[发明专利]一种高碳天然气脱硫脱碳方法

说明书

本发明提供一种高碳天然气脱硫脱碳方法。天然气与吸收液在微元发生装置内分散为微米尺度的微元分散体系，拥有巨大的相界面积，显著提高吸收速率，进而大幅降低吸收设备尺寸仅需少量塔板即可完成脱硫脱碳任务；同时微元分散段内微元分散体系液层高度可控，可通过调节微元分散体系液层高度来调节气相停留时间进而控制CO₂反应程度，增加了操作弹性；另外，复合吸收塔可在较低的贫吸收液循环量下运行，相比常规工艺能够显著降低再生能耗。

技术领域

本发明涉及一种高碳天然气脱硫脱碳方法，属于天然气净化技术领域。

背景技术

随着我国天然气工业基础设施的完善，发展速度不断加快，我国天然气产业链已经进入快速发展的阶段，对天然气的需求量剧增，且基于国内城镇化进程加快、节能环保需求攀升、基础设施和政策不断完善的产业背景，经过多年的发展，天然气的应用范围不断扩大，逐渐向主体能源迈进。我国各产地的天然气质量参差不齐，部分地区天然气中酸性气含量较高，而我国对天然气中硫含量的要求愈发严格，《GB 17820-2018》中一类标准要求硫化氢含量低于6mg/m³，二氧化碳含量低于3mol％，对于一些高CO₂含量或高CO₂/H₂S比的天然气处理，既需要深度脱除H₂S，也需要大量脱除CO₂。减少天然气作为燃料时的碳排量势在必行，因此将天然气中CO₂分离捕集具有重大意义。

天然气脱硫脱碳方法主要可分为吸收法、直接转化法和除硫剂法等，针对高CO₂含量或高CO₂/H₂S比的天然气，化学溶剂或物理溶剂吸收法应用最为广泛。在吸收法工艺中根据使用的吸收液又可分为化学溶剂、物理溶剂和物理化学溶剂等，可根据天然气的组成以及实际条件选择。具体包括MDEA、TEA、MEA、DGA、DEA、DIPA、TBEE、TBIPE 等醇胺的单组分、多组分或添加了活化剂与助剂的有机胺溶液，以及砜胺等。

目前的吸收设备以板式塔和填料塔为主，受限于传统塔设备较低的传质效率，设备体积较为庞大，装置能耗也较高，因此强化吸收设备传质过程以达到缩小设备尺寸、实现低耗高效的目标一直以来都是开发天然气脱硫技术的重要方向。特别是随着天然气工业的发展，处理量急剧增大，高压吸收塔设备的大型化带来的难题越来越突出。所以，除了改进工艺流程外主要围绕以下两个方面进行开发：一方面可以在常规吸收塔基础上加以改进来提高传质效率，另一方面可以开发新型传质强化设备，如旋转填料床等。中国专利CN202808741U提出了一种天然气脱硫脱碳深度净化系统，既能进行含硫原料天然气的常规净化，满足对普通商品天然气的净化指标要求，又能一次性深度脱除原料天然气中的H₂S、CO₂以及硫醇、COS等有机硫杂质，是目前比较常见的天然气脱硫工艺，该专利中的吸收设备为常规的吸收塔。中国专利CN109988659A提出了一种天然气脱硫系统及方法，在MDEA脱硫单元的基础上增加了TSA脱硫单元，可以深度脱除硫化氢，但系统较为复杂，使用的设备较多。中国专利CN203096016U提供了一种复合型板式吸收塔，能够有效实现醇胺法天然气脱硫脱碳，提高吸收塔的操作稳定性，保证吸收塔工作效率。中国专利CN103756743A提出了一种脱除低含量硫化氢原料气中的硫化氢的方法，采用了吸收氧化法，利用旋转填料床强化吸收反应，简化了工艺流程，减少了设备，节省了占地面积，适用于海上平台。