海水改良LO-CAT法用于脱除海上钻井平台石油伴生气中H2S基础研究

摘要

石油伴生气同石油和天然气一样，是化工领域中的一种不可再生的优质能源。但是其中含有的H2S杂质不仅腐蚀管道设备，污染钻井液，引起催化剂中毒，而且严重危害人的身体健康。所以，脱除石油伴生气中的H2S是净化石油伴生气、生产清洁能源的有效途径。海上钻井平台远离海岸线，其体积和承受能力有限，对平台安全有极高的要求。因此，海上钻井平台石油伴生气中H2S的脱除最好选择周围环境中安全廉价的溶剂作为吸收介质。显然，具有较强缓冲能力和天然碱性的海水是最佳的选择。
　　在前期实验基础上改装了一套新型LO-CAT脱硫装置，使“催化氧化脱硫”与“再生”分开，再生所需的空气分两股分别进入催化氧化脱硫系统和再生系统。通入催化氧化脱硫系统的小流量空气可使刚被还原的络合亚铁部分迅速氧化为络合铁，加快脱硫效率，且净化后的伴生气中氧气和氮气含量低，避免了伴生气热值降低和爆炸等不安全问题。通入再生系统的大流量空气，再生后放空，也不会引起上述问题。
　　在此新型LO-CAT脱硫装置中，以海水为吸收介质，络合铁为载体，针对H2S质量浓度为10g/m3的模拟气进行了海上钻井平台石油伴生气脱除H2S的实验研究。主要考察了再生系统、催化氧化脱硫系统中各参数对脱硫效果的影响，得出该装置的最佳工艺参数。在最佳工艺条件下考察其它配方溶液的脱硫效果，与配方溶液C比较得出最佳脱硫配方。并对脱硫产生的固体产物和配方溶液进行相关表征。
　　研究结果表明：在配方溶液C中，用海水配制脱硫吸收液，再生系统和催化氧化反应系统的最佳反应条件为：液体流速v=8.77mL/min，吸收温度T1=25℃，再生温度T2=45℃，空气过剩因子ε=90，吸收液初始pH=8，吸收液初始铁离子浓度c（Fe3+）=0.005 mol/L。在相同的工艺条件和初始铁离子浓度条件下，配方溶液1的脱硫率最高，穿透时间最长，达到680min，液相硫容最大，约9.8546 g/L，分别比配方溶液C延长了50％和74%，故脱硫效果最佳。经SEM、XRD、FT-IR表征及化学检测得，配方溶液C脱硫所得固体产物为斜方晶硫，纯度高，有利于硫磺的回收利用。配方溶液1中可能含有浓度较高的多聚态醇、羧酸类、酯类或胺类化合物，有利于改善吸收液的脱硫效果，脱硫所得固体产物杂质多，不利于硫磺的回收利用。配方溶液2-8脱硫效果不理想，脱硫后固体不适合回收利用。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2脱除H2S的方法

1.3研究目的、思路及内容

第二章 再生系统各参数的考察

2.1 引言

2.2 再生原理

2.3 实验方法

2.4反应流程和装置图

2.5脱硫性能的评价

2.6实验结果与分析

2.7本章小结

第三章 催化氧化脱硫系统各参数的考察

3.1 引言

3.2 催化氧化反应原理

3.3实验仪器及试剂

3.4实验结果与分析

3.5本章小结

第四章 配方溶液的考察

4.1 引言

4.2 实验试剂

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第五章 产物回收及表征

5.1 引言

5.2 实验试剂和主要仪器

5.3 表征样品的收集和预处理

5.4实验结果与分析

5.5本章小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢

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