷等杂质，并且净化剂可多次再生使用，保证服役寿命二十年，设备投入少，费用低。

本发明所述的天然气净化剂，包括以下重量百分比的原料烧结而成：SiO₂为16～20％、NiO₂为15～18％、MnO₂为11～15％、Fe₂O₃为10～14％、TiO₂为8～11％、Al₂O₃为8～11％、ZnO为1～4％、CeO₂为1～4％，其余为粘接剂。

进一步，所述天然气净化剂还包括有重量百分比均为0.5～3％的K₂O、CaO、Na₂O和ZrO₂。

进一步，所述天然气净化剂包括以下重量百分比的原料烧结而成：SiO₂为20％、NiO₂为18％、MnO₂为13％、Fe₂O₃为14％、TiO₂为9％、Al₂O₃为10％、ZnO为3％、CeO₂为4％，K₂O为0.5％，CaO为0.5％，Na₂O为1％，ZrO₂为0.5％，其余为粘接剂。

一种净化天然气的方法，其包括如下步骤：

1)一步法净化：将上述的天然气净化剂装入净化罐中，待净化的天然气由净化罐上部通入，气体压力在0.1Mpa以下，在净化罐内经净化剂常温、常压吸附后，由净化罐下部输出；

2)净化剂再生：当净化剂吸附的水、有机硫、无机硫、二氧化碳、石油、汞和砷达到饱和时，对净化剂进行再生：

a、停止天然气的通入，对净化罐进行外部加热，使得净化剂温度控制在250～600℃之间；

b、在常压下，由净化罐下部向上通入空气或氮气实施净化剂的再生，通过仪器检测再生排放气体，直至再生排放气体中的水、有机硫、无机硫、二氧化碳、石油、汞和砷的含量达到净化指标时，即净化剂的吸附物被全部清除，再生完毕。

进一步，所述步骤1)中当由净化罐下部输出的天然气流量为10～30m³/h，直接输出净化后的天然气至工业炉使用；当由净化罐下部输出的天然气流量大于30m³/h，先采用粉尘分离器过滤净化后的天然气中的粉尘，再将过滤粉尘后的天然气输出至工业炉使用。

进一步，所述步骤2)中的净化指标为：有机硫≤2mg/Nm³，无机硫≤1mg/Nm³，石油≤1mg/Nm³，汞≤1mg/Nm³，砷≤1mg/Nm³，二氧化碳≤0.5mg/Nm³，水份露点≤-60℃。

进一步，所述净化罐装设于炉体中，炉体上装有电热元件，净化罐内装净化剂，净化罐上部连接待净化的天然气进气管路和再生时排放废气管路，净化罐下部连接净化后的天然气输出管路和再生时进氮气或空气管路；待净化的天然气进气管路、再生时进氮气或空气管路和再生时排放废气管路上分别设置水气分离器。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果。

1、本发明所述的天然气净化剂主要原料选用了SiO₂、NiO₂、MnO₂、Fe₂O₃、TiO₂、Al₂O₃，添加少量的ZnO和CeO₂，且对原料的重量百分比进行特殊限定，对天然气的净化具有非常好的针对性，尤其是其中对NiO₂、Fe₂O₃、TiO₂选用，NiO₂、Fe₂O₃、TiO₂与其他氧化物混合使脱硫效果更好，因此其加入十分重要。正是由于对净化剂的主要原料及用量的合理选择，本发明才能达到同时脱除天然气中所含有的水、有机硫、无机硫、二氧化碳、石油、汞、砷等杂质，从而使净化工作一步完成，这样采用的净化设备和操作方式都十分简单，占地小、投入少、费用低，适合工业应用。其中所述有机硫包括硫醇、硫醚、噻吩、四氢噻吩等26种物质，所述无机硫包括硫化氢、二氧化硫等。

2、本发明所述的天然气净化剂中含有少量TiO₂和CeO₂，能够有效去除天然气中的硫化氢杂质，反应方程式为：H₂S+TiO₂＝TiS+H₂O，H₂S+CeO₂＝CeS+H₂O。

3、本发明净化效率高，净化指标可达：有机硫≤2mg/Nm³，无机硫≤1mg/Nm³，石油≤1mg/Nm³，汞≤1mg/Nm³，砷≤1mg/Nm³，二氧化碳≤0.5mg/Nm³，水份露点≤-60℃。

4、本发明对净化剂的再生采用了常压下加热通空气或氮气再生，再生简单有效，净化剂使用寿命长，保证二十年服役寿命。

5、本发明对净化剂的再生过程采用了逆向的气路设计，即净化时天然气由净化罐上部向下部通入，而再生时空气由净化罐下部通入，这对净化与再生都十分有利。

6、本发明方法可广泛用于化工、热处理等行业。

附图说明

图1是本发明净化罐的结构示意图。

图中，1—净化罐，2—炉体，3—电热元件，4—净化剂，5—待净化的天然气进气管路，6—再生时排放废气管路，7—净化后的天然气输出管路，8—再生时进氮气或空气管路，9—水气分离器。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

以下实施例中所涉及的百分含量，除特别说明外，均为重量百分比含量。

以下实施例中所使用的天然气净化剂的各组分均可通过市售获得。

实施例1～3，按表1所示的各组分及含量，经过烧结形成多孔形貌的天然气净化剂：

表1天然气净化剂配比

SiO2

NiO2

MnO2

Fe2O3

TiO2

Al2O3

ZnO

CeO2

K2O

CaO

Na2O

ZrO2

粘结剂

1

20％

18％

13％

14％

9％

10％

3％

4％

0.5％

1％

0.5％

6.5％

2

18％

17％

15％

13％

10％

8％

3％

4％

1.5％

1％

0.5％

1％

8％

3

19％

18％

15％

12％

11％

10％

2％

1％

0.5％

1％

8.5％

本发明采用粘结剂为本领域中制作这类型的多孔烧结材料常用的粘结剂。

实施例4，一种天然气净化设备，参见图1，包括装设在炉体2内的净化罐1，炉体2上装有电热元件3，对净化罐1进行外部加热，净化罐1内装净化剂4，所述净化剂4为实施例1～3任一项所述的天然气净化剂，净化罐1上部连接待净化的天然气进气管路5和再生时排放废气管路6，净化罐1下部连接净化后的天然气输出管路7和再生时进氮气或空气管路8。待净化的天然气进气管路5、再生时进氮气或空气管路8和再生时排放废气管路6上分别设置水气分离器9。

一种净化天然气的方法，其包括如下步骤：

1)一步法净化：将待净化的天然气由内装净化剂4的净化罐1上部通入，气体压力在0.1Mpa以下，在净化罐1内经净化剂4常温、常压吸附后，净化后的天然气由净化罐1下部输出，实现了一步净化脱除天然气中所含有的水、有机硫、无机硫、二氧化碳、石油、汞、砷等杂质。

2)净化剂再生：当净化剂4吸附的水、有机硫、无机硫、二氧化碳、石油、汞和砷达到饱和时，对净化剂4进行再生：

a、先停止天然气的通入，由净化罐1下部通入空气或氮气并持续一段时间，将净化罐1内的天然气排出，再启动电热元件3对净化罐1进行外部加热，由净化罐1将热量传递至罐内的净化剂4，使得净化剂4温度控制在250～600℃之间，最好控制在250～550℃之间。

b、在常压下，当净化剂4达到设定温度的同时，由净化罐1下部向上通入空气或氮气实施净化剂4的再生，通过仪器检测再生排放气体，直至再生排放气体中的水、有机硫、无机硫、二氧化碳、石油、汞和砷的含量达到净化指标时，即净化剂的吸附物被全部清除，再生完毕。

需要说明的是：所述步骤1)中当由净化罐下部输出的天然气流量为10～30m³/h，直接输出净化后的天然气至工业炉使用；当由净化罐下部输出的天然气流量大于30m³/h，先采用粉尘分离器过滤净化后的天然气中的粉尘，再将过滤粉尘后的天然气输出至工业炉使用。

所述步骤2)中的净化指标为：有机硫≤2mg/Nm³，无机硫≤1mg/Nm³，石油≤1mg/Nm³，汞≤1mg/Nm³，砷≤1mg/Nm³，二氧化碳≤0.5mg/Nm³，水份露点≤-60℃，水份露点通过露点仪检测，即由-40℃微量水份检测仪检测转换。

使用实施例1所述的天然气净化剂配比，经采用本方法对普通化工厂、热处理车间使用的天然气原料进行净化，净化后效果对比见表2。

表2实施例1所述的天然气净化剂的净化效果

注：城市天然气因为某种原因，有时总硫达到1200mg，我们也能净化到总硫3mg以下。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种天然气净化剂，其特征在于，包括以下重量百分比的原料烧结而成：SiO₂为16～20％、NiO₂为15～18％、MnO₂为11～15％、Fe₂O₃为10～14％、TiO₂为8～11％、Al₂O₃为8～11％、ZnO为1～4％、CeO₂为1～4％，其余为粘接剂。

2.根据权利要求1所述的天然气净化剂，其特征在于，所述净化剂还包括有重量百分比均为0.5～3％的K₂O、CaO、Na₂O和ZrO₂。

3.根据权利要求2所述的天然气净化剂，其特征在于，包括以下重量百分比的原料烧结而成：SiO₂为20％、NiO₂为18％、MnO₂为13％、Fe₂O₃为14％、TiO₂为9％、Al₂O₃为10％、ZnO为3％、CeO₂为4％，K₂O为0.5％，CaO为0.5％，Na₂O为1％，ZrO₂为0.5％，其余为粘接剂。

4.一种净化天然气的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)一步法净化：将权利要求1或2任一项所述的天然气净化剂装入净化罐中，待净化的天然气由净化罐上部通入，气体压力在0.1Mpa以下，在净化罐内经净化剂常温、常压吸附后，由净化罐下部输出；

5.根据权利要求4所述的净化天然气的方法，其特征在于：所述步骤1)中当由净化罐下部输出的天然气流量为10～30m³/h，直接输出净化后的天然气至工业炉使用；

当由净化罐下部输出的天然气流量大于30m³/h，先采用粉尘分离器过滤净化后的天然气中的粉尘，再将过滤粉尘后的天然气输出至工业炉使用。

6.根据权利要求4所述的净化天然气的方法，其特征在于：所述步骤2)中的净化指标为：有机硫≤2mg/Nm³，无机硫≤1mg/Nm³，石油≤1mg/Nm³，汞≤1mg/Nm³，砷≤1mg/Nm³，二氧化碳≤0.5mg/Nm³，水份露点≤-60℃。

7.根据权利要求4所述的净化天然气的方法，其特征在于：所述净化罐装设于炉体中，炉体上装有电热元件，净化罐内装净化剂，净化罐上部连接待净化的天然气进气管路和再生时排放废气管路，净化罐下部连接净化后的天然气输出管路和再生时进氮气或空气管路；待净化的天然气进气管路、再生时进氮气或空气管路和再生时排放废气管路上分别设置水气分离器。

8.根据权利要求4所述的净化天然气的方法，其特征在于：所述步骤2)的a中，净化剂的温度控制在250～550℃之间。