一种天然气的净化处理方法与流程

本发明涉及天然气净化技术领域，尤其涉及一种天然气的净化处理方法。

背景技术：

从矿井中出来的天然气或者煤制气产生的天然气需依次经过脱硫脱碳、脱水等净化处理，达到商品天然气的质量标准后，才能输送给用户，天然气脱硫脱碳目前广泛采用醇胺-克劳斯联合的方法，其过程为天然气中的h2s、co2等先在醇胺水溶液中吸收，然后，降压或者加热富h2s/co2的醇胺水溶液，达到再生醇胺、闪蒸co2、浓缩h2s的目的，浓缩后的剧毒h2s通过claus装置回收硫磺，claus装置排放的so2尾气还需要进一步净化，以达到环境保护标准，脱硫脱碳后的天然气再利用三甘醇或者分子筛脱水后才能通过管道输送到最终用户。

现有技术中的天然气净化技术，不仅占地面积大、净化流程极其复杂，而且净化成本也较高，如液化天然气的净化/液化成本占天然气供应成本的30％-40％，随着环境保护的严格，天然气的净化成本将进一步提高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种天然气的净化处理方法，该方法实现了同时脱硫、脱碳和脱水，且吸收液循环利用的目标，无废液排放，再生能耗低，工艺简单，占地面积小，操作成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种天然气的净化处理方法，所述方法包括：

步骤1、首先在高沸点、低粘度的非水有机溶剂中溶解络合铁，配制得到络合铁的有机溶液；

步骤2、将所述有机溶液装入吸收塔中，使待处理气体从吸收塔底部通过气体分布装置自下而上鼓泡进入所述吸收塔，经所述吸收塔净化处理后的气体经过除雾器除雾后从所述吸收塔顶部排出；

步骤3、吸收了酸性气体的吸收液在所述吸收塔的底部通过泵送入再生塔再生，再生后的吸收液通过泵再送入所述吸收塔进行循环利用；

步骤4、所述再生塔中的硫磺从最底部定时外排，过滤后回收硫磺，且滤液再返回所述再生塔循环利用。

在步骤1中，所述络合铁为含[fe(edta)]^-阴离子的铁络合物；

所述高沸点、低粘度的非水有机溶剂包括沸点在180℃以上的强极性、能溶解络合铁的液态有机化合物或者离子液体。

在步骤2中，所述待处理气体在所述吸收塔净化处理的过程具体为：

所述待处理气体中的h2s被所述有机溶液中的络合铁氧化为硫磺和h⁺，同时络合铁被还原为络合亚铁；

所述待处理气体中的co2和h2o同步被所述有机溶液物理吸收。

在步骤3中，所述吸收了酸性气体的吸收液在再生塔再生的过程具体为：

供氧气体通过气体分布装置鼓泡进入所述再生塔，吸收液中的亚铁络合物被所述供氧气体中的氧气氧化为铁络合物，同时吸收液中的co2和h2o被所述供氧气体吹脱，再通过除雾器后外排。

所述供氧气体的体积需要比理论量过量5倍以上。

所述吸收塔和再生塔中的操作温度均不超过100℃。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法实现了同时脱硫、脱碳和脱水，且吸收液循环利用的目标，无废液排放，再生能耗低，工艺简单，占地面积小，操作成本低，对节能减排、副产物资源化等都是重大突破。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供天然气的净化处理方法流程示意图；

图2为本发明所举实例脱硫、脱碳和脱水的过程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供天然气的净化处理方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、首先在高沸点、低粘度的非水有机溶剂中溶解络合铁，配制得到络合铁的有机溶液；

该步骤中，所述络合铁为含[fe(edta)]^-阴离子的铁络合物；

所述高沸点、低粘度的非水有机溶剂包括沸点在180℃以上的强极性、常温下流动性能良好、能溶解络合铁的液态有机化合物或者离子液体。

这里，吸收剂至少有两部分部分组成，即高沸点的有机物和能溶解于高沸点的有机物的络合铁。高沸点的有机物主要作用是物理性溶解硫化氢、二氧化碳、水和氧气，同时要求对甲烷等烃类的溶解度尽可能小；络合铁的作用是催化氧化硫化氢。

步骤2、将所述有机溶液装入吸收塔中，使待处理气体从吸收塔底部通过气体分布装置自下而上鼓泡进入所述吸收塔，经所述吸收塔净化处理后的气体经过除雾器除雾后从所述吸收塔顶部排出；

该步骤中，所述待处理气体在所述吸收塔净化处理的过程具体为：

所述待处理气体中的h2s被所述有机溶液中的络合铁氧化为硫磺和h⁺，同时络合铁被还原为络合亚铁；

所述待处理气体中的co2和h2o同步被所述有机溶液物理吸收。

具体来说，吸收塔中的脱硫原理为：

h2s被吸收液吸收:h2s(g)→h2s(l)

h2s被吸收液中的络合铁氧化:2fe³⁺l+h2s(l)→2fe²⁺l+s+2h⁺

络合铁催化氧化硫化氢的总反应为：

2h2s(l)+o2(l)→2s+2h2o

吸收塔中的脱碳原理为：

co2被吸收液吸收：co2(g)→co2(l)

吸收塔中的脱水原理为：

h2o被吸收液吸收：h2o(g)→h2o(l)。

步骤3、吸收了酸性气体的吸收液在所述吸收塔的底部通过泵送入再生塔再生，再生后的吸收液通过泵再送入所述吸收塔进行循环利用；

该步骤中，所述吸收了酸性气体的吸收液在再生塔再生的过程具体为：

供氧气体通过气体分布装置鼓泡进入所述再生塔，吸收液中的亚铁络合物被所述供氧气体中的氧气氧化为铁络合物，同时吸收液中的co2和h2o被所述供氧气体吹脱，再通过除雾器后外排。

具体来说，再生塔中的络合铁再生原理为：

o2被吸收液吸收:o2(g)→o2(l)

o2被吸收液中的络合亚铁氧化fe²⁺l+o2(l)+4h⁺→4fe³⁺l+2h2o

再生塔中的二氧化碳吹脱原理为：

吸收液中的co2被过量供氧气体吹脱：co2(l)→co2(g)

再生塔中的水吹脱原理为：

吸收液中的h2o被过量供氧气体吹脱：h2o(l)→h2o(g)

通过以上原理实现了有机溶剂和络合铁的循环利用。

具体实现中，所述供氧气体的体积需要比理论量过量5倍以上。

上述吸收塔和再生塔中的操作温度均不超过100℃。

步骤4、所述再生塔中的硫磺从最底部定时外排，过滤后回收硫磺，且滤液再返回所述再生塔循环利用。

具体实现中，吸收塔和再生塔中的气体分布装置的作用是产生微小气泡，提高吸收和再生速度，不过无论是气体吸收塔，还是再生塔，都有硫磺的产生，气体分布装置必须要能避免硫磺的堵塞。

吸收塔和再生塔中的除雾器的作用是避免有机溶剂随着气流的溢出，减少有机溶剂的损失。

在脱硫的过程中，络合铁起到液相氧化催化的作用，其反应实质为天然气中的h2s等含硫化合物与供氧气体中的氧气生成了硫磺和水，理论上天然气一体化脱硫、脱碳和脱水工艺唯一消耗的是供氧气体。

下面以具体的实例对上述实施例所述方法进行详细说明，如图2所示为本发明所举实例脱硫、脱碳和脱水的过程示意图，参考图2：

待处理的酸性天然气从底部经过气体分布器进入鼓泡吸收塔，其中的co2、水等被高沸点非水介质物理吸收，h2s等含硫化合物被非水介质中的络合铁氧化吸收生成硫磺，同时络合铁被还原为络合亚铁；

净化后的酸性气体经除雾后从吸收塔顶部排出；

吸收了h2s、co2和水的吸收液被送往再生塔再生，非水介质中的络合亚铁被通过气体分布器鼓入的供氧气体再生为络合铁，吸收液中的co2和水也被供氧气体吹脱实现再生，含络合铁的非水介质又被输送至吸收塔进行循环利用。

以具体净化实例来说：

一定量的nafe(edta)的二甲基亚砜溶液(铁质量浓度为2.5607g/l)置于吸收塔，通入20ml,156kpa,99.99％(v/v)的co2，2.5分钟内达到平衡，吸收量为每g吸收液吸收0.0101gco2，然后开始再生，向再生塔内通入95ml,156kpa的空气2.5分钟后，co2再生率100％。

一定量的nafe(edta)的二甲基亚砜溶液(铁质量浓度为2.5607g/l)置于吸收塔，通入用水饱和的20ml,156kpa,99％(v/v)的co2，1560分钟内达到平衡，每g吸收液吸收co2和h2o的质量为0.5816g，然后开始再生，向再生塔内通入95ml,156kpa的空气1020分钟后，co2和h2o的再生率100％。

一定量的nafe(edta)的二甲基亚砜溶液(铁质量浓度为2.5607g/l)置于吸收塔，流量为10ml/min的99.9％(v/v)的h2s通入吸收塔，流量为25ml/min的99.9％(v/v)o2通入再生塔，同时进行催化氧化，4小时后，1l吸收剂生成55.4g硫磺。

值得注意的是，上述方法可单独脱除硫化氢或二氧化碳，或者同时脱除硫化氢和二氧化碳，或者同时脱除硫化氢、二氧化碳和水。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明实施例所述方法具有如下优点：

1)实现了同时脱硫、脱碳和脱水的集成，大大减少了占地面积和设备投资。

2)本实施例的络合铁有机溶剂体系在脱硫、脱碳和脱水的过程中，实现了快速再生，循环利用，降低了整个过程的操作成本。

3)本过程的产物是高纯度硫磺，实现了废物的资源化利用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。