[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

摘要

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，主要设备包括H2S直接氧化反应器、H2S选择氧化反应器和单质硫冷凝器；H2S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，入口气H2S 1‑8%（体积），温度150‑180℃，催化剂均温床层可在200‑250℃范围内调节，均温床层温差自限定在15℃以内，油料常压、低正压或负压时的沸点或沸程，略低于催化剂床层所需控制的温度上限；选择性氧化反应器为绝热反应器，装填Fe2O3/氧化硅选择性氧化催化剂，床层温度200‑240℃。本工艺简单可靠，易于控制，加工量弹性大，对H2S含量高低适应性强，安全环保，运转成本低，适于小规模装置，脱硫天然气H2S≤20mg/Nm3，总S≤200 mg/Nm3。

主权项

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；所述选择性氧化反应器为绝热反应器，装填Fe2O3/氧化硅选择性氧化催化剂，床层温度200‑240℃，将部分SO2和H2S反应转化为单质硫，并利用过程气中所含的O2，和/或进一步引入含O2气将所含H2S全部或接近于全部转化，生成单质硫和SO2，出口气中H2S≤20mg/m3，总S≤200 mg/m3；所述低压油料控温的径向均温反应器包括反应器主体、油气化移热系统、气凝结供热系统，反应器主体和油气化移热系统、气凝结供热系统不连通；油气化移热系统和气凝结供热系统连通并为后者提供等温、等压的饱和蒸气；反应器主体包括壳体、催化剂径向反应床层、进出料接口、催化剂装卸结构；油气化移热系统包括油气室、足够数量和换热面积的换热套管，换热套管由内管和外管嵌套而成，外管向上开口于油气室底板，向下延伸到催化剂床层底部或之下位置并在下端封口，运转过程中油气室的油液面高于内管上端口；内管下端延伸至外管底部并开口，上端延伸至外管上端口之外；移热时油液淹没套管上端口，内管向下流油，外管向上流油气混合物；套管上端口具有能够保证内管只进油、流入油而基本不进气的结构，受本套管的外管或其它外管所排出油气混合物的影响较小或不受其影响；油气室的油气温度和压力通过设在油气室内顶部或反应器外的冷凝、冷却器控制；气凝结供热系统包括环筒状油气环管、分布于催化剂径向反应床层反应料入口段的足够数量和换热面积的加热管，加热管向上延伸到催化剂床层顶部，向下开口环筒状于油气环管顶壁；来自油气化移热系统的饱和蒸气进入加热管并在低温处冷凝供热，冷凝油流入油气环管、排出再经油泵打回至油气室；在催化剂径向反应床层的反应料入口段，垂直向下的油气化移热系统换热套管和垂直向上的气凝结供热系统加热管按比例交替分布。