一种可循环再生的湿法络合铁新工艺及其专用设备
阅读说明：本技术 一种可循环再生的湿法络合铁新工艺及其专用设备 (Novel process capable of recycling and regenerating wet-process iron complex and special equipment thereof ) 是由 邹光武 曾翔鹏 曹玉虎 吕明方 王世生 邱雷 盖群 谷振国 张树梅 孙浩彬 贾明 于 2021-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可循环再生的湿法络合铁新工艺,其包括：1)调配铁离子吸收剂,设备准备；2)将调配好的铁离子吸收剂装入吸收罐内；3)含有硫化氢气体的天然气先经气液分离罐后通过气体分布器均匀分散在吸收罐内；吸收罐内硫化氢气体被吸收后转变为单质硫磺,单质硫磺沉降在吸收罐底部；4)达到第一次溶液的氧化置换间隔时间后,通过连接软管连接车载络合铁氧化撬装装置,进行第一次的溶液的氧化置换；5)进行溶液的第二次的氧化置换,溶液的第二次的氧化置换完成后,进行溶液的第三次的氧化置换,以此类推。本发明便利,生成的硫磺流动性好,不易块结,吸收剂不需替换,无固废,溶液可一直循环再生利用,一次投入可长期使用。(The invention discloses a new process for recycling wet-process complex iron, which comprises the following steps: 1) preparing an iron ion absorbent, and preparing equipment; 2) filling the prepared iron ion absorbent into an absorption tank; 3) the natural gas containing hydrogen sulfide gas is uniformly dispersed in the absorption tank through the gas distributor after passing through the gas-liquid separation tank; the hydrogen sulfide gas in the absorption tank is absorbed and then converted into elemental sulfur, and the elemental sulfur is settled at the bottom of the absorption tank; 4) after the time interval of the first solution oxidation replacement is reached, connecting a vehicle-mounted complexing iron oxidation skid-mounted device through a connecting hose to carry out the first solution oxidation replacement; 5) and (4) carrying out second-time oxidative substitution on the solution, carrying out third-time oxidative substitution on the solution after the second-time oxidative substitution on the solution is finished, and the like. The invention is convenient, the generated sulfur has good fluidity, is not easy to block, the absorbent does not need to be replaced, no solid waste exists, the solution can be recycled all the time, and the sulfur can be used for a long time after being put into once.)
技术领域
本发明涉及一种可循环再生的湿法络合铁新工艺及其专用设备，属于湿法络合铁脱硫工艺技术领域，适用于来源气工况气量≤21000m3/d，日产硫磺量≤150kg的小型气田干法脱硫项目。
背景技术
目前，在天然气行业小型气田脱除硫化氢、日产硫磺量≤150kg、尤其≤70kg的项目中，绝大多采用固体氧化铁填料的干法脱硫方式进行硫化氢气体的脱除。选择干法脱硫的主要原因在于小气田使用时间较短，干法脱硫相对于传统湿法脱硫工艺投资少、占地面积小，适用于小气田脱硫。但氧化铁干法脱硫也存在一定的问题，具体问题如下：
（1）干法脱硫剂为一次性脱硫试剂，不可再生，需人工定期进行更换脱硫剂，更换频率高，增大了人工劳动强度；
（2）定期更换新的脱硫剂，增大了试剂的投资成本，且为气田开采过程中的长期经济投入；
（3）一次性的脱硫剂使用之后不能用作其他用途，只能作为固废另行处理，否则易造成环境污染，有可能会形成新的环保问题；
（4）脱硫剂在更换过程中易发生自燃，存在一定安全风险。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种可循环再生的湿法络合铁新工艺及其专用设备。
本发明提供的技术方案如下：一种可循环再生的湿法络合铁新工艺，其特征在于其具体包括如下具体步骤：
1) 调配铁离子吸收剂，设备准备；
2)将调配好的铁离子吸收剂装入吸收罐内，保持液位高度为5.6~6.2m，吸收罐内的反应温度范围10~53℃，压力50KPa~3.5MPa；
3)来自小气田的含有硫化氢气体的天然气先经气液分离罐除去夹带的游离水、重烃及其他杂质后直接进入装有铁离子吸收剂的吸收罐中，通过气体分布器均匀分散在含有铁离子吸收剂的吸收罐内，经一次吸收处理，气体中的硫化氢被吸收剂氧化为单质硫磺，吸收剂中的Fe3+被还原为Fe2+，来源气中的硫化氢被吸收至10ppmv以下，经净化气分液罐捕集气体带走的水汽及试剂后可进入后端集输管网；吸收罐内硫化氢气体被吸收后转变为单质硫磺，单质硫磺通过塔内降液管沉降在吸收罐底部；
4)溶液的第一次的氧化置换：
达到第一次溶液的氧化置换间隔时间后，通过连接软管连接车载络合铁氧化撬装装置，进行第一次的溶液的氧化置换：来自吸收罐的含5~15%硫磺颗粒的富液通过车载络合铁氧化装置的硫浆泵泵入压滤机进行加压过滤，将溶液中的硫磺以滤饼形式除去，滤清液自流进入氧化槽中，然后利用罗茨风机向氧化槽中通入压缩空气，压缩空气通过气体分布器均匀分散在滤清液中，与溶液中的Fe2+发生反应，使溶液重新恢复活性生成Fe3+，然后通过贫液泵将液体重新打回至现场装置中，完成溶液的氧化置换，去除硫磺颗粒、氧化被还原溶液，保证系统溶液的稳定性，达到第一次溶液的氧化置换运行时间后解除吸收罐通过连接软管与车载络合铁氧化撬装装置的连接，溶液的第一次的氧化置换完成；
第一次溶液的氧化置换间隔时间需要通过实验测得确定：3天后通过吸收罐的取样口取样，使用ORP检测仪检测溶液ORP的数值，若检测仪读数在-50~-280之间，则之后每天取样一次进行检测，直至ORP检测仪读数不在-50~-280范围之间时，记录间隔天数，第一次溶液的间隔氧化置换时间为3天+间隔天数；
第一次溶液的氧化置换运行时间根据OPR值确定，当溶液的氧化置换开始后3~4小时，每隔1小时检测一次读数，直至溶液ORP达到-50~-280之间，记录间隔时间，并继续氧化置换15min；第一次溶液的氧化置换时间为3~4小时+间隔时间+15min；
5) 根据第一次溶液的氧化置换间隔时间和第一次溶液的氧化置换运行时间，进行溶液的第二次的氧化置换，溶液的第二次的氧化置换完成后，根据第一次溶液的间隔氧化置换时间和第一次溶液的氧化置换时间，进行溶液的第三次的氧化置换，以此类推直至可循环再生的湿法络合铁新工艺完成对小气田的开采。
进一步地，所述的铁离子吸收剂由20000~30000ppm的铁离子催化剂、25000~38000ppm的铁离子螯合剂、10~100000ppm的螯合剂保护剂、1~1000ppm的硫磺表面活性剂、1~1000ppm的杀菌剂、0.1~1mol/L碱浓度的KOH/NaOH溶液及脱盐水组成，溶液PH为8~10；
其中，铁离子催化剂需满足企业标准Q/0601YXR001-A-2020中的规定、铁离子螯合剂需满足企业标准Q/0601YXR002-A-2020中的规定、硫磺表面活性剂需满足企业标准Q/0601YXR003-A-2020中的规定、杀菌剂需满足企业标准Q/0601YXR004-2017中的规定。
进一步地，所述的设备准备：
(1)选择满足来源气的气液分离罐：来源气在气液分离罐中气速选择为0.3~0.6m/s，具体计算如下：
Q=πD2/4*3600*u
其中Q：来源气工况气量，单位m3/h；
D：气液分离罐的直径，单位m；
u：气体的气速，单位m/s；
(2)选择直径3.0m，高度9.0m的吸收罐；
(3)选择满足来源气的净化气分液罐：净化气在净化气分液罐中气速选择为2.4~3.6m/s，具体计算如下：
Q=πD2/4*3600*u
其中Q：来源气工况气量，单位m3/h；
D：气液分离罐的直径，单位m；
u：气体的气速，单位m/s。
进一步地，一种可循环再生的湿法络合铁新工艺的专用设备，其特征在于其包括吸收罐，吸收罐的酸性气入口与气液分离罐的酸性气出口相连，吸收罐的净化气出口与净化气分液罐相连，吸收罐内设有气体分布器；其还包括车载络合铁氧化撬装装置，车载络合铁氧化撬装装置包括设置在撬块上的硫浆泵、压滤机、氧化槽、贫液泵、罗茨风机以及小型发电机；硫浆泵通过管路连接压滤机的进液口，压滤机的出液口连接氧化槽的进液口，氧化槽的出液口连接贫液泵，氧化槽通过管路连接罗茨风机，小型发电机的电缆分别连接硫浆泵、压滤机、贫液泵、罗茨风机的电机；硫浆泵通过软管与气田现场的吸收罐的富液出口活动连接，贫液泵通过软管与气田现场的吸收罐的贫液入口活动连接。
本发明的有益效果是：本发明新工艺满足了小气田开采的便利性，通过增大传统络合铁吸收剂的浓度，满足对来源气中硫化氢气体的吸收；同时，该吸收剂不需不断的鼓入氧化空气，在溶液不循环的情况下也可源源不断地将气体中的硫化氢转变成硫磺，且生成的硫磺流动性好，不易块结。根据不同项目所设计的时间，定期对溶液进行氧化及硫磺过滤即可，不需进行吸收剂替换，无固废的产生，溶液可一直循环再生利用，整个反应过程在低温低压条件下即可运行，一次投入可长期使用。本发明可循环再生的湿法络合铁工艺设备的使用，避免了传统湿法络合铁项目设备投资大，占地大，对于小型气田投资过大的缺点；弥补了干法脱硫中脱硫剂需不断更新替换，产生固废造成二次污染，人工强度大，投资源源不断等不足；同时，实现设备可移动化，满足了多个气田可共用一个设备的便利性，且设备可处于长期使用，前期设备投资降低、占地面积减少，后期无需频繁更换吸收剂，一次投入循环再生利用，气田开采完毕后，也方便移动至其他新井重新使用，增加了设备的便利性与灵活性；设备自带的小型发电机也节省了公用工程的高耗以及解决了部分地区供电不便等问题。本发明可循环再生的湿法络合铁工艺设备撬装化设计、可通过车载进行现场移动，现场只需一人即可完成装置的运输，且溶液氧化再生，完成溶液循环操作简单，只需一人操作即可，大大减少了人工的强度，溶液的循环再生性取代了干法的试剂更换频率及费用。根据小气田日产硫磺量来分别设计每个小气田置换溶液时所需的置换间隔时间，只需一人定期开车进行置换即可，对于小气田的开采十分有利。
附图说明
图1为本发明的可循环再生的湿法络合铁工艺设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：
一种可循环再生的湿法络合铁新工艺，其具体包括如下具体步骤：
1) 调配铁离子吸收剂：
20000~30000ppm的铁离子催化剂、25000~38000ppm的铁离子螯合剂、10~100000ppm的螯合剂保护剂、1~1000ppm的硫磺表面活性剂、1~1000ppm的杀菌剂、0.1~1mol/L碱浓度的KOH/NaOH溶液及脱盐水组成，溶液PH为8~10。
其中，铁离子催化剂需满足企业标准Q/0601YXR001-A-2020中的规定、铁离子螯合剂需满足企业标准Q/0601YXR002-A-2020中的规定、硫磺表面活性剂需满足企业标准Q/0601YXR003-A-2020中的规定、杀菌剂需满足企业标准Q/0601YXR004-2017中的规定。
设备准备：
(1)选择满足来源气的气液分离罐：来源气在气液分离罐中气速选择为0.3~0.6m/s，具体计算如下：
Q=πD2/4*3600*u
其中Q：来源气工况气量，单位m3/h；
D：气液分离罐的直径，单位m；
u：气体的气速，单位m/s；
(2)选择直径3.0m，高度9.0m的吸收罐；
(3)选择满足来源气的净化气分液罐：净化气在净化气分液罐中气速选择为2.4~3.6m/s，具体计算如下：
Q=πD2/4*3600*u
其中Q：来源气工况气量，单位m3/h；
D：气液分离罐的直径，单位m；
u：气体的气速，单位m/s；
2)将调配好的铁离子吸收剂装入吸收罐内，保持液位高度为5.6~6.2m，吸收罐内的反应温度范围10~53℃，压力50KPa~3.5MPa；
3)来自小气田的含有硫化氢气体的天然气先经气液分离罐除去夹带的游离水、重烃及其他杂质后直接进入装有铁离子吸收剂的吸收罐中，通过气体分布器均匀分散在含有铁离子吸收剂的吸收罐内，经一次吸收处理，气体中的硫化氢被吸收剂氧化为单质硫磺，吸收剂中的Fe3+被还原为Fe2+，来源气中的硫化氢被吸收至10ppmv以下，经净化气分液罐捕集气体带走的水汽及试剂后可进入后端集输管网；吸收罐内硫化氢气体被吸收后转变为单质硫磺，单质硫磺通过塔内降液管沉降在吸收罐底部。
4)溶液的第一次的氧化置换：
达到第一次溶液的氧化置换间隔时间后，通过连接软管连接车载络合铁氧化撬装装置，进行第一次的溶液的氧化置换：来自吸收罐的含5~15%硫磺颗粒的富液通过车载络合铁氧化装置的硫浆泵泵入压滤机进行加压过滤，将溶液中的硫磺以滤饼形式除去，滤清液自流进入氧化槽中，然后利用罗茨风机向氧化槽中通入压缩空气，压缩空气通过气体分布器均匀分散在滤清液中，与溶液中的Fe2+发生反应，使溶液重新恢复活性生成Fe3+，然后通过贫液泵将液体重新打回至现场装置中，完成溶液的氧化置换，去除硫黄颗粒、氧化被还原溶液，保证系统溶液的稳定性，达到第一次溶液的氧化置换运行时间后解除吸收罐通过连接软管与车载络合铁氧化撬装装置的连接，溶液的第一次的氧化置换完成；
第一次溶液的氧化置换间隔时间需要通过实验测得确定：3天后通过吸收罐的取样口取样，使用ORP检测仪检测溶液ORP的数值，若检测仪读数在-50~-280之间，则之后每天取样一次进行检测，直至ORP检测仪读数不在-50~-280范围之间时，记录间隔天数，第一次溶液的氧化置换间隔时间为3天+间隔天数；
第一次溶液的氧化置换运行时间根据OPR值确定，当溶液的氧化置换开始后3~4小时，每隔1小时检测一次读数，直至溶液ORP达到-50~-280之间，记录间隔时间，并继续氧化置换15min；第一次溶液的氧化置换运行时间为3~4小时+间隔时间+15min。
5) 根据第一次溶液的氧化置换间隔时间和第一次溶液的氧化置换运行时间，进行溶液的第二次的氧化置换，溶液的第二次的氧化置换完成后，根据第一次溶液的间隔氧化置换时间和第一次溶液的氧化置换时间，进行溶液的第三次的氧化置换，以此类推直至可循环再生的湿法络合铁新工艺完成对小气田的开采。
如图1所示，一种可循环再生的湿法络合铁工艺设备，其包括车载络合铁氧化撬装装置，车载络合铁氧化撬装装置包括设置在撬块上的硫浆泵5、压滤机6、氧化槽7、贫液泵8、罗茨风机9以及小型发电机10。硫浆泵5通过管路连接压滤机6的进液口，压滤机6的出液口连接氧化槽7的进液口，氧化槽7的出液口连接贫液泵8，氧化槽7通过管路连接罗茨风机9，小型发电机10的电缆分别连接硫浆泵5、压滤机6、贫液泵8、罗茨风机9的电机。硫浆泵5通过软管4与气田现场的吸收罐2的富液出口活动连接，贫液泵8通过软管4与气田现场的吸收罐2的贫液入口活动连接，吸收罐2的酸性气入口与气液分离罐1的酸性气出口相连，吸收罐2的净化气出口与净化气分液罐3相连。吸收罐2内设有气体分布器11。
吸收罐2内的吸收剂定期使用移动式络合铁氧化装置通过软管4连接进行溶液循环，在过滤溶液中生产的硫磺颗粒同时，对溶液进行氧化，使溶液重新恢复活性。
上述实施例中的吸收剂还可以采用其他已有的含有螯合铁离子的吸收剂，以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
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