CN210595961U - 井口天然气脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井口天然气脱硫系统，包括脱硫再生装置、回收装置、再生供气装置和吹扫供气装置；脱硫再生装置设有进液口、出液口、进气口、出气口，脱硫再生装置的出液口与回收装置的液体进口相连，回收装置的液体出口与脱硫再生装置的进液口相连；进气口连接有原料气进气管，进气口还分别连接有再生供气装置和吹扫供气装置。本实用新型的有益效果：脱硫液在脱硫再生装置和回收装置之间循环，通过再生供气装置注入氧化性气体使得脱硫再生装置内的脱硫液再生，通过吹扫供气装置去除脱硫再生装置内的气体以提供适宜的工作气氛，脱硫效率高，可以在不同的气井移动使用。

Description

井口天然气脱硫系统

技术领域

本实用新型属于天然气净化处理设备领域，具体涉及一种井口天然气脱硫系统。

背景技术

湿式氧化法脱硫化氢是一种重要的脱硫方法，具有脱硫效率高、易再生等特点，应用前景广阔，但各种工艺都存在各种各样的问题，并不适用于各种场景。例如，对于已经成熟使用的LO-CAT工艺，需连续添加化学剂来保持溶液的稳定性和连续性，工艺步骤和系统复杂，经济成本高，适用于大产量气田的天然气脱硫处理，但用于低处理量低含硫天然气的处理时，则性价比不高。中国专利CN201810934697.8公开了一种脱除油田伴、次生气中硫化氢的系统及方法，该系统采用双路模式，一路吸收、一路氧化再生，使用新型吸收液，对含有大量酸性气体、含有重烃的油田伴、次生气中的硫化氢处理效果好，但其吸收塔中需要采用鼓泡结合喷淋方式来吸收硫化氢，属于一种动态的脱硫处理，成本也较高。由于脱硫工艺的效果依赖于脱硫剂自身的组分性质以及脱硫系统的设计，因而需要从这两方面着手，改进脱硫工艺。

本申请的申请人前期已在申请号为CN 2018110921294的专利申请中公开一种绿色环保无污染的铁基离子液体(Fe-IL)脱硫剂，将其用于低温常压下脱硫，产生的净化气中硫化氢含量可达到国家一类天然气要求，即<6mg/m³。但目前还需要一种利用该离子液体在井口进行天然气脱硫的系统，使之适用于低处理量低含硫天然气井口的全自动脱硫，以提高天然气在井口的脱硫效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种井口天然气脱硫系统。

其技术方案如下：

一种井口天然气脱硫系统，其关键在于，包括脱硫再生装置、回收装置、再生供气装置和吹扫供气装置；

所述脱硫再生装置设有进液口、出液口、进气口、出气口，所述脱硫再生装置的出液口与所述回收装置的液体进口相连，所述回收装置的液体出口与所述脱硫再生装置的进液口相连；

所述进气口连接有原料气进气管，所述进气口还分别连接有所述再生供气装置和吹扫供气装置。

采用以上设计，其优点在于脱硫液在脱硫再生装置和回收装置之间循环，脱硫再生装置用于盛装脱硫液，脱硫液的脱硫和再生均在脱硫再生装置内完成，脱硫后，通过再生供气装置注入氧化性气体使得脱硫液再生，通过吹扫供气装置去除脱硫再生装置内的气体以提供适宜的工作气氛，脱硫系统简单，脱硫效率高，可以在不同的气井移动使用。

作为优选技术方案，上述脱硫再生装置包括吸收再生塔，所述吸收再生塔的下部设有所述进气口，上部设有中间气体出口，底部设有所述出液口，顶部设有所述进液口；

所述中间气体出口连接至所述出气口。

采用以上设计，液体从上方注入吸收再生塔，脱硫完成后从吸收再生塔下方自动流出，而气体在吸收再生塔内从下往上流动，能够与脱硫液充分接触，保证脱硫效果。

作为优选技术方案，上述脱硫再生装置还包括保险罐，该保险罐的下部设有中间气体进口，上部设有所述出气口，底部设有所述出液口，顶部设有所述进液口；

所述吸收再生塔的进气口分别与所述原料气进气管、再生供气装置和吹扫供气装置连接；

所述吸收再生塔的中间气体出口与所述保险罐的所述中间气体进口相连；

所述吸收再生塔和保险罐的所述出液口分别与所述回收装置的液体进口相连，所述回收装置的液体出口分别与所述吸收再生塔和保险罐的所述进液口相连。

采用以上设计，原料气在吸收再生塔内基本可以脱除H₂S，再经过保险罐，进一步去除可能残留的少量H₂S气体，保证脱硫效果。

作为优选技术方案，上述再生供气装置为风机，该风机向所述脱硫再生装置送入氧化性气体；

所述吹扫供气装置包括制气装置和贮气罐，该制气装置制备的中性气体注入所述贮气罐储存，所述贮气罐向所述脱硫再生装置送入中性气体。

采用以上设计，方便向脱硫再生装置内供气。

作为优选技术方案，上述回收装置包括按照液体流动方向依次设置的过滤器、液体缓冲罐和贫液泵；

所述过滤器的液体进口形成所述回收装置的液体进口，所述过滤器的滤液出口与所述液体缓冲罐的液体进口相连，所述液体缓冲罐的液体出口通过所述贫液泵与所述脱硫再生装置的进液口相连。

采用以上设计，过滤器实现固液分离去除脱硫过程产生的硫固体单质，然后暂时储存在液体缓冲罐内，后经贫液泵循环回到脱硫再生装置内。

作为优选技术方案，上述出气口还连接有残留气储罐。

采用以上设计，可以将脱硫再生装置内残留的少量天然气回收利用，如燃烧以用于发电等。

作为优选技术方案，上述脱硫再生装置至少有两套，所述原料气进气管为分流管，该分流管的气体出口与所述脱硫再生装置的进气口一一对应并分别连通；

所有所述脱硫再生装置的进气口还连接有同一套所述再生供气装置和同一套所述吹扫供气装置，所有所述脱硫再生装置的进液口和出液口分别连接有同一套所述回收装置。

采用以上设计，其优点在于当一套脱硫再生装置内脱硫液工作达到饱和状态后，可以切换到另一套脱硫再生装置继续进行原料气脱硫，而第一套脱硫再生装置在此期间进行再生，多套装置可以接续作业，实现连续处理。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：脱硫液在脱硫再生装置和回收装置之间循环，通过再生供气装置注入氧化性气体使得脱硫再生装置内的脱硫液再生，通过吹扫供气装置去除脱硫再生装置内的气体以提供适宜的工作气氛，工作周期内，脱硫和再生均在同一装置中进行，脱硫过程中液体处于静止态，无需使脱硫液在脱硫装置和再生装置之间持续循环流动，能耗低，脱硫效率高，可以在不同的气井移动使用。

附图说明

图1为脱硫系统的结构示意图，其中虚线代表气体管道，实线代表液体管道；

图2为不同含水量离子液体脱硫效率曲线；

图3为离子液体进行脱硫和再生循环的重复测试试验结果。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种井口天然气脱硫系统，包括脱硫再生装置1、回收装置2、再生供气装置3和吹扫供气装置4。所述脱硫再生装置1设有进液口、出液口、进气口、出气口，所述脱硫再生装置1的出液口与所述回收装置2的液体进口相连，所述回收装置2的液体出口与所述脱硫再生装置1的进液口相连。所述进气口连接有原料气进气管，所述进气口还分别连接有所述再生供气装置3和吹扫供气装置4。

所述脱硫再生装置1包括吸收再生塔1a，所述吸收再生塔1a的下部设有所述进气口，上部设有气体出口，底部设有所述出液口，顶部设有所述进液口。进一步地，本实施例中，所述脱硫再生装置1除了设置有所述吸收再生塔1a外，还设有保险罐1b，该保险罐1b的下部设有中间气体进口，上部设有所述出气口，底部设有所述出液口，顶部设有所述进液口。该情况下，所述吸收再生塔1a的上部的气体出口为中间气体出口。所述吸收再生塔1a的进气口分别与所述原料气进气管、再生供气装置3和吹扫供气装置4连接。所述吸收再生塔1a的所述中间气体出口与所述保险罐1b的所述中间气体进口相连。所述吸收再生塔1a和保险罐1b的所述出液口分别与所述回收装置2的液体进口相连，所述回收装置2的液体出口分别与所述吸收再生塔1a和保险罐1b的所述进液口相连。所述保险罐1b内填充有填料,以增大液体与气体的接触面积。

所述再生供气装置3为风机，该风机向所述脱硫再生装置1送入氧化性气体。

所述吹扫供气装置4包括制气装置4a和贮气罐4b，该制气装置4a制备的中性气体注入所述贮气罐4b储存，所述贮气罐4b向所述脱硫再生装置1送入中性气体。

所述回收装置2包括按照液体流动方向依次设置的过滤器2a、液体缓冲罐2b和贫液泵2c。所述过滤器2a的液体进口形成所述回收装置2的液体进口，所述过滤器2a的滤液出口与所述液体缓冲罐2b的液体进口相连，所述液体缓冲罐2b的液体出口通过所述贫液泵2c与所述脱硫再生装置1的进液口相连。

所述出气口还连接有残留气储罐5。

所述脱硫再生装置1至少有两套，所述原料气进气管为分流管，该分流管的气体出口与所述脱硫再生装置1的进气口一一对应并分别连通。所有所述脱硫再生装置1的进气口还连接有同一套所述再生供气装置3和同一套所述吹扫供气装置4，所有所述脱硫再生装置1的进液口和出液口分别连接有同一套所述回收装置2。

所述液体缓冲罐2b还设置有闪蒸气出口，该闪蒸气出口管道连接至灼烧位置。

所示脱硫系统中各部件之间均以管道连接，管道上还设有必要的阀门。

本实施例一的系统简单，适用于井口脱硫，可以将该系统设置在运输平台上，当完成一口井脱硫后，运输到其他气井再次发挥作用。

实施例二

一种天然气脱硫方法，采用实施例一的脱硫系统，依照如下步骤进行：

a、装液：所述吹扫供气装置4先向所述脱硫再生装置1注入中性气体将其内气体排空，然后再注入离子液体至装满；

b、吸收脱硫：向所述脱硫再生装置1通入原料气，净化脱硫以除去H₂S，净化气从所述出气口排出，待离子液体吸收H₂S达到饱和成为贫液后停止通入原料气；

c、后处理回收贫液：

所述脱硫再生装置1内的液体经所述过滤器2a过滤分离出固体硫颗粒，贫液进入所述液体缓冲罐2b；

所述脱硫再生装置1内的残留天然气通入所述残留气储罐5，然后将所述脱硫再生装置1内的残余气体以及所述液体缓冲罐2b内的闪蒸气体放空灼烧，并利用吹扫供气装置4注入中性气体促进排空；

d、贫液再生，

所述液体缓冲罐2b内的贫液再循环回至所述脱硫再生装置1，然后所述再生供气装置3工作，向所述脱硫再生装置1内注入氧化性气体以使所述贫液再生，然后再次利用吹扫供气装置4注入中性气体置换所述脱硫再生装置1内的残留氧化性气体。

由于实施例一的系统设置有多个所述脱硫再生装置1，以设置两个所述脱硫再生装置1为例。所述步骤b中，向第一个所述脱硫再生装置1通入原料气至离子液体吸收H₂S达到饱和后停止，改为向第二个所述脱硫再生装置1通入原料气，同时针对第一个所述脱硫再生装置1进行步骤c和d，待第二个所述脱硫再生装置1中离子液体吸收H₂S达到饱和后停止通入原料气，并针对其进行步骤c和d，改为向第一个所述脱硫再生装置1通入原料气，如此反复循环。

其中，所述离子液体的组成在申请号为CN2018110921294的专利申请文件中公开，其由复配离子液体添加不同体积比的水混匀而成，所述复配离子液体为质量比为1:1的铁基离子液体和N-甲基吡咯烷酮(NMP)混匀形成的液体。

氧化性气体指用于富液氧化再生的气体，可以是空气，也可以是氧气；中性气体是指在常温条件下与铁离子溶液或天然气原料气不发生反应的气体，如氮气。

具体地，一个单独脱硫周期内工艺流程操作步骤如下：

1)向吸收再生塔1a、保险罐1b中加装离子液体

依次打开阀V102、V103、V106、V207，进行氮气吹扫20分钟，将吸收再生塔1a、保险罐1b中的其它气体排空。关闭阀V207、V102、V103、V106。打开阀V301、V303，打开贫液泵2c，将液体缓冲罐2b中的离子液体加入吸收再生塔1a，当吸收再生塔1a中的离子液体装满预计液位时，打开阀V302，关闭阀V303。当保险罐1b中的离子液体装满预计液位时，关闭贫液泵2c和阀V302。另一脱硫再生装置加装离子液体对应相同。

2)吸收再生塔1a、保险罐1b脱硫

打开阀V103、V104，打开阀V101向吸收再生塔1a、保险罐1b中通入原料气，原料气经吸收再生塔1a后除去大部分H₂S，再经保险罐1b除去少量残留H₂S，确保从保险罐1b出来的净化气含硫量达到标准要求，净化气经阀V104处的管道送至其它工段。脱硫8h后，待离子液体吸收H₂S达到饱和后，关闭原料气进口阀V101、V103，净化气出口阀V104。

3)硫磺过滤

打开V304、V305，将脱硫后的富液经过滤器B101回收硫磺，富液送入液体缓冲罐2b，过滤1.5h将硫磺和富液离子液体全部回收完毕后关闭阀V304、305。

4)残留气去储罐、

打开阀V103、V105，将吸收再生塔1a、保险罐1b中的残留气送去残留气储罐5以备发电使用，这样可充分利用脱硫再生装置1内的残留气体。15分钟后塔内压力降至0.5Mpa后关闭阀V105。

5)残余气和闪蒸气放空灼烧

打开阀V106，将吸收再生塔内的残余气放空灼烧，塔内压力降至常压关闭阀V105。打开阀V107，将液体缓冲罐2b中的闪蒸气送去放空灼烧，降至常压后关闭阀V107。

6)脱硫液循环回至吸收再生塔1a、保险罐1b

打开阀V301、V303，打开贫液泵2c，将液体缓冲罐2b中的富液送去吸收再生塔1a。当吸收再生塔1a内液位至预计液位处时关闭阀V303，打开阀V302。当保险罐1b内液位达到预计液位处时，关闭贫液泵2c，关闭阀V302、V301。

7)氮气置换

打开阀V102、V106、V207，将贮气罐4b中的氮气送入吸收再生塔1a、保险罐1b进行氮气置换，置换出塔内的残余天然气，通入的氮气放空灼烧，15分钟后关闭阀V207。

8)空气再生

打开风机C101，向吸收再生塔1a、保险罐1b中通入空气，进行离子液体氧化还原再生，将富液中的Fe²⁺由空气还原成Fe³⁺变为贫液。经过2h充分还原后，关闭风机。

9)氮气置换

打开阀V207，进行氮气置换，将吸收再生塔1a、保险罐1b中的残留空气置换并放空排放，15分钟后关闭阀V207、V102，再生后的脱硫液以备下次使用。

在吸收再生塔1a、保险罐1b氧化脱硫结束后接入第二组脱硫塔，重复上述步骤2-9完成无缝衔接间歇式脱硫。

实施例三

为验证本发明创造的脱硫系统和方法的效果，在实验室使用结构同实施例一的脱硫系统模型进行测试，以脱硫管代替脱硫塔。模型使用申请号为CN2018110921294的专利申请文件中公开的离子液体为脱硫液，使用含5％H₂S的高含硫天然气模拟原料气，脱硫条件为常压，50℃，以20ml/min流速通入高含硫天然气，两脱硫管各盛装50g脱硫液静态脱硫1h，净化气质量满足天然气中一类气标准。脱硫完成后，向脱硫液内通入氧气再生1小时就可以再生完全。

图2为使用不同含水量的离子液体进行脱硫测试的结果。可以看到，在一定范围内，随着含水量的提高，脱硫效率也随之提高。

图3为使用含水量为5％的最佳复配比的的离子液体进行脱硫和再生循环的测试结果，该过程重复3次，可以看到，随着脱硫时间延长，脱硫处理后尾气H₂S浓度略有增长，即铁基离子液体的脱硫效率缓慢下降，但20min以内通入的测试气体内含有的H₂S基本被吸收，而第三次脱硫试验下本方法仍然保持较高的脱硫率。因而，实际使用时，当两个脱硫管循环进行脱硫和再生，可持续进行天然气的脱硫处理。本模型系统的测试实验还表明，通入天然气压力在2Mpa以上时，脱硫管中离子液体对天然气脱硫的硫容可以达到5g/L以上，远高于LO-CAT工艺的0.3g/L。此外，本系统和方法展示出对5％H₂S的高含硫天然气的优异脱硫处理效果，而一般天然气中H₂S含量达到2％即认为是高含硫天然气，采用本发明创造的系统和方法来处理，脱硫效果完全可以保证。

本脱硫工艺与连续脱硫撬装工艺相比，通过配备控制系统，易于实现在不同脱硫再生装置之间自动化切换，可以做到无人值守，减少安全风险；脱硫过程中脱硫液处于静止态，能耗大幅降低，无需频繁补充溶剂，也减少了因为烃类溶解造成的损失。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种井口天然气脱硫系统，其特征在于：包括脱硫再生装置(1)、回收装置(2)、再生供气装置(3)和吹扫供气装置(4)；

所述脱硫再生装置(1)设有进液口、出液口、进气口、出气口，所述脱硫再生装置(1)的出液口与所述回收装置(2)的液体进口相连，所述回收装置(2)的液体出口与所述脱硫再生装置(1)的进液口相连；

所述进气口连接有原料气进气管，所述进气口还分别连接有所述再生供气装置(3)和吹扫供气装置(4)。

2.根据权利要求1所述的井口天然气脱硫系统，其特征在于：所述脱硫再生装置(1)包括吸收再生塔(1a)，所述吸收再生塔(1a)的下部设有所述进气口，上部设有中间气体出口，底部设有所述出液口，顶部设有所述进液口；

所述中间气体出口连接至所述出气口。

3.根据权利要求2所述的井口天然气脱硫系统，其特征在于：所述脱硫再生装置(1)还包括保险罐(1b)，该保险罐(1b)的下部设有中间气体进口，上部设有所述出气口，底部设有所述出液口，顶部设有所述进液口；

所述吸收再生塔(1a)的进气口分别与所述原料气进气管、再生供气装置(3)和吹扫供气装置(4)连接；

所述吸收再生塔(1a)的中间气体出口与所述保险罐(1b)的所述中间气体进口相连；

所述吸收再生塔(1a)和保险罐(1b)的所述出液口分别与所述回收装置(2)的液体进口相连，所述回收装置(2)的液体出口分别与所述吸收再生塔(1a)和保险罐(1b)的所述进液口相连。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的井口天然气脱硫系统，其特征在于：所述再生供气装置(3)为风机，该风机向所述脱硫再生装置(1)送入氧化性气体；

所述吹扫供气装置(4)包括制气装置(4a)和贮气罐(4b)，该制气装置(4a)制备的中性气体注入所述贮气罐(4b)储存，所述贮气罐(4b)向所述脱硫再生装置(1)送入中性气体。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的井口天然气脱硫系统，其特征在于：所述回收装置(2)包括按照液体流动方向依次设置的过滤器(2a)、液体缓冲罐(2b)和贫液泵(2c)；

所述过滤器(2a)的液体进口形成所述回收装置(2)的液体进口，所述过滤器(2a)的滤液出口与所述液体缓冲罐(2b)的液体进口相连，所述液体缓冲罐(2b)的液体出口通过所述贫液泵(2c)与所述脱硫再生装置(1)的进液口相连。

6.根据权利要求1～3任意一项所述的井口天然气脱硫系统，其特征在于：所述出气口还连接有残留气储罐(5)。

7.根据权利要求1所述的井口天然气脱硫系统，其特征在于：所述脱硫再生装置(1)至少有两套，所述原料气进气管为分流管，该分流管的气体出口与所述脱硫再生装置(1)的进气口一一对应并分别连通；

所有所述脱硫再生装置(1)的进气口还连接有同一套所述再生供气装置(3)和同一套所述吹扫供气装置(4)，所有所述脱硫再生装置(1)的进液口和出液口分别连接有同一套所述回收装置(2)。

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