專利名稱：井場自用天然氣簡易脫硫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天然氣脫硫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及井場自用天然氣的堿洗脫硫方法。
背景技術(shù)：
隨著天然氣開發(fā)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，越來越多的天然氣被開采出來，而天然氣也因?yàn)槠鋬淞看蟆⑽廴拘〉葍?yōu)點(diǎn)逐漸成為工業(yè)發(fā)展的重要能源。然而天然氣中含有的H2S氣體卻始終是一個(gè)重要的安全問題。H2S是一種劇毒氣體，其毒性比CO更大，更危險(xiǎn)。H2S的相對密度為I. 1765，比空氣重，泄漏到大氣后易濃集于地勢較低洼的地方，造成那里的人畜中毒。當(dāng)H2S在空氣中濃度達(dá)到4. 3%-4. 5%時(shí)，遇明火立即爆炸，破壞性則更大。在含H2S氣藏的井場和集氣站工作，由于設(shè)備泄漏及容器不密閉等原因，都會造成工作人員的中毒，低濃度的H2S氣體有類似臭雞蛋的氣味，濃度稍高或嗅時(shí)一久，人的 嗅覺神經(jīng)被麻痹而失靈，因此，依靠人的嗅覺辨別有無H2S的存在是不科學(xué)的，也潛伏著極大的危險(xiǎn)。鑒于H2S的毒性，在含H2S氣田上的井場和集氣站等場所，都需要對天然氣進(jìn)行脫硫處理。大型的脫硫裝置和復(fù)雜的脫硫工藝主要應(yīng)用于凈化廠，但將所有的原料氣全部由凈化廠脫硫凈化處理，不僅成本高，而且凈化廠的負(fù)擔(dān)也重；井場一般都是單井氣自用，用氣量較小，由于井場離大型凈化廠較遠(yuǎn)，采用長線管線運(yùn)輸脫硫?qū)貌粌斒?；但是因?yàn)楹驓獾奈：π杂植荒懿幻摿?，為了?jié)約成本，有效降低井場上自用天然氣的含硫危害性，有必要將井場自用氣通過簡易脫硫裝置的辦法以達(dá)到節(jié)約成本，減輕凈化廠負(fù)擔(dān)的目的。堿洗脫硫是一種比較傳統(tǒng)的天然氣脫硫工藝，堿液為NaOH水溶液，其中H2S、CO2以及硫醇(RSH)分別發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。其中NaOH和H2S、CO2反應(yīng)生成的Na2S、Na2CO3溶解在堿液中不能再生，增加了堿液的耗量，由于堿液消耗快，要不斷加注堿液，這就帶來了堿液加注的高危險(xiǎn)性，同時(shí)由于堿液用量較大，脫硫成本較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種井場自用天然氣簡易脫硫方法，能夠解決堿液加注的高危險(xiǎn)性，增強(qiáng)安全性，減少堿液的用量以節(jié)約脫硫的成本；使脫硫更徹底，保障供氣質(zhì)量；同時(shí)可以減少對生產(chǎn)設(shè)備和工藝管線和腐蝕；并能對廢液進(jìn)行合理處理。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是—種井場自用天然氣簡易脫硫方法，其特征在于在脫硫罐中采用NaOH水溶液對井場自用天然氣進(jìn)行堿性脫硫處理；在天然氣流速確定的情況下，根據(jù)需處理的天然氣用氣量調(diào)整NaOH水溶液濃度，減少NaOH水溶液用量，并同時(shí)將天然氣中H2S和CO2的含量脫除至最低；所述的脫硫罐為內(nèi)部中空且內(nèi)部不設(shè)置盤管的豎罐，脫硫罐一側(cè)設(shè)置進(jìn)氣口，頂部為出氣口 ；脫硫罐與進(jìn)氣口相對的另一側(cè)上部設(shè)置堿液進(jìn)液口，下部設(shè)置一個(gè)側(cè)部排液口，罐體底部還另設(shè)置一個(gè)排液口，脫硫罐各排液口通過管線接至井場污水池，經(jīng)過沉淀后，污水池的污水通過柱塞泵回注到污水井，避免對環(huán)境污染。
按上述技術(shù)方案，用氣量為2000m3/d-2500mVd時(shí)，采取濃度為15%_20%的NaOH水溶液；用氣量在1500m3/d-2000m3/d時(shí)，采取濃度為10%_15%的NaOH水溶液；用氣量在1000m3/d-1500m3/d 時(shí)，采取濃度為 10%-12% 的 NaOH水溶液；用氣量在 800m3/d-1000m3/d 時(shí)，采取濃度為10%-11. 5%的NaOH水溶液。按上述技術(shù)方案，用氣量為2000mVd-2500mVd時(shí)，采取濃度為15. 79%的NaOH水溶液；用氣量在1500m3/d-2000m3/d時(shí)，采取濃度為11. 11%的NaOH水溶液；用氣量在1000m3/d-1500m3/d 時(shí)，采取濃度為 11. 11% 的 NaOH 水溶液；用氣量在 800m3/d-1000m3/d 時(shí)，采取濃度為11. 11%的NaOH水溶液。按上述技術(shù)方案，用氣量為2000m3/d-2500m3/d時(shí)，采取一次性加入750Kg氫氧化鈉，加水4m3，配比成濃度為15. 79%的燒堿溶液；用氣量在1500m3/d-2000m3/d時(shí)，采取一次性加入500Kg氫氧化鈉，加水4m3，配比成濃度為11. 11%的燒堿溶液；用氣量在IOOOm3/d-1500m3/d時(shí)，采取一次性加入500Kg氫氧化鈉，加水4m3，配比成濃度為11. 11%的燒堿溶液；用氣量在800m3/d-1000m3/d時(shí)，采取一次性加入500Kg氫氧化鈉，加水4m3，配比成濃度為11. 11%的燒堿溶液。 按上述技術(shù)方案，所述的脫硫罐上安裝一套磁浮式液位計(jì)，液位計(jì)豎直位于堿液進(jìn)液口和側(cè)部排液口之間。復(fù)雜脫硫工藝中，影響脫硫效果的因素有很多，有可變因素，也有不可變因素，本發(fā)明的簡易脫硫工藝可以參照復(fù)雜脫硫工藝的各種可變參數(shù)與不可變參數(shù)，具體如下溫度與壓力實(shí)際運(yùn)行過程中，進(jìn)口氣溫會來回波動，對脫硫率有一定的影響。理論上進(jìn)入堿洗罐的氣體溫度越低，越利于H2S氣體溶于漿液，形成HS_，某實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，進(jìn)口原料氣H2S濃度和氧量基本不變的情況下，當(dāng)進(jìn)入堿洗罐的氣溫為96°C時(shí)，脫硫率為92.1%;當(dāng)氣溫升到103°C時(shí)，脫硫率已下降至84. 8%，可見，進(jìn)入堿洗罐的原料氣溫度對脫硫效果也有著重要的影響作用。而一般井場自用氣氣流溫度相對較低(20°C )，并且溫度變化不大，所以可以不考慮溫度對該井脫硫的影響。氣體流速實(shí)驗(yàn)表明，氣體流速越低，脫硫母液中S—含量越低，實(shí)際上，氣體流速直接與反應(yīng)體系中的溶液飽和度相關(guān)，較小的氣體流速可使溶液的飽和度處于較低水平，有利于控制反應(yīng)速率，當(dāng)原料氣中H2S突然升高時(shí)，脫硫率會有所下降，但若能有效地控制氣體流速，就能保證NaOH溶液有較高而穩(wěn)定的脫硫率。所以保持天然氣通過堿洗罐的速度穩(wěn)定也是影響脫硫效果的重要因素。另外較慢的速度也利于H2S的吸收，能夠增加NaOH溶液與H2S的接觸反應(yīng)時(shí)間，提高脫硫率。但僅僅考慮一個(gè)因素是不行的，必須結(jié)合其它因素綜合考慮，并通過多次的實(shí)驗(yàn)，選擇合適的氣體流速。天然氣與NaOH溶液的接觸時(shí)間原料氣進(jìn)入堿洗罐后，自下而上流動，與噴淋而下的NaOH溶液接觸反應(yīng)，接觸時(shí)間越長，反應(yīng)進(jìn)行得越完全。新鮮的NaOH溶液噴淋下來后與原料氣接觸后，H2S氣體與NaOH溶液的反應(yīng)并不完全，需要不斷地循環(huán)反應(yīng)，增加了溶液的循環(huán)量，也就加大了 NaOH與H2S的接觸反應(yīng)機(jī)會，從而提高了 H2S的去除率，但在井場自用氣的研究中，堿洗罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，為不可變量，所以該因素不可調(diào)節(jié)。氧量02也對原料氣脫硫的化學(xué)反應(yīng)有一定影響，隨著反應(yīng)溶液中O2含量的增加，脫硫率也呈上升趨勢。當(dāng)處理大量原料氣，并且原料氣中氧量一定時(shí)，可以選擇往溶液中增加氧氣，所以多投運(yùn)氧化風(fēng)機(jī)可提高脫硫率。但本發(fā)明的處理對象是井場用單井自用，用氣量也是小氣量，所以該因素對脫硫率的影響較小，可以不用考慮采取投運(yùn)氧化風(fēng)機(jī)得措施，以節(jié)約成本。NaOH溶液濃度當(dāng)天然氣中H2S的含量一定時(shí)，NaOH的濃度越高，脫硫效果越好，但實(shí)際操作過程中，NaOH的濃度是有一定限度的，應(yīng)考慮實(shí)際情況選擇適宜的操作參數(shù)。另夕卜，為保證煙氣排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，確保脫硫劑有足夠使用量是一個(gè)關(guān)鍵問題。NaOH溶液與H2S、SO2, CO2反映方程式以及用量理論計(jì)算結(jié)果如下NaOH 少量C02+Na0H====NaHC03NaOH 足量C02+2Na0H====Na2C03+H20
NaOH 少量H2S+2Na0H====Na2S+2H20
NaOH 足量H2S+Na0H====NaHS+H20當(dāng)有充足的氫氧化鈉溶液時(shí)，二氧化碳、硫化氫與氫氧化鈉完全反應(yīng)，完全反應(yīng)時(shí)，I萬方天然氣消耗Na0H(10. 54545+187. 5294+)=198. 0749Kg ;實(shí)際脫硫反應(yīng)中，NaOH的消耗量是H2S和CO2與其反應(yīng)的消耗量，用量需要按過量5%以上(按5%計(jì)算)，也就是I萬方天然氣消耗NaOH為207. 9786Kg。本發(fā)明就是在天然氣流速確定的情況下，根據(jù)需處理的井場用單井天然氣用氣量調(diào)整NaOH水溶液濃度，減少NaOH水溶液用量，并同時(shí)將天然氣中H2S和CO2的含量脫除至最低。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過調(diào)整NaOH水溶液濃度，減少NaOH水溶液用量，減少了堿液加注的高危險(xiǎn)性，增強(qiáng)了安全性；同時(shí)減少堿液的用量，節(jié)約脫硫的成本；使脫硫更徹底，保障供氣質(zhì)量；同時(shí)，相對于現(xiàn)有脫硫罐，脫硫罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了改進(jìn),將原脫硫罐內(nèi)部的盤管全部取消，減少盤管中沉淀物形成晶體；改進(jìn)后的脫硫罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本是空體，約0. 5m3容積，天然氣通過管線從左邊進(jìn)氣口進(jìn)入罐中，把堿液在脫硫罐中進(jìn)行攪拌，使得NaOH水溶液充分反應(yīng)，脫硫后的天然氣從罐體的頂部輸出(低進(jìn)高出)，更好的處理天然氣中的硫化氫；第二點(diǎn)是在脫硫罐右下處增加了一個(gè)排液口，這樣可以更好的排盡罐內(nèi)的廢液，兩條排污管 線在脫硫罐外部連頭一起連接到污水池；在脫硫罐上安裝了一套磁浮式液位計(jì)，可以觀察罐內(nèi)的液位是否過多；由此，延長了脫硫罐的使用壽命，可以推廣應(yīng)用到其它距離凈化廠較遠(yuǎn)而不適宜安裝輸氣管線的井組。最后，對工藝流程也進(jìn)行了合理改進(jìn)，對廢液的處理也有所加強(qiáng)，排放的廢液，在脫硫罐排污處安裝管線接至污水池，及時(shí)將廢液排放到井場的污水池中，進(jìn)過沉淀后，污水池的污水通過柱塞泵回注到污水井，解決了對環(huán)境的污染問題。


圖I是本發(fā)明的工藝流程圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的脫硫Sil結(jié)構(gòu)不意圖。
圖3是本發(fā)明的脫硫罐結(jié)構(gòu)圖。圖1-3中，各標(biāo)記為1、壓力表；2、針型閥；3、上、下游控制閥；4、調(diào)壓閥；5、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)；6、手動控制閥；7、先導(dǎo)式安全閥；8、法蘭連接；9、脫硫罐；10、排污閥；11、進(jìn)液閥；12、出氣閥；13、抗硫過濾器；14、高架配液罐；15、進(jìn)氣口 ；16、排液口 ；17、盤管；18、堿液進(jìn)液口 ；19、頂部出氣口 ；20、進(jìn)氣口 ；21、底部排液口 ；22、側(cè)部排液口 ；23、脫硫罐液位計(jì)；24、進(jìn)液口 ；25、出氣口。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的井場天然氣簡易脫硫方法具體流程如圖I和圖3所示，井場自用天然氣從左到右通過各控制閥緩慢進(jìn)入脫硫罐9中，進(jìn)氣管線上依次設(shè)置0-6Mpa壓力表I、用于開、關(guān)壓力表I的針型閥2、以及用于切斷氣源的上、下游控制閥3，在上、下游控制閥3之間設(shè)置用于調(diào)節(jié)流量的調(diào)壓閥4，調(diào)壓閥4之后為旋進(jìn)漩渦流量計(jì)5，在進(jìn)入脫硫罐9之前還設(shè)置先導(dǎo)式安全閥7和與其配套使用的手動控制閥6，先導(dǎo)式安全閥7用于保護(hù)脫硫罐9，壓力高于3. 8Mpa自動啟跳泄壓；法蘭連接8在圖3中的進(jìn)氣口 20和出氣口 25處分別與·脫硫罐9連接；出氣口 25連接的出氣管線上設(shè)置出氣閥12。圖I的高架配液罐14用于調(diào)配合適濃度的NaOH水溶液，調(diào)配好的NaOH水溶液從圖3的進(jìn)液口 24進(jìn)入脫硫Sip 9中；之后將NaOH水溶液在脫硫Sip 9中進(jìn)彳丁攬祥，讓NaOH水溶液與低進(jìn)高出的天然氣充分反應(yīng)，由此利用NaOH水溶液處理天然氣中的硫化氫。高架配液罐14與脫硫罐9間的進(jìn)液管線上設(shè)置進(jìn)液閥11。高架配液罐14的另一側(cè)也通過手動控制閥6及管線連接排污池。對廢液的處理就是從脫硫罐的排液口(21、底部排液口 ；22、側(cè)部排液口)安裝一條排污管線接至污水池進(jìn)行沉淀，然后通過柱塞泵將污水池的污水回注到污水井里，解決對環(huán)境的污染；排污管線上設(shè)置排污閥。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的脫硫罐結(jié)構(gòu)圖，罐體上設(shè)置進(jìn)氣口 15、排液口 16、盤管17、堿液進(jìn)液口 18、頂部出氣口 19，進(jìn)出口、排污口的連接方式都是以法蘭連接；盤管17是由50根一寸大的無縫鋼管組成；經(jīng)過前期的試運(yùn)行摸索發(fā)現(xiàn)，在NaOH堿液配置好后加入脫硫罐中，脫硫過程中發(fā)現(xiàn)盤管17中容易形成結(jié)晶物Na2CO3，造成脫硫罐中盤管17的堵塞，阻礙氣流正常流動，使得脫硫效果不好。圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的脫硫罐結(jié)構(gòu)圖，整體罐的結(jié)構(gòu)在內(nèi)部做了改進(jìn)，改進(jìn)點(diǎn)有三點(diǎn)，第一點(diǎn)是將原脫硫罐(圖2)內(nèi)部的盤管17全部取消，減少盤管中沉淀物形成晶體，改進(jìn)后的脫硫罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如圖3)基本是空體，約0. 5m3容積，天然氣通過管線從左邊(圖3)進(jìn)氣口 20進(jìn)入罐中，把堿液在脫硫罐中進(jìn)行攪拌，使得NaOH水溶液充分反應(yīng)，脫硫后的天然氣從罐體的頂部出氣口 25輸出(低進(jìn)高出)，更好的處理天然氣中的硫化氫。第二點(diǎn)是在脫硫罐右下處增加了一個(gè)排液口，即側(cè)部排液口 22，這樣可以更好的排盡罐內(nèi)的廢液，兩條排污管線在脫硫罐外部連頭一起連接到污水池。第三點(diǎn)是在脫硫罐上安裝了一套磁浮式液位計(jì)23，可以觀察罐內(nèi)的液位是否過多。本發(fā)明實(shí)施的脫硫罐的進(jìn)出口連接方式都是以法蘭連接。由此，延長了脫硫罐的使用壽命，可以推廣應(yīng)用到其它距離凈化廠較遠(yuǎn)而不適宜安裝輸氣管線的井組。以下是天然氣流速一定情況下，NaOH溶液濃度對脫硫效果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表I :NaOH溶液濃度對脫硫效果表(加堿量1000kg)
權(quán)利要求
1.一種井場自用天然氣簡易脫硫方法，其特征在于在脫硫罐中采用NaOH水溶液對井場自用天然氣進(jìn)行堿性脫硫處理；在天然氣流速確定的情況下，根據(jù)需處理的天然氣用氣量調(diào)整NaOH水溶液濃度，減少NaOH水溶液用量，并同時(shí)將天然氣中H2S和CO2的含量脫除至最低；所述的脫硫罐為內(nèi)部中空且內(nèi)部不設(shè)置盤管的豎罐，脫硫罐一側(cè)設(shè)置進(jìn)氣口，頂部為出氣口 ；脫硫罐與進(jìn)氣口相對的另一側(cè)上部設(shè)置堿液進(jìn)液口，下部設(shè)置一個(gè)側(cè)部排液口，罐體底部還另設(shè)置一個(gè)排液口，脫硫罐各排液口通過管線接至井場污水池，經(jīng)過沉淀后，污水池的污水通過柱塞泵回注到污水井，避免對環(huán)境污染。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井場自用天然氣簡易脫硫方法，其特征在于用氣量為2000m3/d-2500m3/d 時(shí)，采取濃度為 15%_20% 的 NaOH 水溶液；用氣量在 1500m3/d-2000m3/d時(shí)，采取濃度為10%-15%的NaOH水溶液；用氣量在1000m3/d-1500m3/d時(shí)，采取濃度為10%-12%的NaOH水溶液；用氣量在800m3/d-1000m3/d時(shí)，采取濃度為10%_11. 5%的NaOH水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的井場自用天然氣簡易脫硫方法，其特征在于用氣量為2000m3/d-2500m3/d時(shí)，采取濃度為 15. 79%的NaOH水溶液；用氣量在 1500m3/d-2000mVd時(shí)，采取濃度為11. 11%的NaOH水溶液；用氣量在1000m3/d-1500m3/d時(shí)，采取濃度為11. 11%的NaOH水溶液；用氣量在800m3/d-1000m3/d時(shí)，采取濃度為11. 11%的NaOH水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井場自用天然氣簡易脫硫方法，其特征在于用氣量為2000m3/d-2500m3/d時(shí)，采取一次性加入750Kg氫氧化鈉，加水4m3，配比成濃度為15. 79%的燒堿溶液；用氣量在1500m3/d-2000m3/d時(shí)，采取一次性加入500Kg氫氧化鈉，加水4m3，配比成濃度為11. 11%的燒堿溶液；用氣量在1000m3/d-1500m3/d時(shí)，采取一次性加入500Kg氫氧化鈉，加水4m3，配比成濃度為11. 11%的燒堿溶液；用氣量在800m3/d-1000m3/d時(shí)，采取一次性加入500Kg氫氧化鈉，加水4m3，配比成濃度為11. 11%的燒堿溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或4所述的井場自用天然氣簡易脫硫方法，其特征在于所述的脫硫罐上安裝一套磁浮式液位計(jì)，液位計(jì)豎直位于堿液進(jìn)液口和側(cè)部排液口之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及井場自用天然氣簡易脫硫方法，在天然氣流速確定的情況下，根據(jù)需處理的天然氣用氣量調(diào)整NaOH水溶液濃度，減少NaOH水溶液用量，并同時(shí)將天然氣中H2S和CO2的含量脫除至最低；所述的脫硫罐為內(nèi)部中空且內(nèi)部不設(shè)置盤管的豎罐，脫硫罐一側(cè)設(shè)置進(jìn)氣口，頂部為出氣口；脫硫罐與進(jìn)氣口相對的另一側(cè)上部設(shè)置堿液進(jìn)液口，下部設(shè)置一個(gè)側(cè)部排液口，罐體底部還另設(shè)置一個(gè)排液口，脫硫罐各排液口通過管線接至井場污水池，經(jīng)過沉淀后，污水池的污水通過柱塞泵回注到污水井。減少了堿液加注的高危險(xiǎn)性，增強(qiáng)了安全性；同時(shí)減少堿液的用量，節(jié)約脫硫的成本；使脫硫更徹底，保障供氣質(zhì)量，并同時(shí)避免對環(huán)境污染。
文檔編號C10L3/10GK102796579SQ20121029531
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者鐘亮, 范舉忠, 劉寧, 羅林波, 翁力強(qiáng) 申請人:中國石化江漢油田分公司采氣廠