技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种气体
净化装置，尤其涉及一种脱除天然气中
酸性气体的装置，属于气体净化技术领域。
背景技术
[0002] 由
地层、海底油田采出的天然气通常除含有
水蒸气外，往往还含有一些酸性气体，这些酸性气体一般是硫化氢、二
氧化
碳、硫醇、羰基硫等气相杂质，其中硫化氢是酸性天然气中毒性最大的酸性组分。天然气中硫化氢的含量随地域变化而变。我国主要天然气田如四川、渤海湾、鄂尔多斯、塔里木和准葛尔等地的天然气均属于高含硫天然气。GB17820-3
2012《天然气》强制性国家标准规定，二类商品天然气中H2S含量必须≤20mg/m ，一类商品天然气中H2S含量必须≤6mg/m3，对总硫和二氧化碳也是有一定的标准，因此对天然气必须进行处理。
实用新型内容
[0003] 本实用新型针对天然气中硫化氢含量过高的现状，提供一种脱除天然气中硫化氢的装置。
[0004] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
[0005] 一种脱除天然气中酸性气体的装置，包括酸性分离器、鼓泡吸收塔、精
脱硫塔、三甘醇脱水装置、净化分离器、第一闪蒸罐、氧化塔、硫磺浆
泵和过滤机；
[0006] 所述酸性分离器和净化分离器的下部为倒置圆锥形的料斗，中部填充有波纹板除雾器和丝网除雾器，上部安装有聚结器，聚结器上方的顶部为出气口，所述酸性分离器和净化分离器的下部侧面设有进气口；
[0007] 所述鼓泡吸收塔的下部为倒置圆锥形的出料斗，出料斗的底部为出料口，所述出料斗的上方设有位于侧面的进气口，进气口的一端与位于其下方的气体分布器相连通，另一端与酸性分离器的出气口相连通，所述气体分布器上固定有穿过气体分布器并上下延伸的降液管，所述鼓泡吸收塔的中部
侧壁上设有吸收液的进液口，所述鼓泡吸收塔的顶部固定有向下延伸的出气管，所述出气管的另一端与精脱硫塔的进气口相连通，所述精脱硫塔内填充有氧化锌脱硫剂；
[0008] 所述精脱硫塔的出气口与三甘醇脱水装置的进气口相连通，所述三甘醇脱水装置的出气口与净化分离器的进气口相连通，净化分离器的出气口连通天然气外输系统；
[0009] 所述鼓泡吸收塔的出料口与第一闪蒸罐中上部的液体
喷嘴相连通，所述第一闪蒸罐的下部为倒置圆锥形的出料斗，该出料斗的底部为出料口；
[0010] 所述氧化塔的下部为倒置圆锥形的出料斗，所述氧化塔的内部设有溢流
挡板，所述溢流挡板将闪蒸罐的内部空间分隔为氧化区和脱气区，所述氧化区内出料斗的上方设有曝气管，所述曝气管与氧化塔外空气
压缩机的出气口相连通，所述氧化区的下部侧壁设有进液口，所述氧化区的进液口与第一闪蒸罐的出料口相连通，所述脱气区的下部侧壁设有出液口，所述脱气区的出液口通过第一
输液泵与所述鼓泡吸收塔的进液口相连通，所述氧化塔的顶部设有排气口；
[0011] 所述氧化塔出料斗的底部设有出料口，该出料口通过硫磺浆泵与过滤机的进料口相连通，所述过滤机的滤液出口连通至氧化塔的内部；
[0012] 所述三甘醇脱水装置包括三甘醇吸收塔、三甘醇再生塔及其
冷凝器和
再沸器、气液换热器、第一
循环泵、第二闪蒸罐、
过滤器、液液换热器和第二循环泵，所述三甘醇吸收塔的下部侧面设有天然气进气口和富三甘醇出液口，所述三甘醇吸收塔的上部侧面设有贫三甘醇进液口，所述三甘醇吸收塔的顶部设有天然气出气口，该天然气出气口与气液换热器的气体通道入口相连通，所述气液换热器的气体通道出口与净化分离器的进气口相连通；所述富三甘醇出液口与第一循环泵的进液口相连通，所述第一循环泵的出液口与第二闪蒸罐中上部的进液口相连通，所述第二闪蒸罐的顶部设有闪
蒸汽出气口，所述第二闪蒸罐的底部设有出液口，所述第二闪蒸罐的出液口经过滤器后与液液换热器的富三甘醇通道入口相连通，所述液液换热器的富三甘醇通道出口与三甘醇再生塔中上部的进液口相连通，所述三甘醇再生塔顶部的出气口与冷凝器入口相连通，冷凝器出口与三甘醇再生塔顶部的回流口相连通，所述三甘醇再生塔底部的出料口与再沸器的进料口相连通，所述再沸器的热气出口与三甘醇再生塔底部的热气进口相连通，所述再沸器的贫三甘醇出口与液液换热器的贫三甘醇通道入口相连通，所述液液换热器的贫三甘醇通道出口与第二循环泵的液体入口相连通，所述第二循环泵的液体出口与气液换热器的液体通道入口相连通，所述气液换热器的液体通道出口与三甘醇吸收塔的贫三甘醇进液口相连通。
[0013] 本实用新型的有益效果是：
[0014] 1)本实用新型的装置能够充分的吸收天然气中的硫化氢、硫醇、羰基硫等酸性气体，并且净化后的天然气中不携带任何的药剂及硫磺，经过本装置处理的天然气可全部达到一类商品天然气的标准；
[0015] 2)充分的回收了天然气中的硫，所得的硫磺可另做他用，充分利用资源；
[0016] 3)本装置中吸收酸性气体的溶液可在鼓泡吸收塔中被还原后循环到氧化塔中进一步氧化，氧化后再次到鼓泡吸收塔中吸收酸性气体，重复循环使用，不产生任何
废水，绿色环保。
[0017] 在上述技术方案的
基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0018] 进一步，所述氧化塔的出料斗内沿圆锥延伸方向设有若干圈管路围成的吹扫环，吹扫环之间相互平行，所述吹扫环通过U型
螺栓固定于出料斗内壁的
基座上，所述吹扫环的管路中心线与出料斗内壁的最近距离150mm≦L≦ 200mm，每个吹扫环上设有至少一个进气口和若干均匀分布的吹扫口，所述进气口与进气管路相连通，所述吹扫口倾斜向下并与圆锥侧面相平行。
[0019] 采用上述进一步技术方案的有益效果是，吹扫环的安装
位置设计合理，距离适中，吹扫盲区减少，利于硫磺的吹扫流动，使得氧化塔的出料斗不易被硫磺堵塞。
[0020] 进一步，所述氧化塔的出料斗侧壁与水平面的夹
角为45～55°。
[0021] 采用上述进一步技术方案的有益效果是，出料斗侧壁与水平面的夹角α选择设计合理，在此坡度下硫磺易于流动，降低在壁面沉积的
停留时间，防止沉积。
[0022] 进一步，所述鼓泡吸收塔的出料斗侧壁与水平面的夹角为55～65°。
[0023] 采用上述进一步技术方案的有益效果是，出料斗侧壁与水平面的夹角α选择设计合理，在此坡度下硫磺易于流动，降低在壁面沉积的停留时间，防止沉积。
[0024] 进一步，所述鼓泡吸收塔的进液口为向下倾斜45°的旋流进液口。
[0025] 采用上述进一步技术方案的有益效果是，该旋流进液口可使得吸收液与天然气气体的
接触更加充分，反应吸收更彻底。
[0026] 进一步，所述气体分布器的出气端连接有鸭嘴
阀。
[0027] 采用上述进一步技术方案的有益效果是，能够更好的控制含酸性气体的天然气的出气速率。
[0028] 本实用新型中使用的吸收液由以下几个部分组成：
[0030] 螯合铁催化剂主要由EDTA铁、HEDTA铁、NTA铁、GLDA铁、DTPA 铁、PDTA铁、EDG铁一种或几种复合组成,主要作用是提供反应的铁离子催化剂。
[0031] 2、螯合剂；
[0032] 螯合剂主要由EDTA、HEDTA、NTA、GLDA、DTPA、PDTA、EDG等螯合剂及醇类螯合剂组成；
[0034] 所采用的表面活性剂为非离子表面活性剂；
[0036] 5、螯合剂保护剂；
[0037] 使用硫代
硫酸盐等抗
氧化剂保护螯合剂；
[0038] 6、MDEA、MEA、DEA、TEA、DIPA等醇胺中的一种或多种复合；
[0039] 利用醇胺的吸收能
力吸收羰基硫，使羰基硫
水解反应能快速进行，水解反应之后生成硫化氢，硫化氢又被三价铁离子反应，生成硫磺；
[0040] 7、利用KOH或NaOH来维持系统内呈
碱性环境，并与二氧化碳反应生成碳酸氢盐和碳酸盐，形成pH缓冲溶液。
[0041] 本实用新型装置的工艺流程及原理说明如下：
[0042] (1)含硫化氢的天然气进入酸性分离器，酸性分离器主要分离出天然气中的水、
烃、油及泥沙，经过分离的天然气进入鼓泡吸收塔；
[0043] (2)鼓泡吸收塔是采用鼓泡吸收，气体分布器采用鸭嘴阀分布，酸气进口的空塔气速控制在0.01m/s到0.06m/s之间，气体从底部向上，吸收液从吸收塔顶部向下，逆流吸收，发生如下反应：
[0044]
[0045] 电离：
[0046]
[0047] 高价铁离子(Fe3+)氧化二价硫：
[0048] HS-+2Fe3+→2Fe+2+H++S0 (3)
[0049] 吸收部分总方程式(方程式2,3,4
叠加)
[0050] H2S(气体硫化氢)+2Fe3+→2H++S°+2Fe2+ (4)
[0051] 硫醇和溶液中的碱发生反应，羰基硫和溶液中的MDEA、TEA等胺液发生吸收反应，二氧化碳和溶液中的碱及碳酸氢盐发生反应：
[0052]
[0053]
[0054]
[0055] 经过溶液的吸收，硫化氢含量可以达到1ppm以下，硫醇的转化率可以达到 99％以上，羰基硫的转化率可以达到70％以上，二氧化碳的脱除效果和来源天然气的压力有关系，压力和溶液pH越高，脱除率越高；
[0056] (2)经过鼓泡吸收塔吸收之后的天然气经过精脱硫装置，进一步脱除天然气中的有机硫，后经三甘醇脱水装置脱除大部分的水蒸气，后进入净化分离器，净化分离器主要分离水、药剂及硫磺颗粒，使天然气中不携带药剂及硫磺；
[0057] (3)经过吸收反应之后，溶液中含有部分溶解的天然气，需要经过第一闪蒸罐闪蒸，第一闪蒸罐具有喷淋闪蒸的独特设计，闪蒸完成的溶液进入氧化塔；
[0058] (4)进入氧化塔的溶液和鼓
风机带来的空气中的氧气发生氧化反应，具体反应如下：
[0059]
[0060] 亚铁离子再生反应(Fe2+)
[0061] 1/2O2(液体)+H2O+2Fe2+→2OH-+2Fe3+ (9)
[0062] 再生部分总方程式(方程式6，7叠加)
[0063] 1/2O2(气体)+H2O+2Fe2+→2OH-+2Fe3+ (10)
[0064] 二价铁离子在氧化的过程中发生芬顿反应，产生羟基自由基，羟基自由基有很强的氧化性能，使大部分CH3SNa(Ka)和C2H5SNa(Ka)反应掉，少部分的CH3SNa(Ka)和C2H5SNa(Ka)在氧气的作用下生成二甲基二硫、二乙基二硫等物质，从而使溶液中的CH3SNa(Ka)和C2H5SNa(Ka)反应掉绝大部分，使溶液再生完成，又能在吸收塔内吸收硫醇，尤其是甲硫醇和乙硫醇；
[0065] 羰基硫被MDEA、TEA等的胺液吸收完成之后，在溶液中发生水解反应，生成硫化氢和二氧化碳，硫化氢又和溶液中的三价铁离子反应生成硫磺，从而使溶液中的羰基硫被反应掉，使溶液恢复活性，在吸收塔中能再次吸收羰基硫；
[0066] 在氧化塔中反应7继续进行
[0067]
[0068] 使溶液中的碳酸盐反应生成碳酸氢盐，碳酸被溶液中的空气
汽提出系统，生成二氧化碳和水，二氧化碳随空气带出系统，从而使溶液中碳酸盐的浓度升高，具备再次吸收二氧化碳的能力，溶液返回吸收塔，再次吸收天然气中的二氧化碳；
[0069] 吸收完成的溶液进入脱气区，使溶液中溶解的氧气反应掉，不被带到吸收塔；在氧化塔氧化过程中，利用氧化塔的圆锥形出料斗来沉降生成的硫磺，氧化塔锥底独特的设计，既能沉降硫磺，又不会被硫磺堵塞，并在锥底部分设计有吹扫环，锥底的角度为45到55度之间，锥底吹扫采用环壁吹扫，间歇进行吹扫；
[0070] (5)氧化塔中生成的硫磺经过硫磺浆泵打到过滤机过滤，过滤之后的溶液再返回氧化塔中回用。
附图说明
[0071] 图1为本实用新型装置的整体结构示意图；
[0072] 图2为三甘醇脱水装置的结构示意图；
[0073] 图3氧化塔出料斗的结构示意图；
[0074] 图4为吹扫环的结构示意图；
[0075] 图5为吹扫环的安装示意图；
[0076] 图1～图5中，1、酸性分离器；2、鼓泡吸收塔；3、精脱硫塔；4、三甘醇脱水装置；5、净化分离器；6、第一闪蒸罐；7、氧化塔；8、硫磺浆泵； 9、过滤机；10、波纹板除雾器；11、丝网除雾器；12、聚结器；13、气体分布器；14、降液管；15、出气管；16、液体喷嘴；17、溢流挡板；18、氧化区；19、脱气区；20、曝气管；21、空气压缩机；22、第一输液泵；23、排气口；24、三甘醇吸收塔；25、气液换热器；26、第一循环泵；27、第二闪蒸罐；28、过滤器；29、液液换热器；30、三甘醇再生塔；31、第二循环泵；32、冷凝器；33、再沸器；34、吹扫环；35、U型螺栓；36、基座；37、吹扫口。
具体实施方式
[0077] 以下结合实例对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0078] 如图1所示，一种脱除天然气中酸性气体的装置，包括酸性分离器1、鼓泡吸收塔2、精脱硫塔3、三甘醇脱水装置4、净化分离器5、第一闪蒸罐 6、氧化塔7、硫磺浆泵8和过滤机9；
[0079] 所述酸性分离器和净化分离器的下部为倒置圆锥形的料斗，中部填充有波纹板除雾器10和丝网除雾器11，上部安装有聚结器12，聚结器上方的顶部为出气口，所述酸性分离器和净化分离器的下部侧面设有进气口；
[0080] 所述鼓泡吸收塔的下部为倒置圆锥形的出料斗，鼓泡吸收塔的出料斗侧壁与水平面的夹角为55～65°，出料斗的底部为出料口，所述出料斗的上方设有位于侧面的进气口，进气口的一端与位于其下方的气体分布器13相连通，另一端与酸性分离器的出气口相连通，所述气体分布器上固定有穿过气体分布器并上下延伸的降液管14，气体分布器的出气端连接有鸭嘴阀，所述鼓泡吸收塔的中部侧壁上设有吸收液的进液口，该进液口为向下倾斜45°的旋流进液口，所述鼓泡吸收塔的顶部固定有向下延伸的出气管15，所述出气管的另一端与精脱硫塔的进气口相连通，所述精脱硫塔内填充有氧化锌脱硫剂；
[0081] 所述精脱硫塔的出气口与三甘醇脱水装置的进气口相连通，所述三甘醇脱水装置的出气口与净化分离器的进气口相连通，净化分离器的出气口连通天然气外输系统；
[0082] 所述鼓泡吸收塔的出料口与第一闪蒸罐中上部的液体喷嘴16相连通，所述第一闪蒸罐的下部为倒置圆锥形的出料斗，该出料斗的底部为出料口；
[0083] 所述氧化塔的下部为倒置圆锥形的出料斗，氧化塔的出料斗侧壁与水平面的夹角为45～55°，所述氧化塔的内部设有溢流挡板17，所述溢流挡板将闪蒸罐的内部空间分隔为氧化区18和脱气区19，所述氧化区内出料斗的上方设有曝气管20，所述曝气管与氧化塔外空气压缩机21的出气口相连通，所述氧化区的下部侧壁设有进液口，所述氧化区的进液口与第一闪蒸罐的出料口相连通，所述脱气区的下部侧壁设有出液口，所述脱气区的出液口通过第一输液泵22与所述鼓泡吸收塔的进液口相连通，所述氧化塔的顶部设有排气口23；
[0084] 所述氧化塔出料斗的底部设有出料口，该出料口通过硫磺浆泵与过滤机的进料口相连通，所述过滤机的滤液出口连通至氧化塔的内部；
[0085] 如图2所示，所述三甘醇脱水装置包括三甘醇吸收塔24、三甘醇再生塔30及其冷凝器32和再沸器33、气液换热器25、第一循环泵26、第二闪蒸罐27、过滤器28、液液换热器29和第二循环泵31，所述三甘醇吸收塔的下部侧面设有天然气进气口和富三甘醇出液口，所述三甘醇吸收塔的上部侧面设有贫三甘醇进液口，所述三甘醇吸收塔的顶部设有天然气出气口，该天然气出气口与气液换热器的气体通道入口相连通，所述气液换热器的气体通道出口与净化分离器的进气口相连通；所述富三甘醇出液口与第一循环泵的进液口相连通，所述第一循环泵的出液口与第二闪蒸罐中上部的进液口相连通，所述第二闪蒸罐的顶部设有闪蒸汽出气口，所述第二闪蒸罐的底部设有出液口，所述第二闪蒸罐的出液口经过滤器后与液液换热器的富三甘醇通道入口相连通，所述液液换热器的富三甘醇通道出口与三甘醇再生塔中上部的进液口相连通，所述三甘醇再生塔顶部的出气口与冷凝器入口相连通，冷凝器出口与三甘醇再生塔顶部的回流口相连通，所述三甘醇再生塔底部的出料口与再沸器的进料口相连通，所述再沸器的热气出口与三甘醇再生塔底部的热气进口相连通，所述再沸器的贫三甘醇出口与液液换热器的贫三甘醇通道入口相连通，所述液液换热器的贫三甘醇通道出口与第二循环泵的液体入口相连通，所述第二循环泵的液体出口与气液换热器的液体通道入口相连通，所述气液换热器的液体通道出口与三甘醇吸收塔的贫三甘醇进液口相连通。
[0086] 优选的，如图3～5所示，所述氧化塔的出料斗内沿圆锥延伸方向设有若干圈管路围成的吹扫环34，吹扫环之间相互平行，所述吹扫环通过U型螺栓35固定于出料斗内壁的基座36上，所述吹扫环的管路中心线与出料斗内壁的最近距离150mm≦L≦200mm，每个吹扫环上设有至少一个进气口和若干均匀分布的吹扫口37，所述进气口与进气管路相连通，所述吹扫口倾斜向下并与圆锥侧面相平行。
[0087] 以上所述仅为本实用新型的较佳
实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
