一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法及设备与流程

[0001]
本发明涉及含硫气体处理技术领域，具体而言，涉及一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法及设备。


背景技术：

[0002]
含硫气体通常是指那些含有少量的h2s、有机硫等酸性组分的气体，例如天然气、伴生气、沼气以及一些工业废气等。对于天然气、伴生气、以及沼气等气体，其本身可作为能源使用，但使用前必须进行脱硫处理，否则不仅会危害人们健康，而且在使用过程中会导致管道、设备、仪表腐蚀以及催化剂中毒等问题发生。而对于工业废气来说，其也必须经过脱硫处理后才能进行排放，否则会导致大气的污染。
[0003]
现有的脱硫工艺按照脱硫剂类型的不同一般分为干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫中常采用氧化铁、活性炭、分子筛等固体吸附剂进行吸附脱硫，然而，固体吸附剂存在硫容低、再生以及更换吸附剂的成本较高等问题，因此，干法脱硫常用于潜硫量极小的场合。湿法脱硫根据脱硫液的吸收方式不同可分为化学吸收法、物理吸收法和直接氧化还原法。以醇胺法和砜胺法为主的化学、物理吸收法，通过溶剂对h2s的吸收、解吸，使得净化气达标，并获得h2s含量较高的酸气，进入克劳斯装置进行硫磺回收，但该工艺流程复杂、技术要求高、投资较大、且使用过程中能耗较高，常用于潜硫量较高的大型天然气脱硫装置。而对于潜硫量较低的小型气井，采用胺法串联克劳斯工艺经济性较差，仍主要采用以络合铁为主的直接氧化还原法，通过溶剂对h2s进行吸收并氧化成单质硫，使得净化气达标，并回收硫磺。该工艺装置流程简单、投资较低，但该工艺存在硫容小、循环量大、电耗高、再生时间长、管道设备易堵塞及溶剂易损失等一系列问题。
[0004]
离子液体脱硫的提出，克服了络合铁对于中低潜硫量的天然气资源脱硫过程中存在的硫容小、循环量大、电耗高、溶剂易损失等一系列问题。但同时，离子液体脱硫液由于其自身的硫容大、粘度高、腐蚀性强、吸水性好等特点，使其在脱硫过程中存在硫磺分离困难、原料气带入杂质易在溶液中累积、富液再生速率慢、脱硫液易被水稀释等缺点，从而导致运行过程中出现设备管道堵塞、结垢、溶液发泡、变质及净化气难以达标等一系列问题。因此，传统的直接氧化还原脱硫法的设备和工艺较难直接应用于离子液体脱硫。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法，其操作简单方便，可以快速高效地脱除含硫气体中的硫化物，并快速实现硫磺的分离和离子液体的再生。
[0006]
本发明的另一目的在于提供一种针对含硫气体的离子液体脱硫设备，其结构简单，使用方便，可以很好地解决目前离子液体脱硫过程中设备上的不匹配。
[0007]
本发明的实施例是这样实现的：一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法，其包括：将含硫气体进行预分离，分离其中的杂质；
将分离过杂质的含硫气体利用离子液体吸收其中的硫化物，得到富含硫磺的富液和净化后的净化气；对富液进行过滤，分离其中的硫磺；将分离硫磺后的富液进行再生，得到贫液。
[0008]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，对富液进行过滤是采用板框压滤机，板框压滤机的进口压力为0.1~1 mpag。
[0009]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，利用离子液体对含硫气体进行吸收是采用动力波洗涤吸收塔，吸收时的温度为20~80℃，压力为0.1~1 mpag，气液比为20~100。
[0010]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，对富液进行再生是采用文丘里再生塔，再生压力为0.1~2 mpag，温度为40~100℃，气液比为50~150。
[0011]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，对富液采用干燥的热空气进行再生，热空气的温度为60~100℃。
[0012]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，对含硫气体进行预分离是采用超音速分离器，超音速分离器的进口压力≥1 mpag。
[0013]
一种针对含硫气体的离子液体脱硫设备，其包括依次连接的预分离系统、吸收系统、过滤系统以及再生系统；再生系统的出液端通过贫液循环泵与吸收系统的液体进料端连通。
[0014]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，过滤系统包括板框压滤机，板框压滤机的进液端与吸收系统的出液端连通，板框压滤机的出液端与再生系统的进液端连通。
[0015]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，过滤系统还包括滤布过滤器，滤布过滤器位于板框压滤机和再生系统之间，滤布过滤器的进液端与板框压滤机的出液端连通，滤布过滤器的出液端与再生系统的进液端连通。
[0016]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，吸收系统为动力波洗涤吸收塔，吸收系统的气体进料端与预分离系统的出气端连通。
[0017]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，吸收系统的出液端还设置有沉降罐，沉降罐的进液端与吸收系统的出液端连通，沉降罐的出液端与板框压滤机的进液端连通。
[0018]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，再生系统为文丘里再生塔，再生系统的进气端与空气进气管连通，空气进气管设置有空气加热器，再生系统的进液端设置有富液加热器，富液加热器的进液端与板框压滤机的出液端连通，富液加热器的出液端与再生系统的进液端连通。
[0019]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，预分离系统包括超音速分离器，超音速分离器的进气端与原料气进气管连通。
[0020]
进一步地，在本发明其他较佳实施例中，预分离系统还包括预冷分离器，预冷分离器的进气端与原料气进气管连通，预冷分离器的出气端与超音速分离器的进气端连通。
[0021]
本发明实施例的有益效果是：本发明实施例提供了一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法，其在对富液进行再生之前先对富液进行过滤处理，以分离其中的硫磺，避免后续管道堵塞、结垢的问题，同时提高离子液体的再生效率。
[0022]
本发明实施例还提供了一种针对含硫气体的离子液体脱硫设备，其包括依次连接
的预分离系统、吸收系统、过滤系统以及再生系统；再生系统的出液端通过贫液循环泵与吸收系统的液体进料端连通。其在再生系统之前设置有过滤系统，用以对富液中的硫磺进行分离，有效地避免了富液在运输和再生过程中，存在管道堵塞、结垢，硫磺分离难，离子液体再生缓慢等问题。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0024]
图1为本发明实施例所提供的一种针对含硫气体的离子液体脱硫设备的示意图。
[0025]
图标：100-离子液体脱硫设备；110-预分离系统；111-超音速分离器；112-预冷分离器；113-原料气进气管；114-气旋分离器；115-预过滤器；116-换热器；120-吸收系统；121-动力波洗涤吸收塔；122-净化气气液分离器；123-沉降罐；124-硫浆泵；130-过滤系统；131-板框压滤机；132-滤布过滤器；140-再生系统；141-文丘里再生塔；142-空气进气管；143-空气加热器；144-富液加热器；145-富液泵；146-废空气气液分离器；147-贫液储罐；148-贫液循环泵。
具体实施方式
[0026]
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0027]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0028]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0029]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关
系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0031]
下面对本发明实施例的一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法以及设备进行具体说明。
[0032]
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0033]
实施例1本实施例提供了一种针对含硫气体的离子液体脱硫设备100，参照图1所示，其包括依次连接的预分离系统110、吸收系统120、过滤系统130以及再生系统140；再生系统140的出液端通过贫液循环泵148与吸收系统120的进料端连通。该离子液体脱硫设备100在工作时，含硫气体先进入预分离系统110中，分离其中的杂质，再进入到吸收系统120中，被其中的离子液体吸收硫化物，净化气由吸收系统120顶部排出，而形成的富含硫磺的富液，经过过滤系统130分离其中的硫磺，再进入到再生系统140中，完成对离子液体的再生。
[0034]
其中，过滤系统130包括板框压滤机131，板框压滤机131的进液端与吸收系统120的出液端连通，板框压滤机131的出液端与再生系统140的进液端连通。板框压滤机131可以对富液进行充分的分离，分离后的硫磺以滤饼的形式进入到硫磺纯化工段进行回收。
[0035]
进一步地，如图1所示，过滤系统130还包括滤布过滤器132，滤布过滤器132位于板框压滤机131和再生系统140之间，滤布过滤器132的进液端与板框压滤机131的出液端连通，滤布过滤器132的出液端与再生系统140的进液端连通。板框压滤机131排出的清液可以进入到滤布过滤器132中进行更深层次的过滤，尽可能地避免硫磺的残留，从而避免硫磺粉末影响离子液体的再生效率以及后续管道和设备出现堵塞、结垢等问题。
[0036]
在本实施例中，吸收系统120包括动力波洗涤吸收塔121，动力波洗涤吸收塔121的进料端与预分离系统110的出气端连通。含硫气体与从再生系统140回流的脱硫后的贫液在动力波洗涤吸收塔121中进行逆向接触。含硫气体中的酸性组分被贫液充分吸收，形成的净化气由动力波洗涤吸收塔121顶部的净化气出口排出至后续工段，而吸收了酸性组分的脱硫贫液则变成富含硫磺的富液，由动力波洗涤吸收塔121底部的富液出口排出，进入后续的再生工序。动力波洗涤吸收塔121利用泡沫洗涤原理以及其设备本身的防堵特性，可以在强化气液传质效率的同时，避免硫磺固体对设备的堵塞，实现酸性气体的有效脱除，特别适合高粘度离子液体进行高含硫气体中硫化物的脱除。
[0037]
在动力波洗涤吸收塔121的净化气出口还连接有净化气气液分离器122，其可以有效去除净化气中所夹带的液相组分，在进一步纯化净化气的同时，对液相组分加以回收利用。
[0038]
此外，如图1所示，动力波洗涤吸收塔121的出液端还设置有沉降罐123，沉降罐123的进液端与动力波洗涤吸收塔121的出液端连通，沉降罐123的出液端与板框压滤机131的
进液端连通。动力波洗涤吸收塔121和沉降罐123采用呈上下设置的集成塔，具有集成度高、占地面积小的特点。沉降罐123可以对富液中的硫磺进行初步的沉降，进一步提高硫磺分离的效率。沉降罐123的出液端设置有硫浆泵124，用以将沉降罐123出来的硫浆向板框压滤机131输送。
[0039]
进一步地，再生系统140包括文丘里再生塔141，文丘里再生塔141的进气端与空气进气管142连通，空气进气管142设置有空气加热器143，文丘里再生塔141的进液端设置有富液加热器144，富液加热器144的进液端与滤布过滤器132的出液端连通，富液加热器144的出液端与文丘里再生塔141的进液端连通。富液在文丘里再生塔141中与塔底进入的热的干燥空气进行逆流接触，实现富液的氧化再生。富液加热器144可以在富液进入文丘里再生塔141前对其进行升温处理，增加气液分子间有效碰撞的同时，通过气提原理，利用高温干燥空气对吸收过程中离子液体中生成的水分进行去除。富液加热器144的进液端设置有富液泵145，用以将滤布过滤器132中排出的富液向富液加热器144输送。
[0040]
除此之外，如图1所示，文丘里再生塔141顶部的出气口与废空气气液分离器146连通，用以对文丘里再生塔141中排出的废气进行分离后再排放，回收其中的液体，并防止离子液体及其他杂质组分的带出对大气的污染。文丘里再生塔141底部的液相出口通过贫液循环泵148与动力波洗涤吸收塔121的进料端连通，用以将再生后得到的贫液输送回动力波洗涤吸收塔121重复利用。文丘里再生塔141的液相出口处还设置有贫液储罐147，用以对贫液进行暂时的储存。
[0041]
预分离系统110包括超音速分离器111，超音速分离器111的进气端与原料气进气管113连通。超音速分离器111可以有效地对含硫气体中的水、重烃等液体杂质进行深度分离，起到纯化含硫气体的作用，以提高后续处理的效率。进一步地，预分离系统110还包括预冷分离器112，预冷分离器112的进气端与原料气进气管113连通，预冷分离器112的出气端与超音速分离器111的进气端连通。预冷分离器112可以在超音速分离器111之前先对含硫气体进行预分离，先初步对液体杂质进行处理，并实现一定程度的回收。
[0042]
在此基础上，如图1所示，还可以在预冷分离器112之前增设气旋分离器114、预过滤器115等，在进行液相杂质分离之前，先完成对含硫气体中可能含有的沙砾、岩屑等固体杂质的去除。在预过滤器115和预冷分离器112之间设置有换热器116，换热器116的热流侧入口与预过滤器115连通，热流侧出口与预冷分离器112连通；换热器116的冷流侧入口与超音速分离器111连通，冷流侧出口与吸收系统120连通。从超音速分离器111输出的气体，温度较低，不利于提高吸收系统120的吸收效率。而通过换热的方法将其与预过滤器115排出的含硫气体进行热交换，可以有效提高其温度，从而提高离子液体对酸性气体的吸收效率。另一方面，从预过滤器115排出的含硫气体经过热交换之后，温度降低，也可以提高其在预冷分离器112中的分离效率，从而实现能量的优化配置。
[0043]
实施例2本实施例提供一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法，其采用实施例1所提供的针对含硫气体的离子液体脱硫设备100对某高含硫伴生气处理厂的含硫伴生天然气进行处理，该含硫伴生天然气中的硫化氢含量为3.4%，脱硫后要求硫化氢含量≤20mg/m3，要求处理后天然气满足《天然气》（gb17820-2018）二类气的技术指标。
[0044]
其具体操作包括：
s1. 将压力为4.0 mpa、温度为40℃、硫化氢含量为3.4%的伴生天然气，依次通过气旋分离器114和预过滤器115，对伴生天然气中的沙砾、岩屑等固体杂质以及部分液体杂质进行去除。
[0045]
s2. 将预过滤器115中输出的伴生天然气，通过换热器116换热，降低伴生气的温度后，依次通过预冷分离器112、超音速分离器111，对伴生气中的水、重烃等液体杂质进行深度分离。
[0046]
s3. 将超音速分离器111中输出的伴生天然气，通过换热器116换热，提高温度后，进入动力波洗涤吸收塔121，在50℃、0.5 mpag的操作条件下与来自文丘里再生塔141的铁基离子液体贫液混合，并通过调节贫液循环泵148流量控制操作气液比为50，得到的净化气由顶部排出，进入到净化气气液分离器122去除夹带液体后进入下一工段，分析得出净化气中h2s含量为16 ppm；得到的富含硫磺的富液排入沉降罐123。
[0047]
s4. 富液在沉降罐123中进行初步的沉降后，停留10min后，通过硫浆泵124泵送到板框压滤机131，对硫磺进行分离，随后进入到滤布过滤器132中进行二次分离。
[0048]
s5. 滤布过滤器132输出的富液，通过富液泵145泵送至富液加热器144加热至80℃后，进入到文丘里再生塔141。在文丘里再生塔141中，与通过空气加热器143加热到80℃的干燥空气逆向接触，脱除吸收过程离子液体中产生的大量水，同时提高离子液体再生效率。再生得到的贫液由底部输送至贫液储罐147，再经由贫液循环泵148泵送至动力波洗涤吸收塔121。再生后的废空气由顶部排出至废空气气液分离器146分离夹带液体后排空。
[0049]
对比例1本对比例提供了一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法，其采用的设备和工艺参数与实施例2基本相同，其区别在于，采用未加热的常温湿空气代替高温干空气对脱硫富液进行再生，对吸收塔顶的净化气进行取样，测得硫化氢500 ppm。
[0050]
对比例2本对比例提供了一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法，其采用的设备和工艺参数与实施例2基本相同，其区别在于，移除了过滤系统130。设备在运行了1 h，在动力波洗涤吸收塔121与文丘里再生塔141之间的管道即发生明显堵塞，设备开始报警无法正常工作。对运行1h后的富液采用过滤系统130进行硫磺分离，只有少量的硫磺固体被分离出来，过滤系统出口处的液体中仍含有大量的硫磺以浆液的形式存在未能分离。
[0051]
综上所述，本发明实施例提供了一种针对含硫气体的离子液体脱硫方法，其在对富液进行再生之前先对富液进行过滤处理，以分离其中的硫磺，避免后续管道堵塞、结垢的问题，同时提高离子液体的再生效率。
[0052]
本发明实施例还提供了一种针对含硫气体的离子液体脱硫设备，其包括依次连接的预分离系统、吸收系统、过滤系统以及再生系统；再生系统的出液端通过贫液循环泵与吸收系统的液体进料端连通。其在再生系统之前设置有过滤系统，用以对富液中的硫磺进行分离，有效地避免了富液在运输和再生过程中，存在管道堵塞、结垢，硫磺分离难，离子液体再生缓慢等问题。
[0053]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。