CN207980460U - 一种伴生气脱硫系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种伴生气脱硫系统，包括：预处理系统，用于将待脱硫伴生气根据沸点切割成气相待脱硫物质和液相待脱硫物质；气相脱硫系统，将经过所述预处理系统后得到的所述气相待脱硫物质进行脱硫处理；液相脱硫系统，将经过所述预处理系统后得到的所述液相待脱硫物质进行脱硫处理其中，所述预处理系统包括预处理精馏塔。采用预处理精馏塔切割为气相和液相，大量的硫都会经过气相进入气相脱硫系统，这样液相脱硫系统处理负荷小，后期的固废处理也大大减少。经试验验证，采用本实用新型伴生气脱硫系统，固废处理量相对于单独液相脱硫工艺每年下降到只有5‑8%，由此可见对环境更为友好，三废处理费用最低。
Description
技术领域
本实用新型涉及伴生气处理设备技术领域，具体涉及一种伴生气脱硫系统。
背景技术
石油、天然气开采过程中产生的伴生气以及石化及煤化工生产过程中产生的轻烃尾气常常含硫，硫在气体中存在形式包括无机硫及有机硫，无机硫主要是硫磺和硫化氢，有机硫主要是分子量不同的硫醇、硫醚、噻吩、羰基硫类，这给伴生气的综合处理带来困难，脱硫成为伴生气处理的首要任务，如果不脱硫，那么后续加工和使用过程中，易出现管道腐蚀，燃烧产生的二氧化硫所产生含硫尾气，污染环境。
目前国内伴生气脱硫主要有干法脱硫和湿法脱硫：
其中，干法脱硫流程简单，设备少，但是固废多，处理困难，硫含量高时设备腐蚀严重，所以只能在含硫量少的工况使用。
湿法脱硫主要有胺法脱硫和氧化还原法脱硫。
重烃在液相胺法脱硫系统中容易出现反凝析现象，这样会导致后期的脱硫系统起泡频繁，出油多，同时重烃作为产品之一，脱硫过程中重烃的损失会带来经济损失，同时运行后期会导致脱硫不彻底的现象。
氧化还原法脱硫对硫化氢脱除效果较好，但是有机硫特别是大分子及小分子混合的有机硫的脱出比较困难(大分子有机硫主要指噻吩，丁硫醇，碳四以上有机硫，小分子有机硫主要是甲硫醇、乙硫醇，甲硫醚这类碳二以下有机硫)。
有鉴于上述现有的脱硫装置存在的缺陷，本实用新型人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种伴生气脱硫系统，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于，克服现有的脱硫装置存在的缺陷，而提供一种伴生气脱硫系统，采用将轻烃、无机硫和小分子有机硫同重烃及大分子有机硫合理切分分离预先分离后分别处理，根据其特性进行针对性处理，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种伴生气脱硫系统，包括：
预处理系统，用于将待脱硫伴生气根据沸点切割成气相待脱硫物质和液相待脱硫物质；
气相脱硫系统，将经过所述预处理系统后得到的所述气相待脱硫物质进行脱硫处理；
液相脱硫系统，将经过所述预处理系统后得到的所述液相待脱硫物质进行脱硫处理；
其中，所述预处理系统包括预处理精馏塔。
作为一种优选的技术方案，所述预处理精馏塔内绝对压力为300-800KPa，塔顶温度为20-40℃。
作为一种优选的技术方案，所述预处理系统还包括设置在所述预处理精馏塔顶部的气液分离回流罐和预处理精馏塔塔顶冷凝器，所述气液分离回流罐用于收集所述气相待脱硫物质经过所述预处理精馏塔塔顶冷凝器后凝结的液相物质，并实现液相全回流。
作为一种优选的技术方案，所述预处理系统还包括设置在所述预处理精馏塔底部的预处理精馏塔塔底换热器和预处理精馏塔塔底再沸器，用于冷却从所述预处理精馏塔输出的所述液相待脱硫物质，所述预处理精馏塔塔底再沸器，负责给精馏塔提供热量来源。
作为一种优选的技术方案，所述气相脱硫系统为胺法脱硫系统。
作为一种优选的技术方案，所述胺法脱硫系统中脱硫剂包括如下质量百分数的各组分：
作为一种优选的技术方案，所述脱硫剂用量为：所述气相待脱硫物质：所述脱硫剂＝500-1400Nm3/m3。
作为一种优选的技术方案，所述胺法脱硫系统包括吸收塔和再生塔，其中，所述再生塔的再生绝对压力为120-250KPa。
所述再生塔的塔顶温度为35-55℃，塔釜温度为105-123℃。
作为一种优选的技术方案，所述液相脱硫系统为干法脱硫系统。
作为一种优选的技术方案，所述干法脱硫系统的吸附压力为800-1200KPa，吸附温度为15-45℃，吸附过程中最佳液相空速为0.01-0.1m/s；
所述干法脱硫系统的吸附剂为13X分子筛，且所述13X分子筛经过Si(OC2H5)4浸润处理。
采用上述技术方案，能够实现以下技术效果：
1)、现有伴生气采用单独的气相脱硫技术，重烃损失大，系统容易发泡，出现油过多现象而导致系统后期无法正常运行，同时现有伴生气胺法脱硫系统中没有加入增强活化剂三乙胺磷酸盐，导致无法深度脱出无机硫，脱硫设备大，循环量大的问题；现有伴生气单独采用液相脱硫技术，包括直接反应类、吸附类，其中直接反应类是采用氧化铁和氧化锌和硫化氢反应，生成的固废定期高价外送处理，反应过程对于大分子有机硫无法脱出；直接吸附工艺不能同时脱出大分子和小分子包含硫化氢三者同时存在的系统，一定的吸附孔径只能吸附一类硫化物，特别是硫化氢如果被吸附，那么分子直径差不多的产品甲烷也会被吸附，重烃损失大，有机硫不能有效脱出，本实用新型采用预处理精馏塔将轻烃、无机硫和小分子有机硫同重烃及大分子有机硫合理切分预先分离后分别处理，预处理精馏塔把无机硫和轻质有机硫全部由塔顶气相分离到气相脱硫系统，从原则上消除重烃反凝析现象，消除重烃出油现象，以及后期的油多、重烃含量高在气相脱硫系统的再生塔中解析不彻底等问题。传统的采用单独液相脱硫系统，固废多，无法再生，而采用预处理精馏塔切割以后，大量的硫都会经过气相进入气相脱硫系统，这样液相脱硫系统处理负荷小，后期的固废处理也大大减少。经试验验证，采用本实用新型伴生气脱硫系统，固废处理量相对于单独液相脱硫工艺每年下降到只有5-8％，由此可见对环境更为友好，三废处理费用最低；
本实用新型采用预处理塔，把大量硫化氢和小分子有机硫通过最佳吸收胺液配方99％脱出以后，系统剩余的大分子有机硫去采用改性的吸附剂处理，整个伴生气装置总硫脱出率≥98％以上，脱硫效果明显，装置占地小，投资小；
2)、将大量硫化氢在胺法脱硫系统中脱出，少量大分子有机硫在干法脱硫系统中脱出以后，原始的废水，废固问题全部解决，液相吸附以后通过热氮气再生即可循环使用；
3)、本实用新型还公开了一种脱硫剂，针对无机硫、有机硫含量高的特点，可以一次性脱出无机硫和有机硫(H2S，甲硫醇、羰基硫)，总硫脱除率98％以上。同时还可以脱二氧化碳且脱除率97％以上，而且再生能耗低，氨液循环使用，基本不产生液废，氨液可再生利用，操作便利。
4)、针对大分子有机硫(乙硫醇、丁硫醇、硫醚)采用改性后的13X分子筛，增强了大分子有机硫选择性，提高了脱除效率。
附图说明
图1为本实用新型伴生气脱硫系统结构示意图；
其中，1-预处理精馏塔，2-预处理精馏塔塔底换热器，3-气液分离回流罐，4-预处理精馏塔塔顶冷凝器，5-气相脱硫系统，6-液相脱硫系统，7-待脱硫伴生气，8-预处理精馏塔塔底再沸器。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,对依据本实用新型提出的伴生气脱硫系统其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
如图1所示，本实用新型公开了一种伴生气脱硫系统，包括：
预处理系统，用于将待脱硫伴生气7根据沸点切割成气相待脱硫物质和液相待脱硫物质，如表1所示，伴生气包括如下沸点不同的各组分：
表1伴生气成分表
如表1所示，预处理系统按照切割CH4S甲硫醇和I-C5异戊烷作为分界点，进行分离，因为根据实验结果，乙硫醇也可以在气相脱硫中处理，但是乙硫醇切割以后，碳五以上重烃一会进入气相脱硫处理系统，这样会导致气相脱硫系统5发泡严重，重烃损失大的一系列问题，因此切割以CH4S甲硫醇和I-C5异戊烷作为分界点。经过预处理系统切割处理的伴生气分为气相待脱硫物质和液相待脱硫物质，分别进入气相脱硫系统5和液相脱硫系统6分别进行脱硫处理。
气相脱硫系统5，将经过预处理系统后得到的气相待脱硫物质进行脱硫处理；
液相脱硫系统6，将经过预处理系统后得到的液相待脱硫物质进行脱硫处理；
其中，预处理系统包括预处理精馏塔1，通过预处理精馏塔1实现气液分离气相待脱硫物质通过预处理精馏塔1顶部出口进入气相脱硫系统5，液相待脱硫物质在机泵增压下通过预处理精馏塔1底部出口流入液相脱硫系统6。
作为一种优选的技术方案，预处理精馏塔1内绝对压力为300-800KPa，塔顶温度为20-40℃，塔釜内部温度为95-100℃，优选的，预处理精馏塔1内绝对压力为500-600KPa，塔顶温度为25-30℃，塔釜内部温度为98-100℃。该压力及温度条件下，预处理精馏塔1把无机硫和轻质有机硫全部由塔顶气相分离到气相脱硫系统5，从原则上消除重烃反凝析现象，消除重烃出油现象，以及后期的油多、重烃含量高在气相脱硫系统5的再生塔中解析不彻底等问题。传统的采用单独液相脱硫系统6，固废多，无法再生，而采用预处理精馏塔1切割以后，大量的硫都会经过气相进入气相脱硫系统5，这样液相脱硫系统6处理负荷小，后期的固废处理也大大减少。经试验验证，采用本实用新型伴生气脱硫系统，固废处理量相对于单独液相脱硫工艺每年下降到只有5-8％，由此可见对环境更为友好，三废处理费用最低。
作为一种优选的技术方案，预处理系统还包括设置在预处理精馏塔1顶部的气液分离回流罐3和预处理精馏塔塔顶冷凝器4，气液分离回流罐3用于收集气相待脱硫物质经过预处理精馏塔塔顶冷凝器4后凝结的液相物质。
作为一种优选的技术方案，预处理系统还包括设置在预处理精馏塔1底部的预处理精馏塔塔底换热器2，用于冷却从预处理精馏塔1输出的高温液相待脱硫物质。
作为一种优选的技术方案，预处理系统还包括设置在预处理精馏塔1底部的预处理精馏塔塔底再沸器8，负责给预处理精馏塔1提供热量来源。
作为一种优选的技术方案，气相脱硫系统5为胺法脱硫系统，具体的，胺法脱硫系统中脱硫剂包括如下质量百分数的各组分：
甲基二乙醇胺(MDEA) 30-40％
二乙醇胺(DEA) 2-10％
环丁砜 10-25％
三乙胺磷酸盐 1-3％
水其余。
优选的，胺法脱硫系统中脱硫剂包括如下质量百分数的各组分：
使用MDEA和DEA脱除无机硫，并通过添加三乙胺磷酸盐作为活化剂，提高脱除效率，在脱硫过程中，硫化氢为气相，如果不能进入液相则会导致脱硫效果不佳，而DEA复配三乙胺磷酸盐增强活化以后，硫化氢更容易突破气膜进入液膜中与上述胺液反应，另外通过环丁砜能够有效脱除小分子有机硫。
作为一种优选的技术方案，脱硫剂用量为：气相待脱硫物质：脱硫剂＝500-1400Nm3/m3，优选的，脱硫剂用量为：气相待脱硫物质脱硫剂＝800-900Nm3/m3。
作为一种优选的技术方案，胺法脱硫系统包括吸收塔和再生塔，其中，再生塔的再生绝对压力为120-250KPa，最佳再生绝对压力为130-150KPa，该压力值下能够保证无机硫和有机硫的充分再生解析。
再生塔的塔顶温度为35-55℃，优选的为40-45℃，此温度下所有冷凝物全部回流，不凝气为硫化氢和小分子有机硫外排，塔釜温度为105-123℃，优选的为108-115℃。
作为一种优选的技术方案，液相脱硫系统6为干法脱硫系统。通过预处理系统出来的碳五以下重烃和大分子有机硫则通过干法吸附脱硫技术脱除，由于将伴生气中大量的硫化氢通过气相分离出来，只要脱除少量的大分子有机硫，使得干法脱硫系统操作周期长，固废少。干法吸附脱硫采用改性沸石吸附，因为过程中噻吩和比其他环状有机硫和碳五以上有机硫比较难脱出，同时这些有机硫也很难与强碱反应。
高压利于吸附，但是压力超过一定数据以后效果不再增加，优选的，干法脱硫系统的吸附压力为800-1200KPa，吸附温度为15-45℃。由于吸附过程中吸附温度越低，吸附效果越好，而预处理精馏塔1流出的液相待脱硫物质温度较高，大于最佳的吸附温度，因此在其底部设置有预处理精馏塔塔底换热器2，将其冷却后进入吸附器。
吸附过程吸附剂用量为按照有机硫质量比，吸附容量为5-15％wt，最佳值为8-10％wt，也就是原料中有8g有机硫，则需要准备100g以上吸附剂。
吸附过程中最佳液相空速为0.01-0.1m/s，优选的为0.01-0.03m/s(空速为液体体积流量除以界面计的比值，面积为吸附器直径面积，不考虑装填吸附剂情况)。再生采用200℃氮气，再生过程氮气流速控制6-8m/s,再生压力为120-150KPa,再生3.5h以后，采用常温氮气给吸附系统降温，降温0.5h切换到下一个吸附周期。
由于重烃为各种烷烃、烯烃、环烷烃等物质，全部为碳氢化合物，自身为弱极性或非极性化合物，而所有有机硫，不管是含氧有机硫和不含氧有机硫，均会导致物质极性非常强，为了使得吸附过程有选择性，本实用新型创造性的在传统13X分子筛基础上进行改性和钝化，使得改性以后针对硫和氧的吸附能力更强，对非极性和弱极性物质基本没有吸附能力，优选的，干法脱硫系统的吸附剂为13X分子筛，且13X分子筛经过Si(OC2H5)4浸润处理，具体的，将13X分子筛在8％的Si(OC2H5)4中浸润15小时，在50℃下反应，然后在120℃烘干，再在10％硝酸铜中浸润12小时，常温反应，在200℃烘干，最后在450℃下焙烧2小时制得成品。通过以上方法改性分子筛中二氧化硅基团并附着铜离子，提高其吸附效率。
为了进一步说明本实用新型，下面结合具体实施例对本实用新型提供的伴生气脱硫系统进行详细的描述，但不应将其理解为对本实用新型保护范围的限定。
实施例1
采用本实用新型伴生气脱硫系统对如表2所示的待脱硫伴生气进行脱硫处理，其中伴生气流量为150Nm3/h、压力为580KPa：
表2实施例1待脱硫伴生气组成表
| 组分 | 含量(质量比) |
| 硫化氢 | 0.0018 |
| 二氧化碳 | 0.0005 |
| 甲烷 | 0.0921 |
| 乙烷 | 0.0962 |
| 丙烷 | 0.388 |
| 异丁烷 | 0.102 |
| 正丁烷 | 0.211 |
| 异戊烷 | 0.045 |
| 正戊烷 | 0.028 |
| 正己烷 | 0.035 |
| 甲硫醇 | 0.0002 |
| 乙硫醇 | 100ppm |
| 丁硫醇 | 37ppm |
| 硫醚 | 160ppm |
| 羰基硫 | 0.0001 |
具体的，该伴生气在预处理精馏塔1中操作压力为530KPa，塔顶温度为20℃，液相全回流，塔釜温度为97.6℃，预处理精馏塔1塔顶获得气相待脱硫物质如表3所示，液相待脱硫物质如表4所示：
表3实施例1经预处理精馏塔切割分离得到的气相待脱硫物质组成表
| 组分 | 含量(质量比) |
| 硫化氢 | 0.0020 |
| 二氧化碳 | 0.0006 |
| 甲烷 | 0.1033 |
| 乙烷 | 0.1079 |
| 丙烷 | 0.435 |
| 异丁烷 | 0.1144 |
| 正丁烷 | 0.2366 |
| 羰基硫 | 0.0001 |
| 甲硫醇 | 0.0002 |
上述气相待脱硫物质经过预处理塔以后，甲硫醇以上组分切割后收率为99.8％wt，其余组分为塔釜液相重烃和大分子有机硫。
预处理精馏塔1塔顶获得气相待脱硫物质如表4所示：
表4实施例1经预处理精馏塔切割分离得到的液相待脱硫物质组成表
| 组分 | 含量(质量比) |
| 异戊烷 | 0.4158 |
| 正戊烷 | 0.2587 |
| 碳六以上组分 | 0.3234 |
| 乙硫醇 | 0.0009 |
| 丁硫醇 | 0.0003 |
| 硫醚 | 0.0009 |
采用以上得到的液相待脱硫物质10公斤，上述液相待脱硫物质采用换热器冷却到30℃，并采用机泵增压到900KPa，吸附过程吸附剂用量为按照有机硫质量比，吸附容量按照10％wt填充，给定余量以后填充改性的13X分子筛吸附剂300克，吸附过程液相空速为0.02m/s(空速为液体体积流量除以界面计的比值，面积为吸附器直径面积，不考虑装填吸附剂情况)，具体的，吸附器采用直径10mm的304材质不锈钢管，改性分子筛堆密度为0.6g/ml，堆积500ml吸附剂。再生采用200℃氮气，再生过程氮气流速控制为6m/s，再生压力为150KPa，再生3.5h以后，采用常温氮气给吸附系统降温，降温0.5h切换到下一个吸附周期。在吸附过程中，经过吸附以后总硫出口为15ppm，总硫脱出率≥98％。
上述改性的13X分子筛制作步骤为：将100克13X分子筛在8％的Si(OC2H5)4中浸润15小时，在51℃温度下反应1-2h，然后在120℃进行烘干，再在10％硝酸铜中浸润12小时，常温反应，在200℃烘干，最后在450℃小焙烧2小时制得改性的吸附剂成品。
实施例2
采用本实用新型伴生气脱硫系统对如表5所示的待脱硫伴生气进行脱硫处理，其中伴生气流量为100Nm3/h、压力为600KPa：
表5实施例2待脱硫伴生气组成表
| 组分 | 含量(质量比) |
| 硫化氢 | 0.0022 |
| 二氧化碳 | 0.0003 |
| 甲烷 | 0.0395 |
| 乙烷 | 0.0681 |
| 丙烷 | 0.4007 |
| 异丁烷 | 0.0984 |
| 正丁烷 | 0.2424 |
| 异戊烷 | 0.0687 |
| 正戊烷 | 0.0654 |
| 正己烷 | 0.0138 |
| 甲硫醇 | 0.0002 |
| 乙硫醇 | 120ppm |
| 丁硫醇 | 50ppm |
| 硫醚 | 220ppm |
| 羰基硫 | 0.0001 |
具体的，该伴生气在预处理精馏塔1中操作压力为550KPa，塔顶温度为21℃，液相全回流，塔釜温度为96.5℃，塔顶气相全部去胺法脱硫系统，吸收塔压力为520KPa，脱硫剂包括：MDEA 35％(以下％均为质量百分数)；DEA 8％；环丁砜25％；三乙胺磷酸盐1.5％，水30.5％；循环吸收剂流量为850Nm3伴生气/m3胺液，再生塔压力为150KPa,再生塔顶温度为42℃，塔釜温度为121℃，液相全回流。沸点大于等于甲硫醇的组分经过吸收塔处理后产生的净化伴生气中包括硫化氢2ppm，甲硫醇11ppm，不含有其他含硫组分。
从上述实施例1和实施例2可知，采用预处理系统将待脱硫伴生气先根据沸点进行分割，再分别对气相和液相待脱硫物质进行脱硫处理，最终得到的净化伴生气中含硫物质大幅度降低的同时、且降低了生产干法脱硫系统操作周期和产生的固体废弃物。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种伴生气脱硫系统，其特征在于，包括：
预处理系统，用于将待脱硫伴生气（7）根据沸点切割成气相待脱硫物质和液相待脱硫物质；
气相脱硫系统（5），将经过所述预处理系统后得到的所述气相待脱硫物质进行脱硫处理；
液相脱硫系统（6），将经过所述预处理系统后得到的所述液相待脱硫物质进行脱硫处理；
其中，所述预处理系统包括预处理精馏塔（1）。
2.根据权利要求1所述的伴生气脱硫系统，其特征在于，所述预处理精馏塔（1）内绝对压力为300-800KPa，塔顶温度为20-40℃。
3.根据权利要求1所述的伴生气脱硫系统，其特征在于，所述预处理系统还包括设置在所述预处理精馏塔（1）顶部的气液分离回流罐（3）和预处理精馏塔塔顶冷凝器（4），所述气液分离回流罐（3）用于收集所述气相待脱硫物质经过所述预处理精馏塔塔顶冷凝器（4）后凝结的液相物质，并实现液相全回流。
4.根据权利要求1所述的伴生气脱硫系统，其特征在于，所述预处理系统还包括设置在所述预处理精馏塔（1）底部的预处理精馏塔塔底换热器（2）和预处理精馏塔塔底再沸器（8），用于冷却从所述预处理精馏塔（1）输出的所述液相待脱硫物质，所述预处理精馏塔塔底再沸器（8），负责给精馏塔提供热量来源。
5.根据权利要求1所述的伴生气脱硫系统，其特征在于，所述气相脱硫系统（5）为胺法脱硫系统。
6.根据权利要求5所述的伴生气脱硫系统，其特征在于，所述胺法脱硫系统包括吸收塔和再生塔，其中，所述再生塔的再生绝对压力为120-250KPa。
7.根据权利要求1所述的伴生气脱硫系统，其特征在于，所述液相脱硫系统（6）为干法脱硫系统。
8.根据权利要求7所述的伴生气脱硫系统，其特征在于，所述干法脱硫系统的吸附剂为13X分子筛，且所述13X分子筛经过Si(OC2H5)4浸润处理。
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Granted publication date: 20181019 Termination date: 20220201 |