[发明专利]天然气硫回收及催化剂再生装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气工程领域，具体地，涉及一种天然气硫回收及催化剂再生装置及方法，用于天然气脱除硫化氢进行气体净化。

背景技术

天然气中H₂S、CO₂等酸性气体的存在会增加对管道和设备的腐蚀，进而影响管道的使用寿命。此外，在天然气低温分离过程中，有可能形成干冰而堵塞管道和设备；含较多H₂S的天然气燃烧时会出现异味，燃烧所生成的SO₂等化合物会污染环境；在催化加工中，含硫的烃类化合物会使催化剂中毒。因此，天然气预处理中最重要的任务就是硫化氢气体的脱除。

近20年来，由于环境保护的要求日益严格，世界各国都非常重视硫磺回收技术的开发和应用，大量的硫回收技术获得应用，其原理、特点、硫回收效率各不相同。含H₂S酸性气体的处理，工业生产中多采用固定床催化氧化(主要为Claus硫回收工艺及各种改进工艺)工艺和液相直接氧化工艺。液相直接氧化工艺又称湿式氧化法脱硫，它是指使用含有氧载体的溶液将天然气中的H₂S氧化为元素硫，被还原的氧化剂经空气再生又恢复其氧化能力的一类气体脱硫方法。这类方法的研究始于20世纪20年代，至今已发展到百余种，其中有工业应用价值的有二十多种。湿式氧化法具有如下特点：脱硫效率高；可将H₂S一步转化为单质硫，无二次污染；既可在常温下操作，又可在加压下操作；大多数脱硫剂可以再生，运行成本低。代表性的液相直接氧化工艺有：Stretfoul氧化法，LO-CAT工艺，SulFerox工艺等，这些工艺采用不同的络合剂，以三价络合铁离子为催化剂，将溶解在脱硫液中的H₂S转化成单质硫，同时催化剂被还原为二价络合铁离子，然后以空气为氧化剂将二价络合铁离子重新氧化为三价络合铁离子，循环使用。在实际使用过程中，空气氧化催化剂再生的方法容易产生催化剂分解的问题，造成严重的药剂消耗，增大了运行成本。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种天然气硫回收及催化剂再生装置及方法，重点解决用于络合铁液相氧化吸收硫化氢气体的催化剂分解问题，以提高催化剂氧化利用效率并降低工艺的能耗和剂耗。

为实现上述目的，本发明采用以下方案：

一种天然气硫回收及催化剂再生装置，包括：硫回收反应器、分离泵、硫磺分离装置、储液罐、燃料电池及循环泵；硫回收反应器内装有络合铁催化剂，硫回收反应器顶部设有硫化氢进气管；硫回收反应器的底端设有沉积硫磺输出口，硫回收反应器的圆柱体侧面上方设有脱硫催化剂滤液输入口、再生催化剂回流口，下方设有还原催化剂输出口，硫回收反应器的沉积硫磺输出口通过第一管线与硫磺分离装置相连，第一管线上设有分离泵；硫磺分离装置通过第二管线与储液罐相连，储液罐通过第三管线与硫回收反应器的脱硫催化剂滤液输入口相连；燃料电池为封闭结构，由离子膜分隔为燃料电池阳极池和燃料电池阴极池；燃料电池阳极池内装有络合铁催化剂，燃料电池阳极位于燃料电池阳极池内；燃料电池阴极池内装有氢氧化钠溶液，燃料电池阴极位于燃料电池阴极池内；燃料电池阴极反应池设有氧气进气管；燃料电池阳极池侧部上方设有输出口，燃料电池阳极池的输出口通过第四管线与硫回收反应器的再生催化剂回流口相连；燃料电池阳极池侧部下方设有输入口，燃料电池阳极池的输入口通过第五管线与硫回收反应器的还原催化剂输出口相连，第五管线上设有循环泵；燃料电池阳极和燃料电池阴极分别通过导线与电池负载的两端相连。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)、通过燃料电池的设计，将络合铁催化剂再生反应作为阳极反应，氧去极化反应作为阴极反应，在外电路连接电池负载输出电流，实现了液相氧化还原工程中络合铁催化剂的快速再生，能够提高催化剂氧化再生效率；

(2)、催化剂不直接接触氧气，从而避免催化剂的氧化分解，不仅获得高效的硫化氢脱出效果，而且大大降低了价格昂贵的络合铁催化剂的分解；

(3)、在硫回收反应器中进行硫化氢和络合铁催化剂的氧化还原反应，反应后的催化剂通过管路进行再生循环，大大加快了装置中反应速度，在同等处理规模下有利于减小装置规模；

(4)、能有效利用催化剂再生的阳极反应和氧去极化阴极反应的耦合，能够将化学能转化成电能实现对外电流输出。

附图说明

图1为天然气硫回收及催化剂再生装置示意图；