[发明专利]一种组合式天然气净化厂低浓度酸气处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合式天然气净化厂低浓度酸气处理装置及方法。

背景技术

 酸气是指从酸性天然气中脱出的酸性气体混合物，其主要成分为H₂S和CO₂，并含少量的烃类。

H₂S含量小于15%的低浓度酸气不能用Claus法硫磺回收及延伸工艺处理，目前低浓度酸气天然气净化厂多采用传统固相催化剂直接氧化法或者液相催化剂直接氧化法。传统固相催化剂克劳斯活性好、选择性差，生成SO₂的副反应，硫回收率最高90%左右，难以达到目前的排放标准。液相催化剂直接氧化法硫回收率可达到99.9%，但产品为水及杂质60.0%(wt)硫磺饼，硫磺品质差，难以销售，整个装置运行成本高。由于传统的低浓度酸气处理技术存在尾气排放不达标或者硫磺产品不合格及装置运行成本高等问题，目前天然气净化厂低浓度酸气处理是一个难点。

随着国家环保要求的日益严格，各个行业相应制定了更加严格的大气污染物排放标准。目前天然气净化厂的SO₂排放控制主要是通过生产工艺措施，提高硫磺回收率来实现的，这也是国外天然气净化行业的普遍做法。目前国内外天然气净化厂高浓度酸气通常采用Claus法回收硫磺，为了满足排放标准进一步提高硫回收率增加了尾气处理工艺，主要有延伸克劳斯法、还原吸收法和催化剂直接氧化法。

常规Claus法硫磺回收工艺及其延伸克劳斯工艺受反应温度的限制一般用做处理H₂S含量大于15%的酸气，该方法已是十分成熟的工艺技术。克劳斯反应是微放热反应、从平衡常数较小来看是可逆反应，该类工艺的最高硫回收率仅为99.2%。由于转化率的限制目前已停止引进，或已建成的装置已进行改造适应新的环保排放要求。

还原吸收法尾气处理工艺方法成熟，总的硫回收率可达99.8％以上。但由于其工艺流程较复杂，投资与操作费用高，一般用于较大规模的Claus装置的尾气处理。

H₂S含量小于15%的酸气目前国内没有有效的处理方式，目前传统的处理方式多采用催化剂直接氧化法，分为液相氧化和固体氧化工艺。在催化剂的作用下，直接把H₂S氧化为单质硫。

液相氧化工艺主要是络合铁液相氧化技术（LO-CAT工艺），络合铁液相氧化工艺利用铁基催化剂完成氧化反应,进行硫磺回收的工艺方法。其核心设备是吸收/氧化反应器。主要适用于硫含量相对较小的酸气或废气的处理。 LO-CAT装置能够达到99.9%以上的硫脱出效率。 络合铁液相氧化技术需要添加5种化学品溶剂，溶剂消耗量大；溶剂供给系统复杂，运行成本高，生产每吨硫磺药剂及能耗消耗约3500-4000元。液相氧化工艺产品为含水及杂质60.0%(wt)硫磺饼，硫磺品质差，难以销售。

     固相催化剂直接氧化法，催化剂多选择了具有克劳斯活性的催化剂，由于该催化剂低温活性、选择性较差，催化剂既有催化H₂S氧反应生成单质S，也有催化生成SO₂副反应，降低了硫磺收率，硫收率小于90%，难以满足越来越严格的排放要求，目前已建设备进行装置改造。

发明内容

本发明是针对目前天然气净化厂处理低浓度酸气存在的硫回收率低、运行成本高的问题而开发的一种组合式天然气净化厂低浓度酸气处理装置及方法。其采用新型选择性高的固相催化剂氧化工艺串联液相氧化工艺，成功的解决了天然气净化厂处理低浓度酸气处理硫回收率低和运行成本高的问题。

本发明采用的技术方案：

一种组合式天然气净化厂低浓度酸气处理装置，包括固相氧化反应装置和液相氧化反应装置，固相氧化反应装置和液相氧化反应装置串联连接；

所述固相氧化反应装置包括等温反应器，所述的等温反应器的上端进口通过管线连接有酸气分离器，所述酸气分离器的上端入口连接有酸气管道，所述酸气分离器与所述等温反应器之间依次连接有酸气增压风机和酸气预热器，所述等温反应器的上端进口依次串联有空气预热器、空气鼓风机，所述空气鼓风机的上部进口连接有空气管道，所述等温反应器的下端出口连接有一级硫冷凝器，所述一级硫冷凝器出口连接有一级硫冷凝分离器；

所述液相氧化反应装置包括吸收氧化塔，所述吸收氧化塔的入口端连接有气液分离器，气液分离器的入口端连接有尾气冷凝器；

所述固相氧化反应装置的一级硫冷凝分离器的上端出口与液相氧化反应装置的尾气冷凝器入口连接。