[发明专利]采用径向均温H2S直接氧化反应器的天然气脱硫工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气净化工艺，涉及一种采用径向均温H₂S直接氧化反应器的天然气脱硫工艺。

现有技术

天然气，因具有开采简单、易输送计量、价格便宜、安全卫生污染小等优点，使用日趋广泛。

但从地下采出时，除了H₂S、有机硫含量特别低、可不经处理直接使用的一少部分，其它天然气中含H₂S以及少量COS，存在腐蚀性、剧毒性和令人极难接受的气味，在输送和使用之前需进行脱硫净化处理。强制性国家标准GB17820-2012二类天然气的指标要求包括H₂S≤20mg/m³，总硫(以硫计) ≤200mg/m³。

天然气的脱硫净化处理，对高产量的气井或者大规模的气田而言，通过胺液吸收、解析，有机硫水解，脱水，以及硫磺回收、尾气净化等连续处理装置，可以实现包括脱硫、脱CO₂、脱水等多种目的，使净化天然气符合GB17820-2012一类、二类天然气的所有要求。

但对那些产气量不大而又偏远的天然气资源，包括天然气、油田伴生气、低氧煤层气，如果含H₂S、有机硫，则其是否能够运营存在问题：如果输送到远处有能力进行净化处理的净化厂或使用单位，则需要敷设防腐等级较高的输送管线，管线投资及维护管理成本都比较高，发生泄漏事故时的风险成本较高，或者导致井口气价较低；如果供当地使用，不进行脱硫净化处理通常也无法获得市场准入，甚至连天然气资源单位自用有时也做不到。

对那些产气量大但也偏远的天然气资源，包括天然气、油田伴生气，虽然可以输送至净化厂处理，但能否通过管线将净化天然气送回到气井使用，或者送回到气井附近的居民区、企事业单位使用，也经常存在问题，原因包括费用、管理、购买力及制度障碍，导致资源地不易享受资源的情况，容易引发社会纠纷。

实际上，气井附近的天然气市场，除了关心有毒物质H₂S、有机硫是否达标，而对于CO₂、水的含量，乃至天然气的纯度即发热量，要求并不很高。有些需要较高动力开采天然气的井场，如采用水力压裂法开采天然气的井场，当电力供应不方便或不可靠时，若能采用就近脱硫处理的天然气直接或间接驱动，也有价值和意义。

因而，有必要开发一种可解决上述问题的、小规模的天然气脱硫净化工艺，应具有工艺简单、设备简单可靠、易于控制、加工量弹性大、对原料气H₂S含量高低波动适应性强、安全环保、运转成本低等特点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种采用径向均温H₂S直接氧化反应器的天然气脱硫工艺，主要设备沿天然气流向包括H₂S在线监测、含O₂气引入及混合、第一加热器、H₂S直接氧化反应器、第一中温冷凝器、第二加热器、H₂S选择氧化反应器、第二中温冷凝器、低温冷凝器；其中，中温冷凝器、低温冷凝器底部出口连接液硫槽，或者具有能排出液硫但不排出气体的液封出口；

所述直接氧化反应器为低压油料控温的径向均温反应器，装填TiO₂基硫磺回收催化剂，将所含部分COS水解为H₂S和CO₂，利用含O₂气引入的O₂将H₂S基本转化为单质硫，使出口气中H₂S 100-2000 mg/Nm³，SO₂≤500 mg/Nm³且低于H₂S浓度；反应器入口气H₂S浓度1-8%（体积），温度150-180℃，催化剂床层除去反应气入口的升温段，其余为均温床层，均温床层的温度可根据反应要求，在200-250℃范围内进行调节；所述均温床层内的温差自限定在15℃以内；天然气和含O₂气进入第一加热器之前充分混匀；