一種集水合物法與膜法于一體的超重力式脫硫脫碳裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天然氣固化分離領(lǐng)域，這里特指一種將水合物法與膜法結(jié)合并引入超重力技術(shù)對工業(yè)煙氣及油田開采氣等過程中的氣體進行脫硫、脫酸的裝置，該裝置可用于陸上與海上的油氣田天然氣凈化分離，特別是對偏遠地區(qū)及一些小型氣田的天然氣處理，能高效脫除天然氣中的h2s和C02等酸性氣體，使其達到管輸標準。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣田所開采的天然氣主要由烴和多種雜質(zhì)氣體組成，其主要成分是甲烷，此外還有H2s、有機硫、0)2等，這些酸性物質(zhì)的存在不僅會腐蝕管道和設備，還會給環(huán)境帶來嚴重的污染，因此，國家對商品用天然氣中的酸性氣體的含量有著嚴格的指標，近幾年來，隨著節(jié)能減排理念的提出，國家對這方面的要求也越來越嚴格，對開采的天然氣進行高效的脫硫、脫碳成為合理的利用天然氣資源的關(guān)鍵；傳統(tǒng)的油田天然氣脫硫技術(shù)主要采用化學吸收法和膜吸收法，化學吸收法是較早被提出用以脫除天然氣中的h2s和0)2的方法，文獻(彭淑婧，任愛玲.煙氣中二氧化碳化學吸收法回收技術(shù)的研究[D].河北科技大學，2007)詳細描述了各種不同吸收法脫除天然氣中H2S的方法，但這些方法存在著能耗高、脫除率低且易引起環(huán)境污染等問題，難以得到高純度的H2S和C02;專利“從天然氣中脫除硫化氫的方法”(201010274051.5公開(公告)號CN 101955828A)曾提出將水合物法用于脫硫的具體方法，但是，隨著水合物反應過程中H2S的分壓降低，形成越來越困難，脫除率較低，此外，文獻(席旺，沈杰.天然氣脫硫技術(shù)研究進展[J].煤氣與熱力，2010，30 (11):31-33.)還指出了微生物法和超重力氧化還原法用于脫除天然氣中的酸性氣體，但這些技術(shù)距離實際的工業(yè)化應用還有很長一段距離，因此，急需設計出一套過程均勻、穩(wěn)定性好、回收效率高的脫硫、脫碳裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的脫硫、脫酸的裝置的應用存在運行費用高、再生污染能耗、投資成本高且脫除率較低等諸多限制，通過將水合物法與膜分離法結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上引入超重力技術(shù)對天然氣進行深度的脫硫、脫酸，大幅度提高天然氣中h2s和C02等酸性氣體的脫除率，其可用于陸上與海上的油氣田天然氣凈化分離，特別是對偏遠地區(qū)及一些小型氣田的天然氣處理，該裝置能有效脫除天然氣中的h2s和C02等酸性氣體，使其達到管輸標準。
[0004]一種集水合物法與膜法于一體的超重力式脫硫脫碳裝置，包括殼體、攪拌式水合物反應釜、超重力式膜分離單元、拉瓦爾噴閥和噴嘴；超重力式膜分離單元位于殼體內(nèi)的上半部分；攪拌式水合物反應釜位于殼體內(nèi)的下半部分，攪拌式水合物反應釜與膜分離單元通過拉瓦爾噴閥和噴嘴連接，將經(jīng)過攪拌式水合物反應釜處理后的天然氣送入超重力式膜分離單元吸收處理；超重力式膜分離單元由超重力式轉(zhuǎn)向機構(gòu)和上、下轉(zhuǎn)子組成；超重力式轉(zhuǎn)向機構(gòu)由旋轉(zhuǎn)部件、聯(lián)軸器、電動機、環(huán)形進液管組成，旋轉(zhuǎn)部件一端通過聯(lián)軸器與位于機殼外的帶有變頻調(diào)速器的電動機連接，另一端與環(huán)形進液管底部連接，環(huán)形進液管上均勻分布有布液孔，上轉(zhuǎn)子和下轉(zhuǎn)子的內(nèi)緣連接固定在環(huán)形進液管上，環(huán)形進液管頂端與位于殼體頂端的進液裝置連接，上轉(zhuǎn)子和下轉(zhuǎn)子上設有吸收膜，經(jīng)過攪拌式水合物反應釜處理后的天然氣經(jīng)過拉瓦爾噴閥加壓后，由噴嘴噴入超重力式膜吸收單元時，氣體周向噴入，在壓差的作用下，氣體首先由下轉(zhuǎn)子的下端向上轉(zhuǎn)子的上端運動，同時，吸收液經(jīng)進液裝置流入環(huán)形進液管，并由分布在環(huán)形進液管周向的布液孔勻速流到上、下轉(zhuǎn)子的內(nèi)緣，當超重力式轉(zhuǎn)向機構(gòu)帶動上、下轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下，吸收液分別由上、下轉(zhuǎn)子的內(nèi)緣向外緣以液膜流和液滴流形式運動，最后均勻平鋪在上、下轉(zhuǎn)子吸收膜的一側(cè)，天然氣中攜帶的酸性氣體被均勻分布在吸收膜一側(cè)的吸收液吸收，從而完成對酸性氣體的充分吸收過程。
[0005]進一步地，所述進液裝置為進液漏斗；進液漏斗與進液裝置連接處設有截流閥。
[0006]進一步地，所述殼體上端肩部位置開有凈氣出口，凈氣出口上設有單向出氣閥。
[0007]進一步地，所述殼體下半部分一側(cè)上端設有進液口，進液口通過環(huán)形進液管與攪拌式水合物反應釜連通。
[0008]進一步地，所述殼體下半部分另一側(cè)下端設有輸送天然氣進入攪拌式水合物反應釜的進氣通道。
[0009]進一步地，所述攪拌式水合物反應釜中設有磁力攪拌器。
[0010]進一步地，所述攪拌式水合物反應釜底部設有錐形底座，將在攪拌式水合物反應釜生成的固體水合物排出，排出口設有截流閥。
[0011]進一步地，殼體內(nèi)的下半部分為雙層結(jié)構(gòu)，水冷夾套置于雙層殼體所形成的空腔內(nèi)對攪拌式水合物反應釜制冷。
[0012]進一步地，裝置的底端設置三腳架，用來增強裝置的穩(wěn)定性。
[0013]進一步地，所述吸收膜為中空纖維膜。
[0014]經(jīng)攪拌式水合物反應釜處理后，原料天然氣中大部分的H2S和0)2等酸性氣體被脫除，并以固體水合物的形式被存儲，這大大降低了后續(xù)膜分離單元中膜組件的負荷，降低了膜組件的更換頻率，水合物反應釜采用外部水冷夾套式制冷，即將水冷夾套置于雙層機殼所形成的空腔內(nèi)進而達到制冷的效果，攪拌式水合反應釜的底座設計成錐形，經(jīng)過水合反應形成的水合物被磁力攪拌器甩出，沿器壁經(jīng)錐形底座流出，進入水合物固化儲罐。
[0015]剩余小部分酸性氣體的天然氣進入超重力式膜分離單元進一步脫除，氣體經(jīng)過拉瓦爾噴閥加壓后，由噴嘴以一定速度進入超重力式膜吸收單元時，氣體周向噴入，在壓差的作用下，氣體首先由下轉(zhuǎn)子的下端向上轉(zhuǎn)子的上端運動，同時，NaOH吸收液經(jīng)進液漏斗流入環(huán)形進液管，并由分布在環(huán)形進液管周向的布液孔勻速流到上、下轉(zhuǎn)子的內(nèi)緣，當超重力式轉(zhuǎn)向機構(gòu)帶動上、下轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下，吸收液分別由上、下轉(zhuǎn)子的內(nèi)緣向外緣以液膜流和液滴流形式運動，最后均勻平鋪在上、下轉(zhuǎn)子中空纖維膜的一側(cè)，氣體中攜帶的少量H2S、0)2等酸性氣體被均勻分布在中空纖維膜一側(cè)的NaOH吸收液吸收，從而完成對小部分H2S、0)2等酸性氣體的充分吸收過程。
[0016]超重力式膜分離單元中上、下轉(zhuǎn)子上的膜均采用中空纖維膜，其可以產(chǎn)生巨大的比表面積，有效提高了酸性氣體的吸收率。
[0017]上、下轉(zhuǎn)子的高度差控制在30~70 cm之間，一般保持上、下轉(zhuǎn)子的高度差為40 cm為宜；上、下轉(zhuǎn)子固定連接在環(huán)形進液管上，并在環(huán)形進液管上設置布液孔，旋轉(zhuǎn)部件通過聯(lián)軸器與位于機殼外的帶有變頻調(diào)速器的電動機連接，電動機通過聯(lián)軸器及旋轉(zhuǎn)部件實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，從而帶動上、下轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
[0018]進液漏斗處與裝置連接處和錐形底座的水合物導出部位分別安裝截流閥，凈氣出口處安裝單向出氣閥，閥門與裝置連接處均采用密封圈密封，加強裝置的氣密性。
[0019]裝置的底端設置三腳架，用來增強裝置的穩(wěn)定性。
[0020]吸收液的存儲系統(tǒng)采用循環(huán)式吸收塔實現(xiàn)了吸收液的循環(huán)利用，提高了資源的利用率。
[0021]與現(xiàn)有的脫硫、脫碳裝置相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)該裝置可將天然氣中所攜帶的h2s、C02等酸性氣體分別經(jīng)過水合物反應單元和超重力式膜吸收單元脫除，大部分的h2s、C02等酸性氣體以固體水合物的形式被存儲，少部分的酸性氣體經(jīng)超重力式膜吸收單元進一步脫除，保證了酸性氣體的脫除率。
[0022](2) H2S、C02等酸性氣體以固化的天然氣水合物形式存在，大大降低了后續(xù)膜組件的負荷，降低了膜組件的更換頻率。
[0023](3)吸收液的存儲采用循環(huán)式吸收塔使得吸收液實現(xiàn)了循環(huán)利用，提高了資源的利用率，降低了初始投資成本。水合物生成過程中所需要的條件較容易達到，容易操作，適應性好，安全性高，較易實現(xiàn)自動化控制，裝置可撬裝化。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為設置有中空纖維膜的上、下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3進液漏斗結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5拉瓦爾噴閥結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中:1 一進氣通道；2 —攪拌式水合物反應釜；3 —磁力攪拌器；4、9 一環(huán)形進液管；5 —進液口 ；6 —水冷夾套；7 —錐形底座；8 —截流閥；10 —拉瓦爾噴閥；11 一布液孔；12、13 —上、下轉(zhuǎn)子；14 一旋轉(zhuǎn)部件；15 —聯(lián)軸器；16 —帶有變頻調(diào)速器的電動機；17 —單向出氣閥；18 —噴嘴；19 一進液漏斗；20 —密封圈；21 —三腳架，22 —殼體。
【具體實施