一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置及脱硫方法与流程

本发明属于天然气净化技术领域，具体涉及一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置及脱硫方法。

背景技术：

目前，长庆气田以上古气藏为主的苏里格气田、榆林气田正逐步开发下古气藏。下古气藏的天然气中含有硫化氢，硫化氢是一种有毒气体，吸入人体后会导致中毒，甚至死亡。进入外输管道后硫化氢遇到管道内的游离会腐蚀管道。此外，硫化氢腐蚀管道的产物硫化亚铁极易自燃，从而引发安全事故。因此，必需将下古气藏天然气中的硫化氢脱出后才能进入已建的上古气藏外输系统。

由于上古气藏天然气几乎不含硫化氢，上古气藏区域内集气站未设置脱硫流程。下古含硫天然气无法进入上古气藏的外输系统，导致约9.44亿方/年的天然气产能未能有效开发利用。

因此，亟需研制一种脱硫装置在已建的上古集气站内将天然气中的硫化氢脱除后进入上古气藏的外输系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种含硫天然气脱硫方法，对下古气藏含硫天然气进行脱硫处理。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，包括设于撬座上的脱硫罐、plc控制系统、加药系统和气液分离器，所述脱硫罐的气体出口通过管线与气液分离器的中部连通；

所述加药系统包括加药泵、硫化氢检测仪一、硫化氢检测仪二和流量计，所述硫化氢检测仪一设于脱硫罐的天然气进口管线上，所述硫化氢检测仪二设于脱硫罐与气液分离器之间的管线上，所述流量计设于气液分离器的脱硫天然气出口管线30上，所述加药泵通过管线与脱硫罐连通，所述加药泵、硫化氢检测仪一、硫化氢检测仪二和流量计均与plc控制系统电信号连接。

所述撬座上还设有过滤分离器，所述过滤分离器的气体出口通过管线与脱硫罐的中部连通。

所述气液分离器内顶部设有补雾丝网，所述气液分离器内安装有液位计一，所述气液分离器的排液口连通有排液系统一，所述排液系统一包括气动调节阀一和气动截断阀一，所述气动调节阀一和气动截断阀一沿液体流动方向依次设于气液分离器的排液管线上，所述排液管线连通有排污系统；

所述液位计一、气动调节阀一和气动截断阀一均与plc控制系统电信号连接。

所述过滤分离器包括过滤腔和分离腔，所述过滤腔设于分离腔上方，所述过滤腔内设有滤芯，所述过滤分离器内安装有液位计二，所述过滤分离器的排液口连通有排液系统二；

所述排液系统二包括气动调节阀二和气动截断阀二，所述气动调节阀二和气动截断阀二沿液体流动方向依次设于过滤分离器的排液管线上，所述排液管线连通有排污系统，所述液位计二、气动调节阀二和气动截断阀二均与plc控制系统电信号连接。

甲醇注入系统包括甲醇储罐和注醇泵，所述甲醇储罐和注醇泵的进口连通，所述脱硫罐的底部连通有注醇管线一，所述注醇管线一上设有阀门且与注醇泵的出口管线连通，所述气液分离器的底部连通有注醇管线二，所述注醇管线二上设有阀门且与注醇泵的出口管线连通。

所述过滤分离器、脱硫罐和气液分离器均通过管线和阀门与集气站内放空系统连通。

所述过滤分离器、脱硫罐和气液分离器的出气口均连通有排气管线，所述排气管线连通有放空管线，所述放空管线上设有阀门，所述放空管线与排气管线的连通点处连通有安全管线，所述安全管线上设有安全阀，所述放空管线和安全管线的另一端均与集气站内放空系统连通。

所述过滤分离器的进气口连通有进气管线，所述进气管线与来气管线通过三通球阀连通，所述三通球阀的另一出口通过管线与气液分离器的脱硫天然气出口管线连通；

所述过滤分离器的进气口还连通有氮气管线，所述来气管线、进气管线和氮气管线上均设有阀门。

一种含硫天然气脱硫方法，采用精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，包括以下步骤：

步骤1)在脱硫罐内注入脱硫剂后，将含硫天然气通入脱硫罐，与脱硫罐内的脱硫剂充分接触反应，脱出含硫天然气中的硫化氢；

步骤2)脱硫后的天然气携带部分脱硫剂进入气液分离器，在气液分离器内分离出游离态的脱硫剂，再经气液分离器顶部的补雾丝网分离出液滴态脱硫剂后，除硫后天然从气液分离器排出，经流量计计量后进入下游；

在此过程中，plc控制系统实时监测硫化氢检测仪一、硫化氢检测仪二和流量计的数值，并根据硫化氢检测仪一检测得到的脱硫罐进口天然气中硫化氢含量c1、硫化氢检测仪二检测得到的脱硫罐出口天然气中硫化氢含量c2、天然气量q和脱硫剂的硫容m，计算所需的脱硫剂量q；

步骤3)plc控制系统发送信号给加药泵，调节加药泵的流量与脱硫剂量相同后，将脱硫剂注入脱硫罐中；

步骤4)重复上述步骤，继续对通入脱硫罐中的含硫天然气进行脱硫处理。

步骤2)中脱硫剂量q按以下公式计算：

式中：m为脱硫剂的硫容，g/l；q为天然气量，10⁴m³/d；c1为脱硫罐进口天然气中硫化氢含量，mg/m³；c2为脱硫罐出口天然气中硫化氢含量，mg/m³；q为脱硫剂量，l/h；所述脱硫剂为三嗪溶液。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，通过plc控制系统实时监测脱硫罐进口天然气中硫化氢的含量、出口天然气中硫化氢的含量，并根据进、出口天然气中硫化氢的含量，天然气量及脱硫剂的硫容，实时计算出所需的脱硫剂量，然后发送信号给加药泵，调节加药泵的流量，精确调整注入脱硫罐内脱硫剂的注入量。

通过plc控制系统控制过滤分离器排液系统和气液分离器排液系统，当过滤分离器、气液分离器内液体达到高液位时，自动排液；到达低液位时，自动停止排液，达到无人值守的目的。

通过设置甲醇注入系统和氮气管线，装置开车时，注入甲醇对脱硫塔、气液分离器进行清洗，脱硫剂温度降到8℃及以下时也可注入甲醇，提高脱硫剂粘度，保证脱硫效果。注入氮气，对装置内气体进行置换。

当过滤分离器内天然气超压时，安全阀自动起跳进行泄压，天然气进入集气站内放空系统，防止过滤分离器超压破损。当脱硫罐内天然气超压时，安全阀自动起跳进行泄压，天然气进入集气站内放空系统，防止脱硫罐超压破损。当气液分离器内天然气超压时，安全阀自动起跳进行泄压，天然气进入集气站内放空系统防止脱硫罐超压破损。

本发明方法通过plc控制系统精确计算脱硫剂的加入量，在保证脱硫效果的同时，充分利用脱硫剂进行反应。采用三嗪溶液进行脱硫，脱硫产物均为低毒、水溶性液体，可以溶解于采出水中。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例流程示意图；

图2是三嗪溶液吸收硫化氢的原理图。

图中：

附图标记说明：

1、三通球阀；2、过滤分离器；3、脱硫罐；4、气液分离器；5、流量计；6、加药系统；7、排液系统一；8、排液系统二；9、注醇泵；10、安全阀一；11、安全阀二；12、安全阀三；13、补雾丝网；14、分离腔；15、滤芯；16、来气管线；17、氮气管线；18、排气管线一；19、放空管线一；20、安全管线一；21、排气管线二；22、放空管线二；23、安全管线二；24、排气管线三；25、放空管线三；26、安全管线三；27、硫化氢检测仪一；28、硫化氢检测仪二；29、加药泵；30、脱硫天然气出口管线；31、注醇管线一；32、注醇管线二；33、进气管线。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，包括设于撬座上的脱硫罐3、plc控制系统、加药系统6和气液分离器4，所述脱硫罐3的气体出口通过管线与气液分离器4的中部连通；

所述加药系统6包括加药泵29、硫化氢检测仪一27、硫化氢检测仪二28和流量计5，所述硫化氢检测仪一27设于脱硫罐3的天然气进口管线上，所述硫化氢检测仪二28设于脱硫罐3与气液分离器4之间的管线上，所述流量计5设于气液分离器4的脱硫天然气出口管线30上，所述加药泵29通过管线与脱硫罐3连通，所述加药泵29、硫化氢检测仪一27、硫化氢检测仪二28和流量计5均与plc控制系统电信号连接。

工作过程：含硫天然气通入脱硫罐3中，与脱硫罐3内的脱硫剂充分接触反应，脱出含硫天然气中的硫化氢；脱硫后的天然气携带部分脱硫剂进入气液分离器4，在气液分离器4内分离出游离态的脱硫剂，再经气液分离器4顶部的补雾丝网13分离出液滴态脱硫剂后，除硫后天然从气液分离器4排出，经流量计5计量后进入下游。

在脱硫过程中，plc控制系统根据一段时间内脱硫罐3进口天然气中硫化氢的含量(生产后数值稳定)、脱硫罐3出口天然气中硫化氢的含量(脱硫后为0，或要求不大于15mg/m³)、天然气量(生产后流量值稳定)及脱硫剂的硫容，得到需注入的脱硫剂量。注入后进行脱硫，经过设定时间后，plc控制系统再根据该段时间内的上述各参数得到需注入的脱硫剂量，如此重复，进行脱硫。

在实施过程中，对于进口天然气中硫化氢的含量稳定的情况，也可以选择具有两个检测通道的硫化氢检测仪替代硫化氢检测仪一27和硫化氢检测仪二28。

本发明提供的这种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，通过plc控制系统实时监测脱硫罐3进口天然气中硫化氢的含量、出口天然气中硫化氢的含量，并根据进、出口天然气中硫化氢的含量，天然气量及脱硫剂的硫容，得到所需的脱硫剂量，然后发送信号给加药泵29，调节加药泵29的流量，精确调整注入脱硫罐3内脱硫剂的注入量。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，所述撬座上还设有过滤分离器2，所述过滤分离器2的气体出口通过管线与脱硫罐3的中部连通。

过滤分离器2用于过滤出天然气中的泥沙等固体杂质后，从过滤分离器2底部进入脱硫罐3脱除含硫天然气中的硫化氢。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，所述气液分离器4内顶部设有补雾丝网13，所述气液分离器4内安装有液位计一，所述气液分离器4的排液口连通有排液系统一7，所述排液系统一7包括气动调节阀一和气动截断阀一，所述气动调节阀一和气动截断阀一沿液体流动方向依次设于气液分离器4的排液管线上，所述排液管线连通有排污系统；

所述排液管线连通有排污系统；

所述液位计一、气动调节阀一和气动截断阀一均与plc控制系统电信号连接。

含硫天然气进入脱硫罐3，与脱硫罐3内的脱硫剂充分接触，瞬间发生化学反应，脱除含硫天然气中的硫化氢。脱硫后的天然气携带部分脱硫剂进入气液分离器4，在气液分离器4内分离出游离态的脱硫剂，再经气液分离器4顶的补雾丝网13分离出液滴态脱硫剂后，出气液分离器4，除硫后天然经流量计5计量后进入下游。

plc控制系统实时监测液位计一的液位数值，当气液分离器4内液体达到设定的高液位时，plc控制系统发送信号给气动调节阀一，使气动调节阀一开口度调大，自动排液，通过排液管线通入排污系统；当液位达到设定的低液位时，plc控制系统发送信号给气动调节阀一，气动调节阀一开口度调小，自动停止排液，达到无人值守的目的。

气动截断阀一在正常情况下为打开状态，当气动调节阀一出现故障，在液位达到设定的低液位时，仍继续排液时，plc控制系统发送信号给气动截断阀一，使气动截断阀一关闭。

实施例4：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，所述过滤分离器2包括过滤腔和分离腔14，所述过滤腔设于分离腔14上方，所述过滤腔内设有滤芯15，所述过滤分离器2内安装有液位计二，所述过滤分离器2的排液口连通有排液系统二8；

所述排液系统二8包括气动调节阀二和气动截断阀二，所述气动调节阀二和气动截断阀二沿液体流动方向依次设于过滤分离器2的排液管线上，所述排液管线连通有排污系统，所述液位计二、气动调节阀二和气动截断阀二均与plc控制系统电信号连接。

含硫天然气从过滤分离器2底部进入分离腔14，通过重力分离使游离水分离出，进入过滤腔，通过滤芯15过滤出天然气中的泥沙等固体杂质后，出过滤分离器2从底部进入脱硫罐3，含硫天然气与脱硫罐3内的脱硫剂充分接触，瞬间发生化学反应，脱除含硫天然气中的硫化氢。

plc控制系统实时监测液位计二的液位数值，当气液分离器4内液体达到设定的高液位时，plc控制系统发送信号给气动调节阀二，使气动调节阀二开口度调大，自动排液，通过排液管线通入排污系统；当液位达到设定的低液位时，plc控制系统发送信号给气动调节阀二，气动调节阀二开口度调小，自动停止排液，达到无人值守的目的。

气动截断阀二在正常情况下为打开状态，当气动调节阀二出现故障，在液位达到设定的低液位时，仍继续排液时，plc控制系统发送信号给气动截断阀二，使气动截断阀二关闭。

实施例5：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，所述撬座上还设有甲醇注入系统，甲醇注入系统包括甲醇储罐和注醇泵9，所述甲醇储罐和注醇泵9的进口连通，所述脱硫罐3的底部连通有注醇管线一31，所述注醇管线一31上设有阀门且与注醇泵9的出口管线连通，所述气液分离器4的底部连通有注醇管线二32，所述注醇管线二32上设有阀门且与注醇泵9的出口管线连通。

当装置开车(停止运行一段时间后，再开始运行)时，通过注醇泵9将甲醇储罐中的甲醇注入脱硫罐3、气液分离器4进行清洗，脱硫剂温度降到8℃及以下时也可注入甲醇，提高脱硫剂粘度，保证脱硫效果。

实施例6：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，所述过滤分离器2、脱硫罐3和气液分离器4均通过管线和阀门与集气站内放空系统连通。

当装置开工、停工或检修时，将过滤分离器2、脱硫罐3和气液分离器4中的天然气通过管线排入放空系统。

实施例7：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，所述过滤分离器2、脱硫罐3和气液分离器4的出气口均连通有排气管线，所述排气管线连通有放空管线，所述放空管线上设有阀门，所述放空管线与排气管线的连通点处连通有安全管线，所述安全管线上设有安全阀，所述放空管线和安全管线的另一端均与集气站内放空系统连通。

如图1所示，过滤分离器2的出气口连通有排气管线一18，排气管线一18连通有放空管线一19，放空管线一19上设有阀门，放空管线一19与排气管线一18的连通点处连通有安全管线一20，安全管线一20上设有安全阀一10，放空管线一19和安全管线一20的另一端(出口)均与集气站内放空系统连通。

当过滤分离器2内天然气超压时，安全阀一10自动起跳进行泄压，天然气进入集气站内放空系统，防止过滤分离器2超压破损。

脱硫罐3的出气口连通有排气管线二21，排气管线二21连通有放空管线二22，放空管线二22上设有阀门，放空管线二22与排气管线二21的连通点处连通有安全管线二23，放空管线二22和安全管线二23的出口均与集气站内放空系统连通，安全管线二23上设有安全阀二11。

当脱硫罐3内天然气超压时，安全阀二11自动起跳进行泄压，天然气进入集气站内放空系统，防止脱硫罐3超压破损。

气液分离器4的出气口连通有排气管线三24，排气管线三24连通有放空管线三25，排气管线三24和放空管线三25的连通点处连通有安全管线三26，放空管线三25和安全管线三26的出口均与集气站内放空系统连通，放空管线三25上设有阀门，安全管线三26上设有安全阀三12。

当气液分离器4内天然气超压时，安全阀三12自动起跳进行泄压，天然气进入集气站内放空系统防止脱硫罐3超压破损。

实施例8：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，所述过滤分离器2的进气口连通有进气管线33，所述进气管线33与来气管线16通过三通球阀1连通，所述三通球阀1的另一出口通过管线与气液分离器4的脱硫天然气出口管线30连通；

所述过滤分离器2的进气口还连通有氮气管线17，所述来气管线16、进气管线33和氮气管线17上均设有阀门。

如图1所示，含硫天然气由来气管线16经三通球阀1后进入过滤分离器2，过滤分离器2过滤出天然气中的泥沙等固体杂质后，从过滤分离器2底部进入脱硫罐3脱除含硫天然气中的硫化氢。脱硫后的天然气携带部分脱硫剂进入气液分离器4，在气液分离器4内分离出游离态的脱硫剂，再经气液分离器4顶的补雾丝网13分离出液滴态脱硫剂后，出气液分离器4，除硫后天然经流量计5计量后进入下游。

对于含硫量满足硫含量要求(不大于15mg/m³)的天然气可直接进入下游。

实施例9：

本实施例提供了一种含硫天然气脱硫方法，采用实施例1的精确控制脱硫剂注入量的脱硫一体化装置，包括以下步骤：

步骤1)在脱硫罐3内注入脱硫剂后，将含硫天然气通入脱硫罐3，与脱硫罐3内的脱硫剂充分接触反应，脱出含硫天然气中的硫化氢；

步骤2)脱硫后的天然气携带部分脱硫剂进入气液分离器4，在气液分离器4内分离出游离态的脱硫剂，再经气液分离器4顶部的补雾丝网13分离出液滴态脱硫剂后，除硫后天然从气液分离器4排出，经流量计5计量后进入下游；

在此过程中，plc控制系统实时监测硫化氢检测仪一27、硫化氢检测仪二28和流量计5的数值，并根据硫化氢检测仪一27检测得到的脱硫罐3进口天然气中硫化氢含量c1、硫化氢检测仪二28检测得到的脱硫罐3出口天然气中硫化氢含量c2、天然气量q和脱硫剂的硫容m，计算所需的脱硫剂量q；

步骤3)plc控制系统发送信号给加药泵29，调节加药泵29的流量与脱硫剂量相同后，将脱硫剂注入脱硫罐3中；

步骤4)重复上述步骤，继续对通入脱硫罐3中的含硫天然气进行脱硫处理。

其中，步骤2)中脱硫剂量q按以下公式计算：

式中：m为脱硫剂的硫容，g/l；q为天然气量，10⁴m³/d；c1为脱硫罐3进口天然气中硫化氢含量，mg/m³；c2为脱硫罐3出口天然气中硫化氢含量，mg/m³；q为脱硫剂量，l/h；所述脱硫剂为三嗪溶液。

下古气藏的天然气中硫化氢的含量(平均207mg/m³，最高1000mg/m³)，属于低潜硫量天然气(低于0.1t/d的元素硫)，采用三嗪溶液进行脱硫。脱硫原理如图2所示，三嗪分子与硫化氢快速反应生成噻二嗪，噻二嗪还可以继续与另外一分子硫化氢缓慢反应生成二噻嗪。脱硫产物均为低毒、水溶性液体，可以溶解于采出水中。

在以上实施例中，plc控制系统包括plc控制器(型号1756-l72)、信号输入模块(型号1734-ssi)、数字量输出模块(型号1794-ob32)和数字量输入模块(型号1794-ib32)。plc控制器运算和实时监测各仪器，通过tcp/ip以太网通讯方式将各个部分串联成一个网络，将数据共享。硫化氢检测仪一27、硫化氢检测仪二28、流量计5、液位计一、液位计二和流量计二的数值信号分别传输给信号输入模块，加药泵29、气动调节阀一和气动截断阀的输出给定由数字量输出模块来完成。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。