[发明专利]一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的方法及装置

说明书

天然气中H₂S、CO₂的存在会给天然气的储存、输送、利用和环境都带来影响，必须对其进行脱硫脱碳以净化天然气，使天然气中的酸气含量达到国家要求并进行输送；沼气是一种较好的清洁燃料，其甲烷含量为55％～70％、二氧化碳含量为28％～44％、含有很少量的硫化氢等，将沼气中的CO₂分离出来不仅可以提高其单位体积气体的能量值，提高沼气品质，还可回收CO₂，减少温室气体的排放。本发明基于水合物法气体分离技术发明的燃气净化方法及装置，不仅适用于天然气、沼气等燃气的净化处理，同时能用于工厂烟气等的分离，且效果良好。

技术领域

本发明属于燃气净化领域，这里特指利用水合物法进行燃气中硫化物、二氧化碳等的脱除及回收以净化常见的天然气、沼气等燃气，本发明的方法同样适用于烟气中CO₂气体的分离回收。

背景技术

从气井开采出来的天然气中不可避免地含有H₂S、CO₂、有机硫化合物等酸性气体，国内H₂S摩尔分数大于1％的天然气储量占总储量的四分之一，普光气田天然气中H₂S摩尔分数高达13％～18％，H₂S的存在会造成金属管道、生产设备腐蚀和环境污染；当天然气用作化工原料时，它们还会引起催化剂中毒，严重影响产品质量。CO₂含量过高会降低天然气燃烧热值，且在天然气管道运输过程中，CO₂较易形成水合物，堵塞管道和设备；另外，回收CO₂可以减少温室气体排放，同时还可以变废为宝，如用于油田地下注入以增大采油率或者应用于食品工业等。

目前可用于分离燃气中所含二氧化碳的方法主要有化学吸收法、膜分离法、变压吸附(PSA)法、水合物法等。变压吸附(PSA)法是根据吸附剂对原料气中各组分选择性吸附能力的不同通过加压吸附和减压解吸过程交替切换循环而实现气体分离，由于分离不同的气体要选择不同功能的吸附剂，对于富含CO₂的天然气，传统的吸附剂如碳分子筛，CO₂的吸附能力很差。为使原料气连续输入，CH₄和CO₂连续产出，并获得高纯度的CO₂及较高的烃回收率，需采用多个吸附器循环操作，需要很多的吸附塔，设备投资费用相对较大且设备管理困难。

膜分离法是利用不同气体组分在聚合物膜中的溶解、扩散速率不同，在膜两侧分压差的作用下，使聚合物膜对各气体相对渗透率不同而分离的过程，膜分离法操作条件为常温、中压，因而净化度不高且目前膜材料的塑化抑制性能还不够好。膜性能随着使用逐渐变差，不能在高温下使用，热化学稳定性不够，膜材料和膜分离单元制作技术比较复杂，特别是建设天然气净化膜分离装置，而且需要对原料气进行脱水和制冷等预处理。

水合物法分离气体依据不同气体形成水合物的温度压力不同，不易水合的气体组分在气相中富集，容易水合的组分在水合物相中富集。在相同的温度下，CO₂形成水合物的压力低于CH₄形成水合物的压力，CO₂易于形成水合物，从而可以通过水合物法分离CO₂/CH₄混合气。

本发明基于水合物法气体分离原理开发的净化燃气的工艺流程，过程稳定、稳定性好、酸气脱除率高、回收效果好，主要用于陆上油气田高含CO₂及H₂S天然气的净化处理，此外，还可用于沼气、工厂烟气等的气体分离领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的燃气净化方法，即利用水合物法进行原料气中硫化氢、二氧化碳的脱除，本发明提供的方法和装置更加经济可行，且能高效地脱除燃气中的酸性气体，使其达到管输及使用标准，本发明也可用于沼气、烟气中CO₂的脱除及回收。