一种高碳天然气脱硫脱碳方法技术

本发明专利技术提供一种高碳天然气脱硫脱碳方法。天然气与吸收液在微元发生装置内分散为微米尺度的微元分散体系，拥有巨大的相界面积，显著提高吸收速率，进而大幅降低吸收设备尺寸仅需少量塔板即可完成脱硫脱碳任务；同时微元分散段内微元分散体系液层高度可控，可通过调节微元分散体系液层高度来调节气相停留时间进而控制CO2反应程度，增加了操作弹性；另外，复合吸收塔可在较低的贫吸收液循环量下运行，相比常规工艺能够显著降低再生能耗。比常规工艺能够显著降低再生能耗。比常规工艺能够显著降低再生能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种高碳天然气脱硫脱碳方法


[0001]本专利技术涉及一种高碳天然气脱硫脱碳方法，属于天然气净化


技术介绍

[0002]随着我国天然气工业基础设施的完善，发展速度不断加快，我国天然气产业链已经进入快速发展的阶段，对天然气的需求量剧增，且基于国内城镇化进程加快、节能环保需求攀升、基础设施和政策不断完善的产业背景，经过多年的发展，天然气的应用范围不断扩大，逐渐向主体能源迈进。我国各产地的天然气质量参差不齐，部分地区天然气中酸性气含量较高，而我国对天然气中硫含量的要求愈发严格，《GB 17820
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2018》中一类标准要求硫化氢含量低于6mg/m3，二氧化碳含量低于3mol％，对于一些高CO2含量或高CO2/H2S比的天然气处理，既需要深度脱除H2S，也需要大量脱除CO2。减少天然气作为燃料时的碳排量势在必行，因此将天然气中CO2分离捕集具有重大意义。
[0003]天然气脱硫脱碳方法主要可分为吸收法、直接转化法和除硫剂法等，针对高CO2含量或高CO2/H2S比的天然气，化学溶剂或物理溶剂吸收法应用最为广泛。在吸收法工艺中根据使用的吸收液又可分为化学溶剂、物理溶剂和物理化学溶剂等，可根据天然气的组成以及实际条件选择。具体包括MDEA、TEA、MEA、DGA、DEA、DIPA、TBEE、TBIPE 等醇胺的单组分、多组分或添加了活化剂与助剂的有机胺溶液，以及砜胺等。
[0004]目前的吸收设备以板式塔和填料塔为主，受限于传统塔设备较低的传质效率，设备体积较为庞大，装置能耗也较高，因此强化吸收设备传质过程以达到缩小设备尺寸、实现低耗高效的目标一直以来都是开发天然气脱硫技术的重要方向。特别是随着天然气工业的发展，处理量急剧增大，高压吸收塔设备的大型化带来的难题越来越突出。所以，除了改进工艺流程外主要围绕以下两个方面进行开发：一方面可以在常规吸收塔基础上加以改进来提高传质效率，另一方面可以开发新型传质强化设备，如旋转填料床等。中国专利CN202808741U提出了一种天然气脱硫脱碳深度净化系统，既能进行含硫原料天然气的常规净化，满足对普通商品天然气的净化指标要求，又能一次性深度脱除原料天然气中的H2S、CO2以及硫醇、COS等有机硫杂质，是目前比较常见的天然气脱硫工艺，该专利中的吸收设备为常规的吸收塔。中国专利CN109988659A提出了一种天然气脱硫系统及方法，在MDEA脱硫单元的基础上增加了TSA脱硫单元，可以深度脱除硫化氢，但系统较为复杂，使用的设备较多。中国专利CN203096016U提供了一种复合型板式吸收塔，能够有效实现醇胺法天然气脱硫脱碳，提高吸收塔的操作稳定性，保证吸收塔工作效率。中国专利CN103756743A提出了一种脱除低含量硫化氢原料气中的硫化氢的方法，采用了吸收氧化法，利用旋转填料床强化吸收反应，简化了工艺流程，减少了设备，节省了占地面积，适用于海上平台。
[0005]然而，常规吸收塔的改进优化难以大幅提升脱硫效率，强化效果十分有限，而旋转填料床技术虽然能够大幅降低设备体积，实现高选择性，但处理高CO2含量或高 CO2/H2S比天然气的需要重点关注CO2脱除率。化学溶剂吸收法天然气脱硫脱碳工艺是典型的气
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液反应，其脱除效率及宏观反应速率主要取决于天然气中酸性气(H2S和CO2) 与吸收液的传质效
率。从传质的角度分析，可以通过改善流动状态使气液产生较大的相界面，并提高气液两相湍动程度来强化传质，进而强化吸收反应。在常规塔设备中气液两相分散程度并不高，且气相停留时间较长，不利于提高硫化氢选择性；在旋转填料床中，液相被分散为液膜、液丝和液滴，相界面积较大，但分散相尺寸仍有进一步缩小的空间。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是在于克服上述现有高碳硫比天然气脱硫脱碳方法中气液两相分散程度较低、设备体积大、高含量二氧化碳天然气处理较难、能耗高的不足，提出了一种基于复合吸收塔，并采用微米尺度的微元分散体系驱动的天然气脱硫脱碳新工艺，该工艺使天然气与吸收液在微元发生装置内分散为微米尺度的微元分散体系，拥有巨大的相界面积，显著提高吸收速率，进而大幅降低吸收设备尺寸仅需少量塔板即可完成脱硫脱碳任务；同时微元分散段内微元分散体系液层高度可控，可通过调节微元分散体系液层高度来调节气相停留时间进而控制CO2反应程度，增加了操作弹性；另外，复合吸收塔可在较低的贫吸收液循环量下运行，相比常规工艺能够显著降低再生能耗。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供一种高碳天然气脱硫脱碳方法，所述方法包括如下步骤：
[0008]1)原料气1进入重力分离器2分离出大颗粒液滴和固体杂质，再进入原料气过滤分离器3脱除气体中可能携带的小固体颗粒和液滴，然后与循环富吸收液5在复合吸收塔7微元发生段10的微元发生装置6内被分散为微米尺度的微元分散体系，其中，高度分散的微米尺度天然气气泡为分散相，吸收液为连续相，随后微元分散体系进入复合吸收塔7中的微元分散段9，微元分散体系内发生脱硫脱碳反应，随后微元分散体系引出到气液分离器11内进行气液分离，气相为粗脱气12，进入复合吸收塔7的精吸段8，精吸段8内含少量塔板或填料，粗脱气12与由复合吸收塔7顶部通入的贫吸收液13逆流接触，继续发生脱硫脱碳反应得到净化气14，净化气14由复合吸收塔 7塔顶排出，吸收了酸性气的贫吸收液13由于反应变为半富液进入微元分散段9；从微元分散体系中分离出气相后的富吸收液分为两股(31,37)，一股经过复合吸收塔塔底富液循环泵4加压后返回微元发生段10内的微元发生装置6，另一股经过透平15降压后进入闪蒸罐16进行闪蒸，闪蒸气17从闪蒸罐顶部流出去燃料气系统；
[0009]2)从闪蒸罐液相出口流出的富吸收液33进入贫富液换热器18，与再生贫吸收液 32换热后升温，进入再生塔19中上部入口进行再生反应，再生塔19内塔顶排出的气经再生塔塔顶冷凝器20冷凝后进入再生塔回流罐21，酸性气23由再生塔回流罐顶部气相出口排出，回流液34从再生塔回流罐21底部液相出口排出，通过再生塔回流泵 22输送回再生塔19塔顶；再生塔塔底液相35进入再生塔塔底再沸器24，液相在再沸器24中加热部分气化，返回再生塔塔底，另一部分液体从再沸器24底部出口排出，作为再生后的贫吸收液32，进入贫富吸收液换热器18降温，与来自吸收液储存及配置单元27的新鲜补充吸收液36汇合后进入贫吸收液冷却器28进一步降温，冷却器出口分成两股，一股进入过滤净化单元29除去杂质后与另一股未经过滤净化的贫吸收液重新汇合，汇合后的贫吸收液经过贫液加压泵30加压后送至复合吸收塔顶端入口。
[0010]上述方法中，原料气与循环富吸收液在复合吸收塔微元发生段中的微元发生装置内被分散为微米尺度的微元分散体系，同时发生吸收液与天然气中硫化氢和二氧化碳等酸
性气的吸收反应，微元分散体系进入复合吸收塔微元分散段后继续反应；由于微元分散体系中气液两相相界面积巨大，湍动程度高，吸收反应得到强化，进而大幅降低吸收设备尺寸，仅需再配合少量塔板即可完成脱硫脱碳任本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高碳天然气脱硫脱碳方法，包括如下步骤：1)原料气1进入重力分离器2分离出大颗粒液滴和固体杂质，再进入原料气过滤分离器3脱除气体中可能携带的小固体颗粒和液滴，然后与循环富吸收液5在复合吸收塔7微元发生段10的微元发生装置6内被分散为微米尺度的微元分散体系，其中，高度分散的微米尺度天然气气泡为分散相，吸收液为连续相，随后微元分散体系进入复合吸收塔7中的微元分散段9，微元分散体系内发生脱硫脱碳反应，随后微元分散体系引出到气液分离器11内进行气液分离，气相为粗脱气12，进入复合吸收塔7的精吸段8，精吸段8内含少量塔板或填料，粗脱气12与由复合吸收塔7顶部通入的贫吸收液13逆流接触，继续发生脱硫脱碳反应得到净化气14，净化气14由复合吸收塔7塔顶排出，吸收了酸性气的贫吸收液13由于反应变为半富液进入微元分散段9；从微元分散体系中分离出气相后的富吸收液分为两股，一股经过复合吸收塔塔底富液循环泵4加压后返回微元发生段10内的微元发生装置6，另一股经过透平15降压后进入闪蒸罐16进行闪蒸，闪蒸气17从闪蒸罐顶部流出去燃料气系统；2)从闪蒸罐液相出口流出的富吸收液33进入贫富液换热器18，与再生贫吸收液32换热后升温，进入再生塔19中上部入口，再生塔19内塔顶排出的气经再生塔塔顶冷凝器20冷凝后进入再生塔回流罐21，酸性气23由再生塔回流罐顶部气相出口排出，回流液34从再生塔回流罐21底部液相出口排出，通过再生塔回流泵22输送回再生塔塔顶；再生塔塔底液相35进入再生塔塔底再沸器24，液相在再沸器24中加热部分气化，返回再生塔塔底，另一部分液体从再沸器24底部出口排出，作为再生后的贫吸收液32，进入贫富吸收液换热器18降温，与来自吸收液储存及配置单元27的新鲜补充吸收液36汇合后进入贫吸收液冷却器28进一步降温，冷却器出口分成两股，一股进入过滤净化单元29除去杂质后与另一股未经过滤净化的贫吸收液重新汇合，汇合后的贫吸收液经过贫液加压泵30加压后送至复合吸收...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝兴英，崔怡洲，李成祥，石孝刚，高金森，徐春明，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：