一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，包括以下步驟：（1）將具有多孔比表面積的軟固體凝膠裝填于凈化反應(yīng)器中并加入水合促進(jìn)劑；（2）通入需凈化的天然氣至凈化反應(yīng)器中，控制進(jìn)氣壓力為2.5～7.5MPa，反應(yīng)溫度為0～10℃，進(jìn)行水合凈化處理。本發(fā)明的凈化處理方法反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)過程無需攪拌，軟固體凝膠材料可原位再生并循環(huán)重復(fù)使用，具有節(jié)能、環(huán)保的雙重功效，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益都得到顯著提升。
【專利說明】一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣凈化分離處理領(lǐng)域，特別涉及一種天然氣中酸性氣體的凈化處
理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣作為一種清潔高效的能源，已成為目前能源產(chǎn)業(yè)的重要支柱之一。天然氣主要成分為甲烷，此外因產(chǎn)地的不同而含有少量c2H6、C3H8及微量的H2S、CO2, N2及CO等雜質(zhì)氣體，雜質(zhì)氣體的存在嚴(yán)重影響了天然氣的儲運(yùn)和使用。以酸性氣體H2S和CO2為例，不僅在輸運(yùn)中腐蝕輸送設(shè)備，降低管輸能力，同時(shí)降低了天然氣熱值，在天然氣液化等深冷加工產(chǎn)業(yè)中帶來嚴(yán)重危害，因此，對天然氣實(shí)施凈化處理是非常必要而且必須的。
[0003]對于天然氣中酸性氣體的傳統(tǒng)處理工藝很多，主要包括濕法和干法兩大類，濕法有化學(xué)吸收法、物理吸收法和直接氧化法等，干法有分子篩法和海綿鐵法等?，F(xiàn)有的多種凈化處理方法雖然技術(shù)較為成熟，但是普遍存在工藝流程復(fù)雜，環(huán)境污染嚴(yán)重及甲烷損耗量聞等不足。
[0004]氣體水合物技術(shù)的發(fā)展使得氣體分離技術(shù)向前邁進(jìn)了一步，使得低能耗低成本氣體分離提純成為可能。該方法主要是基于不同氣體在形成水合物時(shí)的相平衡條件和難易程度不同而實(shí)現(xiàn)氣體分離，易于形成水合物的氣體優(yōu)先形成水合物，而難于形成水合物的氣體則保持氣態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了混合氣體的水合分離。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于工藝流程簡單、過程環(huán)保節(jié)能，且在分離過程中由于甲烷具有較高的相平`衡壓力而難以形成水合物，幾乎不損耗甲烷氣體。
[0005]專利CN103055676A提出了一種常溫離子液體加低溫水合反應(yīng)的天然氣提純方法，這種方法在原理上主要基于水合分離原理，相比傳統(tǒng)凈化工藝，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。但是采用常溫離子液體進(jìn)行低溫水合的缺點(diǎn)在于水合不充分，需要進(jìn)行多次多級分離提純，同時(shí)在水合過程中還需進(jìn)行攪拌，額外增加了能耗，因此尚有不足與待改進(jìn)之處。
[0006]顯而易見，改良現(xiàn)有的天然氣凈化技術(shù)和方法，大力減少天然氣分離凈化過程中的能耗和成本，是天然氣分離凈化技術(shù)發(fā)展的趨勢和方向，需要在此基礎(chǔ)上積極開發(fā)節(jié)能環(huán)保的新型凈化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)過程無需攪拌，軟固體凝膠材料可原位再生并循環(huán)重復(fù)使用，具有節(jié)能、環(huán)保的雙重功效，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益都得到顯著提升。
[0008]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，包括以下步驟:
[0010](I)將具有多孔比表面積的軟固體凝膠裝填于凈化反應(yīng)器中，并加入水合促進(jìn)劑；
[0011](2)通入需凈化的天然氣至凈化反應(yīng)器中，控制進(jìn)氣壓力為2.5~7.5MPa，反應(yīng)溫度為O~10°C，進(jìn)行水合凈化處理。
[0012]所述具有多孔比表面積的軟固體凝膠由以下原料按以下質(zhì)量百分比經(jīng)化學(xué)凝膠工藝制成:
[0013]2輕乙基甲基丙烯酸酯10%~40%
[0014]交聯(lián)劑乙二醇二(甲基丙烯酸)酯0.1~1%
[0015]弓丨發(fā)劑過硫酸銨0.5~5%
[0016]催化劑四甲基乙二胺0.1~1%
[0017]余量為水。
[0018]所述水合促進(jìn)劑為十二烷基硫酸鈉溶液、 四丁基溴化銨溶液或環(huán)戊烷溶液，但不限于上述三種。
[0019]所述軟固體凝膠采用分層多級的布置方式裝填于凈化反應(yīng)器中。
[0020]所述軟固體凝膠在凈化反應(yīng)器中的填充率為0.75~0.90。
[0021 ] 所述凈化反應(yīng)器頂部的出氣口處設(shè)有氣體成分檢測裝置。
[0022]當(dāng)氣體成分檢測裝置檢測到從出氣口排出的天然氣未達(dá)標(biāo)時(shí)，將從出氣口排出的天然氣通入凈化反應(yīng)器中，重新進(jìn)行步驟(2 )。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0024](I)本發(fā)明的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，使用增壓泵系統(tǒng)將需要凈化的天然氣氣源進(jìn)行增壓，由于進(jìn)氣壓力在甲烷相平衡壓力以下，在此條件下甲烷不生成水合物，通過反應(yīng)器后以氣態(tài)形式從反應(yīng)器頂端排出；H2S和CO2以固態(tài)水合物的形式被捕獲，反應(yīng)過程無需攪拌，實(shí)現(xiàn)一步式的高效凈化，反應(yīng)時(shí)間短。
[0025](2)本發(fā)明的軟固體凝膠可原位再生并重復(fù)循環(huán)使用，當(dāng)氣體凈化效率變低時(shí)可對其進(jìn)行再生處理，將反應(yīng)器內(nèi)溫度維持在40~50°C，采用加熱方式使凝膠內(nèi)的水合物分解釋放，可以恢復(fù)其固有吸附水合性能。
[0026](3)本發(fā)明的軟固體凝膠采用分層多級的布置方式裝填于凈化反應(yīng)器中，確保待凈化的氣體在反應(yīng)器內(nèi)有充足的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)接觸面積，增加氣體凈化效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例的凈化反應(yīng)器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0029]實(shí)施例1
[0030]圖1所示為實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法的凈化反應(yīng)器4，凈化反應(yīng)器4的頂部設(shè)有壓力傳感器5、溫度傳感器6，凈化反應(yīng)器4頂部的出氣口還連接有氣相色譜分析儀7，凈化反應(yīng)器4底部的出氣口處設(shè)有氣體增壓泵系統(tǒng)I。Vl~V6為操作控制閥。凈化反應(yīng)器4中裝有有軟固體凝膠3和水合促進(jìn)劑2，軟固體凝膠3采用分層多級的布置方式裝填于凈化反應(yīng)器中，本實(shí)施例的水合促進(jìn)劑為十二烷基硫酸鈉。[0031]本實(shí)施例的具有多孔比表面積的軟固體凝膠由以下原料按以下質(zhì)量百分比經(jīng)化學(xué)凝膠工藝制成:
[0032]2羥乙基甲基丙烯酸酯10%
[0033]交聯(lián)劑乙二醇二(甲基丙烯酸)酯1%
[0034]引發(fā)劑過硫酸銨5%
[0035]催化劑四甲基乙二胺1%
[0036]余量為水。
[0037]本實(shí)施例的天然氣中酸性氣體的凈化處理的凈化反應(yīng)器，操作過程如下:
[0038](a)啟動凈化反應(yīng)器冷卻循環(huán)系統(tǒng)，使凈化反應(yīng)器內(nèi)溫度降低到O~10°C的范圍，降溫過程由溫度傳感器監(jiān)測記錄；
[0039](b)打開閥門VI，開啟氣體增壓泵系統(tǒng)1，將待處理的氣 體增壓至凈化反應(yīng)器所需的反應(yīng)壓力(一般為2.5~7.5MPa)，然后通入凈化反應(yīng)器內(nèi)；
[0040](c)關(guān)閉閥門Vl~V4，使凈化反應(yīng)器在進(jìn)氣壓力下保持密閉，此時(shí)凈化反應(yīng)器內(nèi)的溫度和壓力條件滿足H2S和CO2的水合條件，而天然氣中的主要成分甲烷不參與水合反應(yīng)，保持一定的反應(yīng)時(shí)間(一般為IOh以上)后，通過判讀反應(yīng)器內(nèi)溫度和壓力數(shù)據(jù)變化確定水合反應(yīng)是否結(jié)束，并打開閥門V3進(jìn)行氣體取樣并用色譜分析儀進(jìn)行分析。分析結(jié)果如果滿足指標(biāo)要求則通過閥門V6直接輸出，如果不滿足指標(biāo)要求，則通過閥門V5再重新進(jìn)入增壓泵系統(tǒng)和凈化反應(yīng)器內(nèi)再次進(jìn)行處理。
[0041](d)當(dāng)軟固體凝膠使用一段時(shí)間其凈化效率降低時(shí)，可利用凈化反應(yīng)器的自身加熱功能實(shí)現(xiàn)固體軟凝膠的原位再生，對存留于凝膠內(nèi)的水合物固體進(jìn)行釋放，加熱溫度范圍為40~50°C，持續(xù)時(shí)間I~2h，可恢復(fù)軟固體凝膠的固有吸附水合特性。
[0042]選取天然氣氣樣，其中CH4、CO2, H2S體積百分比分別為91.6%、7.6%、0.8%，經(jīng)增壓泵系統(tǒng)增壓至2.5MPa后輸入至凈化反應(yīng)器內(nèi)，軟固體凝膠在凈化反應(yīng)器中的填充率為
0.7，水合促進(jìn)劑選用十二烷基硫酸鈉溶液，水合凈化處理溫度為1°C，反應(yīng)時(shí)間為10h，反應(yīng)結(jié)束后用氣相色譜分析儀進(jìn)行取樣分析，凈化后的014和CO2體積百分比分別為98.6%和1.4%，未檢測出H2S組分。
[0043]實(shí)施例2
[0044]本實(shí)施例采用的凈化反應(yīng)器與實(shí)施例1同。
[0045]本實(shí)施例的具有多孔比表面積的軟固體凝膠由以下原料按以下質(zhì)量百分比經(jīng)化學(xué)凝膠工藝制成:
[0046]原料按以下質(zhì)量百分比經(jīng)化學(xué)凝膠工藝制成:
[0047]2羥乙基甲基丙烯酸酯40%
[0048]交聯(lián)劑乙二醇二(甲基丙烯酸)酯1%
[0049]引發(fā)劑過硫酸銨5%
[0050]催化劑四甲基乙二胺1%
[0051]余量為水。
[0052]選取天然氣氣樣，其中CH4、C02、H2S體積百分比分別為88.3%、10.5%、1.2%，經(jīng)增壓泵系統(tǒng)增壓至7.5MPa后輸入凈化反應(yīng)器內(nèi)，軟固體凝膠在凈化反應(yīng)器中的填充率為0.90，水合促進(jìn)劑選用四丁基溴化銨溶液，水合凈化處理溫度為10°C，反應(yīng)時(shí)間為10h，反應(yīng)結(jié)束后用氣相色譜分析儀進(jìn)行取樣分析，凈化后的014和CO2體積百分比分別為98.6%和1.4%，未檢測出H2S組分。
[0053]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，如水合促進(jìn)劑還可采用環(huán)戊烷溶液等，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。`
【權(quán)利要求】
1.一種天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將具有多孔比表面積的軟固體凝膠裝填于凈化反應(yīng)器中，并加入水合促進(jìn)劑； (2)通入需凈化的天然氣至凈化反應(yīng)器中，控制進(jìn)氣壓力為2.5~7.5MPa，反應(yīng)溫度為O~10°C，進(jìn)行水合凈化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述具有多孔比表面積的軟固體凝膠由以下原料按以下質(zhì)量百分比經(jīng)化學(xué)凝膠工藝制成: 2羥乙基甲基丙烯酸酯10%~40% 交聯(lián)劑乙二醇二(甲基丙烯酸)酯0.1~1% 引發(fā)劑過硫酸銨0.5~5% 催化劑四甲基乙二胺0.1~1% 余量為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述水合促進(jìn)劑為十二烷基硫酸鈉溶液、四丁基溴化銨溶液或環(huán)戊烷溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述軟固體凝膠采用分層多級的布置方式裝填于凈化反應(yīng)器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述軟固體凝膠在凈化反應(yīng)器中的填充率為0.75~0.90。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，所述凈化反應(yīng)器頂部的出氣口處設(shè)有氣體成分檢測裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天然氣中酸性氣體的凈化處理方法，其特征在于，當(dāng)氣體成分檢測裝置檢測到從出氣口排出的天然氣未達(dá)標(biāo)時(shí)，將從出氣口排出的天然氣通入凈化反應(yīng)器中，重新進(jìn)行步驟(2)。
【文檔編號】B01D53/52GK103773532SQ201410040345
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】樊栓獅, 溫永剛, 陳秋雄, 陳運(yùn)文, 王燕鴻, 郎雪梅 申請人:華南理工大學(xué), 深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司