采用自限温径向H制造技术

本发明专利技术提供一种采用自限温径向H

【技术实现步骤摘要】
采用自限温径向H2S直接氧化反应器的天然气脱硫工艺
本专利技术涉及一种天然气净化工艺，涉及一种采用自限温径向H2S直接氧化反应器的天然气脱硫工艺。现有技术天然气，因具有开采简单、易输送计量、价格便宜、安全卫生污染小等优点，使用日趋广泛。但从地下采出时，除了H2S、有机硫含量特别低、可不经处理直接使用的一少部分，其它天然气中含H2S以及少量COS，存在腐蚀性、剧毒性和令人极难接受的气味，在输送和使用之前需进行脱硫净化处理。强制性国家标准GB17820-2012二类天然气的指标要求包括H2S≤20mg/m3，总硫(以硫计)≤200mg/m3。天然气的脱硫净化处理，对高产量的气井或者大规模的气田而言，通过胺液吸收、解析，有机硫水解，脱水，以及硫磺回收、尾气净化等连续处理装置，可以实现包括脱硫、脱CO2、脱水等多种目的，使净化天然气符合GB17820-2012一类、二类天然气的所有要求。但对那些产气量不大而又偏远的天然气资源，包括天然气、油田伴生气、低氧煤层气，如果含H2S、有机硫，则其是否能够运营存在问题：如果输送到远处有能力进行净化处理的净化厂或使用单位，则需要敷设防腐等级较高的输送管线，管线投资及维护管理成本都比较高，发生泄漏事故时的风险成本较高，或者导致井口气价较低；如果供当地使用，不进行脱硫净化处理通常也无法获得市场准入，甚至连天然气资源单位自用有时也做不到。对那些产气量大但也偏远的天然气资源，包括天然气、油田伴生气，虽然可以输送至净化厂处理，但能否通过管线将净化天然气送回到气井使用，或者送回到气井附近的居民区、企事业单位使用，也经常存在问题，原因包括费用、管理、购买力及制度障碍，导致资源地不易享受资源的情况，容易引发社会纠纷。实际上，气井附近的天然气市场，除了关心有毒物质H2S、有机硫是否达标，而对于CO2、水的含量，乃至天然气的纯度即发热量，要求并不很高。有些需要较高动力开采天然气的井场，如采用水力压裂法开采天然气的井场，当电力供应不方便或不可靠时，若能采用就近脱硫处理的天然气直接或间接驱动，也有价值和意义。因而，有必要开发一种可解决上述问题的、小规模的天然气脱硫净化工艺，应具有工艺简单、设备简单可靠、易于控制、加工量弹性大、对原料气H2S含量高低波动适应性强、安全环保、运转成本低等特点。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种采用自限温径向H2S直接氧化反应器的天然气脱硫工艺，主要设备沿天然气流向包括H2S在线监测、含O2气引入及混合、第一加热器、H2S直接氧化反应器、第一中温冷凝器、第二加热器、H2S选择氧化反应器、第二中温冷凝器、低温冷凝器；其中，中温冷凝器、低温冷凝器底部出口连接液硫槽，或者具有能排出液硫但不排出气体的液封出口；所述直接氧化反应器为低压油料控温的自限温径向反应器，装填TiO2基硫磺回收催化剂，将所含部分COS水解为H2S和CO2，利用含O2气引入的O2将H2S基本转化为单质硫，使出口气中H2S100-2000mg/Nm3，SO2≤500mg/Nm3且低于H2S浓度；催化剂床层除去反应气入口的升温段，其余为均温床层，均温床层的温度可根据反应要求，在200-250℃范围内进行调节；所述均温床层内的温差自限定在15℃以内；天然气和含O2气进入第一加热器之前充分混匀；反应器入口气H2S浓度1-8%（体积），温度180-200℃；所述选择性氧化反应器为绝热反应器，装填Fe2O3/氧化硅选择性氧化催化剂，床层温度200-240℃，将部分SO2和H2S反应转化为单质硫，并利用过程气中所含的O2，和/或进一步引入含O2气将所含H2S全部或接近于全部转化，生成单质硫和SO2，出口气中H2S≤20mg/Nm3，总S≤200mg/Nm3；操作温度80℃以下；所述中温冷凝器控制出口气温度140-160℃；低温冷凝器出口气温度10-60℃；所述低压油料控温的自限温径向反应器包括反应器主体、油气化移热系统，反应器主体和油气化移热系统不连通；反应器主体包括壳体、催化剂径向反应床层、天然气进出接口、催化剂装卸结构；油气化移热系统包括油气室、足够数量和换热面积的垂直换热套管，换热套管由内管和外管嵌套而成，外管向上开口于油气室底板，向下延伸到催化剂床层底部或之下位置并在下端封口，运转过程中油气室的油液面高于内管上端口；内管下端延伸至外管底部并开口，上端延伸至外管上端口之外；移热时油液淹没套管上端口，内管向下流油，外管向上流油气混合物；套管上端口具有能够保证内管只进油、流入油而基本不进气的结构，受本套管的外管或其它外管所排出油气混合物的影响较小或不受其影响；油气室的油气温度和压力通过设在油气室内顶部或反应器外的冷凝、冷却器控制。H2S直接氧化反应器装填的TiO2基硫磺回收催化剂，在本专利技术的H2S直接氧化反应温度200-250℃条件下，使用寿命较长，不引发或造成天然气所含烃和O2间的反应，克劳斯反应活性很低，生成SO2极少；还具有一定的COS水解能力，利用天然气中所含少量水分以及H2S直接氧化反应产生的水分，可将部分COS转化为H2S并进一步氧化为单质硫。对大多数天然气而言，COS之外的有机硫一般较少，和总S≤200mg/m3的指标相比，通常低得多。所述TiO2基硫磺回收催化剂优选含TiO285-90%，其余成分主要是粘结剂CaSO4的二氧化钛基催化剂，孔体积≥0.25ml/g，比表面积≥100m2/g。H2S选择性氧化反应器装填的Fe2O3/氧化硅催化剂，其在H2S浓度、O2浓度较低时，将H2S和O2反应生成单质硫的活性很高，采用低一些的O2浓度可降低反应器出口气中SO2的浓度，避免总硫超标。所述Fe2O3/氧化硅催化剂优选含Fe2O35-15%（质量），25nm以上直径孔的体积≥0.20ml/g，一般由氧化硅载体浸渍铁盐再经活化制备而得。如果天然气中含有机硫如COS较高，或者希望将绝大部分COS处理掉，则可以沿气流方向在H2S直接氧化反应器TiO2基硫磺回收催化剂床层之后设置TiO2基中温有机硫水解催化剂床层，或者在TiO2基硫磺回收催化剂床层的出口段混装TiO2基中温有机硫水解催化剂；也可以在H2S选择性氧化反应器Fe2O3/氧化硅催化剂之前，设置TiO2基中温有机硫水解催化剂床层，或者在H2S选择性氧化反应器的Fe2O3/氧化硅催化剂床层入口段混装TiO2基中温有机硫水解催化剂；还可以沿气流方向在H2S直接氧化反应器的出口段设置TiO2基中温有机硫水解催化剂床层或与TiO2基硫磺回收催化剂的混合床层，并在H2S选择性氧化反应器入口段设置TiO2基中温有机硫水解催化剂床层或与Fe2O3/氧化硅催化剂的混合床层。（TiO2基硫磺回收催化剂+Fe2O3/氧化硅催化剂）与TiO2基中温有机硫水解催化剂的体积比(0.8-0.95)：(0.2-0.05)即可。所述TiO2基中温有机硫水解催化剂的主要成分为TiO2以及选自于碱金属、碱土金属、稀土元素中一种或多种的盐或氧化物，采用不具克劳斯活性的粘结剂，不易发生硫酸盐化或速度较慢，具有较高的有机硫水解能力，但不引发克劳斯反应，在本专利技术天然气脱硫净化工艺的正常操作条件下，TiO2基中温有机硫水解催化剂可将大部分COS、CS2水解为H2S，水解率≥90本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用自限温径向H

【技术特征摘要】
1.一种采用自限温径向H2S直接氧化反应器的天然气脱硫工艺，主要设备沿天然气流向包括H2S在线监测、含O2气引入及混合、第一加热器、H2S直接氧化反应器、第一中温冷凝器、第二加热器、H2S选择氧化反应器、第二中温冷凝器、低温冷凝器；其中，中温冷凝器、低温冷凝器底部出口连接液硫槽，或者具有能排出液硫但不排出气体的液封出口；所述直接氧化反应器为低压油料控温的自限温径向反应器，装填TiO2基硫磺回收催化剂，将所含部分COS水解为H2S和CO2，利用含O2气引入的O2将H2S基本转化为单质硫，使出口气中H2S100-2000mg/Nm3，SO2≤500mg/Nm3且低于H2S浓度；催化剂床层除去反应气入口的升温段，其余为均温床层，均温床层的温度可根据反应要求，在200-250℃范围内进行调节；所述均温床层内的温差自限定在15℃以内；天然气和含O2气进入第一加热器之前充分混匀；反应器入口气H2S浓度1-8%（体积），温度180-200℃；所述选择性氧化反应器为绝热反应器，装填Fe2O3/氧化硅选择性氧化催化剂，床层温度200-240℃，将部分SO2和H2S反应转化为单质硫，并利用过程气中所含的O2，和/或进一步引入含O2气将所含H2S全部或接近于全部转化，生成单质硫和SO2，出口气中H2S≤20mg/Nm3，总S≤200mg/Nm3；操作温度80℃以下；所述中温冷凝器控制出口气温度140-160℃；低温冷凝器出口气温度10-60℃；所述低压油料控温的自限温径向反应器包括反应器主体、油气化移热系统，反应器主体和油气化移热系统不连通；反应器主体包括壳体、催化剂径向反应床层、天然气进出接口、催化剂装卸结构；油气化移热系统包括油气室、足够数量和换热面积的垂直换热套管，换热套管由内管和外管嵌套而成，外管向上开口于油气室底板，向下延伸到催化剂床层底部或之下位置并在下端封口，运转过程中油气室的油液面高于内管上端口；内管下端延伸至外管底部并开口，上端延伸至外管上端口之外；移热时油液淹没套管上端口，内管向下流油，外管向上流油气混合物；套管上端口具有能够保证内管只进油、流入油而基本不进气的结构，受本套管的外管或其它外管所排出油气混合物的影响较小或不受其影响；油气室的油气温度和压力通过设在油气室内顶部或反应器外的冷凝、冷却器控制。2.如权利要求1所述的天然气脱硫工艺，其特征在于，所述TiO2基硫磺回收催化剂含TiO285-90%，其余成分主要是粘结剂CaSO4的二氧化钛基催化剂，孔体积≥0.25ml/g，比表面积≥100m2/g；所述Fe2O3/氧化硅选择性氧化催化剂含Fe2O35-15%（质量），25nm以上直径孔的体积≥0.20ml/g。3.如权利要求1所述的天然气脱硫工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙学科，游禄波，
申请(专利权)人：淄博赢信达知识产权咨询服务有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37