专利名称：天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治方法与装置的制作方法
天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治方法与装置技术领域
本发明属于化工过程环境风险控制领域，涉及天然气胺法脱硫过程防治溶剂发泡的方法与装置，适用于天然气、页岩气、煤层气及可燃冰气体净化。具体地说，本发明提供了对高含硫天然气(H2S含量为13-18% (V))净化的方法与装置。
背景技术：
从天然气井口来的天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、有机硫、二氧化碳、氮和水气，微量的惰性气体，如氦和氩等，以及固体微粒杂质及C4及以上的重烃。
在天然气脱硫化氢的过程中，固体微粒杂质及C4及以上的重烃容易使脱硫化氢的溶剂，如甲基二乙醇胺发泡，造成大型天然气净化装置不能够长周期稳定运行。而且，采用甲基二乙醇胺作为溶剂，只能脱除天然气中的无机硫，如硫化氢，不能够有效地脱除有机硫；而为了脱除有机硫，需要设置水解反应器将有机硫转化为无机硫再用甲基二乙醇胺来吸收脱除，如四川普光引进的美国UOP天然气净化工艺，这无疑大大延长了流程。
华东理工大学基于甲基二乙醇胺的开发了 XDS复合高效脱硫溶剂(高酸性石油天然气的高效净化脱硫剂，中国专利申请号200910233505.1)，在脱无机硫的同时能够有效脱除有机硫，有机硫脱除率达到75%以上。中国石化南化研究院使用一种添加剂，可大大降低甲基二乙醇胺水溶液的降解率，该添加剂由叔丁胺与环氧丙烷反应后再与环氧乙烷聚合合成(抑制甲基二乙醇胺脱硫溶液降解的方法，中国专利号ZL200510095345. O)，也能够在脱无机硫的同时能够有效脱除有机硫。但相比传统的MDEA (甲基二乙醇胺)溶液，XDS复合高效脱硫溶剂、位阻胺型脱硫溶剂更易发泡。
上海华畅环保设备发展有限公司发明的短流程循环氢脱硫方法与装置(中国专利号ZL200810201686. 5)提供了一种短流程循环氢脱硫方法，效果明显，得到了广泛的工业化应用。
但是，对于高含硫天然气，与包括循环氢脱硫在内的现有技术存在明显的不同，因为其分子量比较大(约为循环氢的4倍)，另外，区别于循环氢的是高含硫天然气中除含有液态的烃等还含有部分固体杂质，所以还需要对这些固体杂质进行处理，所以简单地套用现有的脱硫方法和脱硫剂并无法实现有效的脱硫以及防止脱硫溶剂发泡。
因此，本领域迫切 需要开发出一种能够有效地对高含硫天然气进行脱硫并防止脱硫溶剂发泡的方法与装置。发明内容
本发明提供了一种新颖的天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治方法与装置，从而解决了现有技术中存在的问题。
一方面，本发明提供了一种天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治方法，该方法包括
(a)在原料天然气进入硫化氢吸收塔中与脱硫溶剂接触之前，采用气-液微旋流分离技术除去原料天然气中夹带的固体微粒杂质和C4及以上的重质烃，得到净化天然气；
(b)在净化天然气离开硫化氢吸收塔前，采用气-液微旋流分离技术将净化天然气中夹带的溶剂回收。
在一个优选的实施方式中，所述气-液微旋流分离技术的额定压降小于30mm H2O柱。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(a)中经过气-液旋流分离技术处理后，原料天然气中所携带的粒度在2 μ m或更大的固体微粒的去除率达到95%或更高。
在另一个优选的实施方式中，原料天然气包括天然气、凝析油和水，温度为40°C， 压力为8. 4MPa。
在另一个优选的实施方式中，原料天然气的体积流量为300 X 1O4NmVd,压缩率为O.832，粘度为 O. 0128cP，密度为 85. 95kg/m3。
在另一个优选的实施方式中，所述脱硫溶剂选自XDS复合高效脱硫溶剂、位阻胺和甲基二乙醇胺。
在另一个优选的实施方式中，该方法使得所述脱硫溶剂的浓度由最高10%提高到 25%，以质量计。
另一方面，本发明提供了一种天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治装置，该装置包括
位于硫化氢吸收塔底部，用于在原料天然气进入硫化氢吸收塔中与脱硫溶剂接触之前除去原料天然气中夹带的固体微粒杂质和C4及以上的重质烃，得到净化天然气的气-液微旋流分离器；
内置于硫化氢吸收塔顶部，用于在净化天然气离开硫化氢吸收塔前将净化天然气中夹带的溶剂回收的气-液微旋流分离管组。
在一个优选的实施方式中，所述气-液微旋流分离器和气-液微旋流分离管组的额定压降小于30mm H2O柱。
在另一个优选的实施方式中，所述气-液微旋流分离器和气-液微旋流分离管组是由一个或多个微旋流分离管并联组成的；其材质均采用耐碱腐蚀材料。
图1是根据本发明的一个实施方式的天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治的流程示意图。
具体实施方式
在现有的天然气胺法脱硫过程中，在天然气进料系统中采用的是传统的进料过滤器，并且在脱硫塔上部仅仅采用丝网除沫器，但是长期以来，该工艺过程的脱硫效率以及防止溶剂发泡受到很大限制，并不能满足日益增长的对于提高脱硫效率以及防止溶剂发泡的要求，尤其是对于高含硫天然气而言。
已知的是，现有技术中常用的脱硫溶剂如MEDA、XDS复合高效脱硫溶剂和位阻胺在脱硫过程中容易发泡。溶剂发泡问题是影响气体脱硫装置平稳运行的关键问题，同时还影响到硫磺回收装置的平稳操作，发泡问题造成脱硫效果下降、溶剂跑损，装置被迫降量操作，运行成本上升。气泡是由溶液中的气体分子与液体分子相互碰撞，进行能量交换，使相邻气体分子发生聚合，并克服液体的表面张力而形成的。由于气体密度比液体低，气体快速上浮至液面，并受液膜作用而聚结，形成泡沫，当脱硫溶剂发泡时，脱硫系统会出现如下现象:
(I)液面波动剧烈，严重时直到回零；
(2)塔内上下压差明显增加；
(3)气体脱液罐脱液时有泡沫；
(4)再生塔积液时，塔顶温下降，酸性气流量增加；
(5)脱硫效果差。
气-液微旋流分离技术的原理是依靠气体和液体两相的密度差，利用流体在微旋流管内高速旋转产生的离心力将固体微粒、液滴从气体中分离出来，从而达到气液分离或气体净化的目的，进而使得溶剂发泡过程缺乏主要的载体，抑制发泡。经过微旋流分离处理后的天然气再进入后续设备，可以有效地降低后续分离设备的处理负担，防止非均相杂质的不良影响。根据上述微旋流分离技术原理，应完全可以用于天然气净化的过程之中。申请人在经过创造性的劳动后发现，在天然气净化过程中引入微旋流分离器，能够更加有效使得整个流程向着理想的方向进行，且结合上微旋流器自身的成本低，占地少等特点，优势十分明显。
气-液微旋流分离器由若干微旋流芯管组成，其分离效率远高于常规分离器，这已经得到了业界的认可，其具备其他分离方法所不具备的优点，如分离效果好，体积小，阻力小，工作稳定，安装方面，占地面积小，生产成本低。
因此，本申请的发明人经过了广泛而深入的研究，突破了现有技术的限制，跨领域地、创造性地提出了在天然气进料系统中将传统的进料过滤器替换为气-液微旋流分离器进行分离，并在脱硫塔上部的丝网除沫器到塔顶出口空间设置气-液微旋流分离器(其中， 与循环氢脱硫相比，相应的微旋流器的液腿高度也要增至循环氢脱硫中液腿高度的4倍)， 从而防止了脱硫溶剂的发泡(其浓度可从原来最多10%提升到25%而不影响整个流程，从而提升脱硫效率)，使后续工艺得以能够更好的保障。基于上述发现，本发明得以完成。
本发明的技术构思如下·
在天然气进料系统中，在原本的进料过滤器替代为气液微旋流器进行分离，分离后得到净化的进料气进入后续设备主吸收塔，塔顶内置气液微旋流器，控制脱硫溶剂的跑损。
在本发明的第一方面，提供了一种天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治方法， 该方法包括
在天然气与溶剂接触之前，采用气-液微旋流分离技术除去固体微粒杂质、C4及其以上的重烃；
在天然气离开硫化氢吸收塔前，采用气-液微旋流分离技术将天然气中夹带的溶剂回收。
在本发明中，对于脱硫溶剂没有特别的限制，可以采用本领域常用的脱硫溶剂，其非限制性的例子包括XDS复合高效脱硫溶剂、位阻胺及甲基二乙醇胺。
在本发明中，所述气-液微旋流分离技术的额定压降小于30mm H20柱。
在本发明中，采取气-液微旋流分离技术对进料天然气的除杂进行优化，脱除所含的固体微粒、水和油。
在本发明中，气-液微旋流分离技术能够使2 μ m以上微粒的去除率达到95%以上，从而使得脱硫溶剂贫液，如甲基二乙醇胺、XDS复合高效脱硫溶剂和位阻胺贫液不易发泡。
在本发明中，在天然气离开硫化氢吸收塔前，利用气-液微旋流分离技术将天然气中夹带的脱硫溶剂富液，如甲基二乙醇胺、XDS复合高效脱硫溶剂和位阻胺富液回收回来，减少吸收剂的跑损及对后续工艺的影响，减轻对设备及管线的腐蚀。
在本发明的第二方面，提供了一种天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治装置， 该装置包括
用于脱除进料气中固体微粒及液滴的气-液微旋流分离器，其位于硫化氢吸收塔底部；
用于脱除硫化氢吸收塔顶外排天然气中所夹带的溶剂的内置气-液微旋流分离管组，其位于吸收塔顶部。
在本发明中，进料气的主要成分为天然气、凝析油和水，温度为40°C，压力为 8.4MPa。
在本发明中，进料气标况下的体积流量为300 X IO4NmVd,压缩率为O. 832，粘度约为 O. 0128cP，密度为 85. 95kg/m3。
以下参看附图。
图1是根据本发明的一个实施方式的天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治的流程示意图。如图1所示，天然气进料由硫化氢吸收塔2底部进入硫化氢吸收塔2，在与脱硫溶剂贫液接触之前，采用气-液微旋流分离器I除去其中夹带的固体微粒杂质、C4及以上的重质烃，得到净化天然气，其中，分离出的重质烃和固体微粒由硫化氢吸收塔2底部排出，分离出的富胺液至再生系统；净化天然气经分隔板5、升气管及气体分布器4和丝网除沫器处理后，在由硫化氢吸收塔2塔顶离开前，采用气-液微旋流分离管组3将其中夹带的溶剂分离至脱水系统回收。
本发明的主要优点在于
本发明通过气-液微旋流分离器、硫化氢吸收塔和塔顶内置的气-液微旋流分离组的有机组合，防止了溶剂发泡，避免了因溶剂发泡引起的装置停工，回收了气体中夹带的溶剂，提高了胺液的操作浓度。
本发明方法和装置工艺先进，结构紧凑，延长了生产周期；显著提高了脱硫效率并防止了脱硫溶剂发泡，使得后续工艺得以能够更好的保障。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
实施例1 :四川元坝天然气净化厂第一联合装置2X300X103Nm3/d天然气脱硫单元中天然气胺法脱硫过程防溶剂发泡的工艺
工艺流程如图1所示。
该装置的进料气主要为高含硫天然气、凝析油和水，H2S含量为13-18% (V)，有机硫含量为340. 6mg/m3, CO2含量为8-10% (V)，在标况下的体积流量为300 X IO4NmVd,操作温度为40°C，操作压力为8. 3MPa (G)0
效果
采取本发明方法进行处理后，能够有效地去除进料气中的液体及固体杂质，使得整个流程能够按所需进行，有效地控制脱硫溶剂的发泡，脱硫溶剂浓度可由原来的最高10% 提高到25%而不会引起发泡，提升了脱硫效率，防止了装置的停工，保障了整套装置在长周期、低溶剂消耗状态中运行。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了 本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.ー种天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治方法，该方法包括 (a)在原料天然气进入硫化氢吸收塔中与脱硫溶剂接触之前，采用气-液微旋流分离技术除去原料天然气中夹带的固体微粒杂质和C4及以上的重质烃，得到浄化天然气； (b)在浄化天然气离开硫化氢吸收塔前，采用气-液微旋流分离技术将净化天然气中夹带的溶剂回收。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气-液微旋流分离技术的额定压降小于30mm H2O 柱。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中经过气-液旋流分离技术处理后，原料天然气中所携帯的粒度在2 u m或更大的固体微粒的去除率达到95%或更高。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，原料天然气包括天然气、凝析油和水，温度为40°C，压カ为8. 4MPa。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，原料天然气的体积流量为300 X 104Nm3/d，压缩率为 0. 832，粘度为 0. 0128cP，密度为 85. 95kg/m3。
6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述脱硫溶剂选自XDS复合高效脱硫溶剂、位阻胺和甲基ニこ醇胺。
7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，该方法使得所述脱硫溶剂的浓度由最高10%提高到25%，以质量计。
8.ー种天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治装置，该装置包括 位于硫化氢吸收塔2底部，用于在原料天然气进入硫化氢吸收塔2中与脱硫溶剂接触之前除去原料天然气中夹带的固体微粒杂质和C4及以上的重质烃，得到浄化天然气的气-液微旋流分离器I ; 内置于硫化氢吸收塔2顶部，用于在净化天然气离开硫化氢吸收塔2前将净化天然气中夹带的溶剂回收的气-液微旋流分离管组3。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述气-液微旋流分离器I和气-液微旋流分离管组3的额定压降小于30mm H2O柱。
10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述气-液微旋流分离器I和气-液微旋流分离管组3是由ー个或多个微旋流分离管并联组成的；其材质均采用耐碱腐蚀材料。
全文摘要
本发明涉及天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治方法与装置，提供了一种天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治方法，该方法包括(a)在原料天然气进入硫化氢吸收塔中与脱硫溶剂接触之前，采用气-液微旋流分离技术除去原料天然气中夹带的固体微粒杂质和C4及以上的重质烃，得到净化天然气；(b)在净化天然气离开硫化氢吸收塔前，采用气-液微旋流分离技术将净化天然气中夹带的溶剂回收。本发明还提供了一种天然气胺法脱硫过程中的溶剂发泡防治装置。
文档编号B01D19/02GK103031171SQ20121057671
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者汪华林, 李 浩, 朱学军, 范轶, 吴文锋, 汪华奎, 钱卓群 申请人:上海华畅环保设备发展有限公司