CN111996049A - 集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置和方法，包括原料气分离器、缓冲罐、混合气分离器、分解塔、脱水器、气体预热器、压缩机、H2S/CO2浓度检测器、气体收集储罐等装置。天然气经原料气分离器脱除固体杂质后进入混合分离器，并在适宜的条件下生成H2S/CO2水合物，在天然气管道上设置H2S/CO2浓度检测器，根据浓度要求是否看需要进行多次净化。本发明的这套装置，将水合物法与膜分离法耦合能快速有效地脱除天然气中的酸气，分离后气体的纯度高，耗能低，投资少，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本本发明属于天然气脱硫脱碳领域，具体涉及一种集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置和方法。
背景技术
油气田所开采的天然气主要是由烃和多种杂质气体组成，其主要成分是甲烷，此外，还有H2S、CO2等，这些酸性物质的存在不仅会腐蚀管道和设备，还会给环境带来严重的污染，因此，国家对商品用天然气中酸性气体的含量有着严格的指标，近几年来，随着节能减排理念的提出，国家对这方面的要求也越来越严格，对开采的天然气进行高效的脱硫、脱碳成为合理的利用天然气资源的关键。化学吸收法是较早被提出用以脱除天然气中H2S、CO2等酸气的方法，但该方法存在能耗高、脱除率低、带来环境污染等问题。
水合物法分离气体依据不同气体形成水合物的温度压力不同，不易水合的气体组分在气相中富集，容易水合的组分在水合物相中富集。在相同的温度下，H2S、CO2、CH4形成水合物的压力不相同，从而可以通过水合物法分离H2S/CO2/CH4混合气。膜分离法是利用不同气体组分在聚合物膜中的溶解、扩散速率不同，在膜两侧分压差的作用下，使聚合物膜对各气体相对渗透率不同而分离的过程。膜分离方法具有许多独特的优势，如占地面积小，节能、环保等，由于薄膜分离的原理及元件结构简单，投资少，运行成本低，具有便于扩充处理容量的灵活性，特别适用于处理CO2浓度高的原料气，但采出气特点变化范围广，单级膜系统很难满足多种工况的提纯率，同时得到高纯CO2及高纯CH4气体。因此，亟需发明一种集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中H2S、CO2及其硫化物的方法与装置。
在申请号为“201910274386.8”的“一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的方法及装置”专利文献中，介绍了一种利用水合物法净化燃气的方法和装置，但是该方法采用多个塔循环操作，单一的水合物法，使脱除效率低、脱除纯度不高，并且采用设备占地面积大、投资费用大且设备管理困难。
发明内容
为了克服上述现有技术中的问题，本发明提供一种集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置和方法，在天然气脱酸中稳定性好、酸气脱除率高、回收效果好，主要用于陆上油气田高含CO2及H2S天然气的净化处理，此外，还可用于沼气、工厂烟气等的气体分离领域。
为了实现本发明的技术目的，所采用的技术方案为：一种集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置，其特征在于：包括沿着原料气的气流方向通过管道依次连接设置的原料气分离器、缓冲罐、气体预热器、H2S脱除单元、压缩机、CO2脱除单元、脱水器及甲烷收集储罐；
H2S脱除单元包括：混合气分离器II、增压泵及H2S浓度检测器；混合气分离器II内设有分离膜II，分离膜II将混合气分离器II的内部分隔为上下两层，其中下层用于盛装H2S吸收液，H2S吸收液的液面与分离膜II之间间隔距离，用于形成分离腔；位于下层的混合气分离器II上错开设有进气喷嘴、H2S水合物浆液出口和补液口，其中进气喷嘴位于H2S吸收液的液面下；位于下层的混合气分离器II的底部设有搅拌装置，位于上层的混合气分离器II的顶部设有出气口，混合气分离器II的进气喷嘴通过设有增压泵的管道与气体预热器连接，混合气分离器II的出气口与压缩机连接；H2S浓度检测器设置在混合气分离器II3的上部出气口处，用于检测出气口处排出气体中的H2S浓度是否达标；还包括H2S回气管，H2S回气管的一端与混合气分离器II的出气口连接，另一端与位于分离膜II下方的混合气分离器II连接；
CO2脱除单元包括混合气分离器I及CO2浓度检测器；混合气分离器I的工作腔内设有分离膜I，分离膜I将混合气分离器I的分离腔分隔成上下两层，其中下层用于盛装CO2吸收液，CO2吸收液的液面与分离膜I之间隔距离并形成分离腔I，气体在分离腔I内经分离膜I分离，位于下层的混合气分离器I的侧壁或底壁上错开设有进气喷嘴、CO2水合物浆液出口和补液口，混合气分离器I的底部设有搅拌装置，位于上层的混合气分离器I的顶部设有出气口，混合气分离器I的出气口与脱水器连接；还包括CO2回气管，CO2回气管的一端与混合气分离器I的出气口连接，另一端与混合气分离器I的下层连接。
进一步的，CO2脱除单元还包括分解塔I和CO2收集储罐I，分解塔I内设置有微波加热装置，分解塔I的顶部设有出气口，上部设有CO2水合物浆液进口，底部设有出水口，其中分解塔I的出气口与CO2收集储罐I连接，CO2水合物浆液进口与CO2水合物浆液出口连接，分解塔I的出水口与混合气分离器I的补液口连接。
进一步的，H2S脱除单元还包括设有微波加热装置的分解塔II、及H2S收集储罐；分解塔II的上部设有H2S水合物浆液进口，顶部设有出气口，下部设有出水口，其中H2S水合物浆液进口与H2S水合物浆液出口连接，分解塔II的出水口与混合气分离器II的补液口连接，分解塔II的出气口连接H2S收集储罐。
一种集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的方法，基于如上所述的集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置进行，具体包括如下步骤：
步骤1：经由混合气分离器II的补液口向混合气分离器II中输入H2S吸收液，经由混合气分离器I的补液口向混合气分离器I中输入CO2吸收液；CO2吸收液为促进剂、四丁基溴化铵水溶液和柴油-环戊烷混合乳液的均匀混合液；促进剂中含有十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠；
步骤2：开启混合气分离器II内的搅拌装置，天然气经由原料气分离器1脱除固体杂质后进入缓冲罐，经过缓冲罐稳流后进入气体预热器，通过气体预热器将气体的温度提高至38-40℃并脱除水蒸气，然后经增压泵增压后均匀稳定的通过混合气分离器II的进气喷嘴以鼓泡的形式通入H2S吸收液，其中部分H2S气体被H2S吸收液吸收并反应生成H2S水合物，未被及时吸收的H2S气体由分离膜II拦截在分离腔内，并被H2S吸收液继续吸收；
步骤3：开启混合气分离器I内的搅拌装置，透过分离膜II的气体经由设置在混合气分离器II的出气口处的H2S浓度检测器检测H2S浓度，若浓度未达标，则经由H2S回气管送回混合气分离器II再次进行分离去除H2S，循环往复，直至浓度达到要求，浓度达标后，则进入压缩机，经压缩机压缩后再经由混合气分离器I的进气喷嘴以鼓泡的形式通入CO2吸收液，其中部分CO2气体被CO2吸收液吸收并反应生成CO2水合物，未被及时吸收的CO2气体由分离膜I拦截在分离腔内，并被CO2吸收液继续吸收；透过分离膜I的气体经由设置在混合气分离器I的出气口处的CO2浓度检测器检测，若浓度未达标，则经由CO2回气管送回混合气分离器I再次进行分离去除CO2，循环往复，直至浓度达到要求，浓度达标后，则经由脱水器脱水后送入CH4收集储罐内。
进一步的，所述的搅拌装置的转速为1000r/min，极大提高了CO2溶解速率，使其在3min内即可达到溶解饱和，在CO2溶解和成核过程中实施搅拌效果更加显著，不仅缩短水合物诱导时间，还能减少能耗，CO2诱导时间相比于CH4少的多，当CO2生成水合物后，CH4还在气相中，可以实现CH4与CO2的快速分离，减少了CH4的损耗。
进一步的，所述的分离塔I底部的微波加热装置，其微波功率为50KW，微波加热法水合物的分解远比水浴加热迅速，水合物分解速度增大，但微波能耗却远小于水浴加热，使得整个装置的能耗降低，微波法分解水合物既经济又有效。
进一步的，所述的经增压泵加压后，混合气的压力为1.5MPa-1.8MPa，提升进气压力可以有效的提高聚酰亚胺分离膜渗透气的浓度。
进一步的，膜材料选用聚酰亚胺膜。
进一步的，所述的压缩机额定功率为50KW，所述的通过压缩机加压后气体压力为2-3MPa。
进一步的，所述的气体预热器为板式预热器。
进一步的，分解塔I和/或分解塔II为板式精馏塔。
进一步的，为避免H2S及硫化物腐蚀管线，所述管线材料应选用铝合金或不锈钢。
进一步的，所述的通过气体预热器将气体的温度提高至38-40℃左右，确保残留气和渗透气的温度不低于露点温度，从而保证气体进入膜组件中没有液滴，避免液滴和油滴冷凝于膜表面影响薄膜分离系统的正常运行。
进一步的，所述的用于天然气中H2S的分离脱除装置还包括设于所述压缩机与H2S浓度检测器之间的H2S循环脱除装置，所述H2S浓度检测器检测H2S浓度是否达到要求，若脱除浓度达到要求，则气体经压缩机压缩后进入通过喷嘴进入混合气分离器I分离腔；若H2S浓度未达到要求，则气体还需进一步净化，经混合气分离器的上部出气口的气体经管线再次进入混合气分离器I，循环净化，直至达到浓度要求。
进一步的，所述的四丁基溴化铵(TBAB)水溶液和柴油-环戊烷(CP)混合乳液作为分离介质，在协同作用下，水在油水乳液中能形成微乳液，增大了气液接触的面积，气相中CO2含量降低明显，分离平衡后水合物/柴油浆液分散良好，没有出现水合物的聚集和堵塞现象，整个浆液体系表现出了良好的流动性。
在混合气分离器I内混合气中的CO2在0℃～7℃，2MPa-3MPa的压力下逐步形成设定量的CO2水合物，将混合气分离器I内生成的CO2水合物浆液注入分解塔I内，分解塔I底部安装微波加热装置，促进水合物分解，CO2水合物浆液从分解塔I的塔顶最上层逐步流到最下层经分解后产生水和CO2气体，CO2气体经分解塔I上部出气口由CO2收集储罐收集，生成的水和CO2吸收液经由混合气分离器I的补液口一起重新注入混合气分离器I，依次循环。
进一步的，需要说明的是，本发明中所述的“连接”可以是直接连接，也可以是间接连接，最终目的是通过连接可以实现连通。
本发明相对于现有天然气净化方法的优点体现在以下几个方面：
(1)本发明的工艺流程中的装置包含缓冲罐及喷嘴，缓冲罐具有稳流作用，而喷嘴的设置，可使原料气以鼓泡的形式进入混合气分离器，这样可进一步促进水合物的生成、缩短诱导时间，使整个过程能够持续循环进行。
(2)本发明所述的工艺流程更加灵活，针对的混合气体的种类更多，成本低，效果好。如当天然气中CO2含量多而H2S含量极少时，可直接进行CO2的脱除，关闭H2S脱除单元，降低成本，增加了可以实现多次循环的装置，使分离的气体更纯，根据管道上气体浓度检测器反馈的信息，看气体浓度是否达标。
(3)本发明取缔了以往多塔连续分离的装置，安装成本低，操作简易，占地面积小，耗能低，脱除效率提高，最终获得的甲烷气体纯度高，且达到99％以上。
(4)没有溶剂和化学品的消耗，可以为平台节省处理和储存的空间，同时减少这些溶剂和化学品物流及运输的成本。
(5)本发明中设置的搅拌装置，微波加热装置，增压装置，水合物促进剂，油水体系等均在一定程度上提高了分解效率，大大缩短了混合气分离的时间，提高了分离混合气的效率。
相比于常见的天然气脱硫脱碳方法，本发明提供的方法和装置更加经济可行，且能高效地脱除天然气中的酸性气体，使其达到管输及使用标准。
附图说明
图1是利用本发明方法及装置进行天然气脱硫脱碳的流程示意图。
图中附图标记如下：1-原料气分离器；2-缓冲罐；3-混合气分离器II；4-分解塔II；5-脱水器；6-分解塔I；7-混合气分离器I；8-增压泵；9-H2S收集储罐；10-微波加热装置；11-H2S浓度检测器；12-压缩机；13-CO2浓度检测器；14-搅拌装置；15-聚酰亚胺分离膜I；16-聚酰亚胺分离膜II；17-气体预热器；18-CO2收集储罐；19-CH4收集储罐。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述：
在实施过程中，为加快CO2水合物生成，提高水合速率，CO2吸收液为促进剂、四丁基溴化铵水溶液和柴油-环戊烷混合乳液的均匀混合液，所述促进剂为质量分数为0.05％的有十二烷基硫酸钠(SDS)和质量分数为0.05％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)共同发挥作用。TBAB水溶液/柴油-CP混合乳液(参考专利文献：Huand Liu,Jin Wang,et al.High-efficiency separation of a CO2/H2mixture via hydrate formation in W/Oemulsions in the presence of cyclopentane and TBAB.international journal ofhydrogen energy 39(2014)7910-7918)作为分离介质，在协同作用下，水在油水乳液中能形成微乳液，增大了气液接触的面积，气相中CO2含量降低明显，分离平衡后水合物/柴油浆液分散良好，没有出现水合物的聚集和堵塞现象，整个浆液体系表现出了良好的流动性。
如图1所示，集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置，包括：沿着原料气的气流方向通过管道依次连接设置的原料气分离器1、缓冲罐2、气体预热器17、H2S脱除单元、压缩机12、CO2脱除单元、脱水器5及甲烷收集储罐19。
H2S脱除单元包括：混合气分离器II3、增压泵8、设有微波加热装置10的分解塔II4、H2S浓度检测器11、H2S收集储罐9。混合气分离器II3内设有聚酰亚胺分离膜II15，聚酰亚胺分离膜II15将混合气分离器II3的内部分隔为上下两层，其中下层用于盛装H2S吸收液，H2S吸收液的液面与聚酰亚胺分离膜II15之间间隔距离(可通过设置液位监测器监测H2S吸收液的液面)，用于形成分离腔。混合气分离器II3的下部壁面也即在聚酰亚胺分离膜II15的下方错开设有进气喷嘴、H2S水合物浆液出口和补液口，其中进气喷嘴、H2S水合物浆液出口均位于H2S吸收液液面下，作为优选，H2S水合物浆液出口设置在混合气分离器II3的底部。混合气分离器II3的底部设有搅拌装置14，顶部设有出气口，混合气分离器II3的进气喷嘴通过设有增压泵8的管道与气体预热器17连接，混合气分离器II3的出气口与压缩机12连接。分解塔II4的上部设有H2S水合物浆液进口，顶部设有出气口，下部设有出水口，其中分解塔II4的H2S水合物浆液进口通过浆液管道与混合气分离器II3的H2S水合物浆液出口连接，分解塔II4的出水口与混合气分离器II3的补液口连接，分解塔II4的出气口连接H2S收集储罐9。混合气分离器II3的上部出气口连接H2S浓度检测器11，检测处理气的浓度是否达标。还包括H2S回气管，H2S回气管的一端与混合气分离器II3的出气口连接，另一端与位于聚酰亚胺分离膜II15下方的混合气分离器II3连接，最好位于H2S吸收液的液面下，若脱除浓度达到要求，则气体经压缩机12压缩后进入CO2脱除单元；若H2S浓度未达到要求，便将出气口处的气体经由H2S回气管送回混合气分离器II3再次进行分离去除H2S，循环净化，直至达到浓度要求。
CO2脱除单元包括混合气分离器I7、分解塔I6、CO2收集储罐I18及CO2浓度检测器13。混合气分离器I7的工作腔内设有聚酰亚胺分离膜I16，聚酰亚胺分离膜I16将混合气分离器I7的分离腔分隔成上下两层，其中下层用于盛装CO2吸收液，CO2吸收液的液面与聚酰亚胺分离膜I16之间隔距离并形成分离腔，气体在分离腔内经聚酰亚胺分离膜I16分离，混合气分离器I7位于下层的侧壁或底壁上错开设有进气喷嘴、CO2水合物浆液出口和补液口，混合气分离器I7的底部设有搅拌装置14，气体以鼓泡的方式经由CO2吸收液进入分离腔内。
微波加热装置10设置在分解塔I6内，分解塔I6的顶部设有出气口，上部设有CO2水合物浆液进口，底部设有出水口，其中分解塔I6的出气口与CO2收集储罐I18连接，分解塔I6的CO2水合物浆液进口与混合气分离器I7的CO2水合物浆液出口连接，分解塔I6的出水口与混合气分离器I7的补液口连接。混合气分离器I7的出气口处设有CO2浓度检测器13，用于检测气体中的CO2浓度是否达标。还包括CO2回气管，CO2回气管的一端与混合气分离器I7的出气口连接，另一端与位于聚酰亚胺分离膜I16下方的混合气分离器I7连接，最好位于CO2吸收液的液面下，若CO2浓度达到要求，则气体经脱水器5脱水后进入CH4收集储罐19；若CO2浓度未达到要求，则气体还需进一步净化，并经CO2回气管送回混合气分离器I7再次进行分离去除CO2，循环净化，直至达到浓度要求。
一种集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的方法，基于如上所述的集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置进行，具体包括如下步骤：
步骤1：经由补液口向混合气分离器II3中输入H2S吸收液，经由补液口向混合气分离器I7中输入CO2吸收液；CO2吸收液中包括促进剂和四丁基溴化铵(TBAB)水溶液/柴油-CP混合乳液。促进剂中含有质量分数为0.05％的十二烷基硫酸钠(SDS)和质量分数为0.05％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)；
步骤2：天然气经由原料气分离器1脱除固体杂质后进入缓冲罐2，经过缓冲罐2稳流作用和气体预热器17加热脱除水蒸气后，通过气体预热器17将气体的温度提高至38-40℃左右，确保被聚酰亚胺分离膜I16或聚酰亚胺分离膜II15截留的残留气和通过聚酰亚胺分离膜I16或聚酰亚胺分离膜II15的渗透气的温度不低于露点温度，从而保证气体进入聚酰亚胺分离膜I16或聚酰亚胺分离膜II15中没有液滴，避免液滴和油滴冷凝于膜表面影响膜分离系统的正常运行。预热器17加热后的天然气经增压泵8增压后均匀稳定的通过混合气分离器II3的进气喷嘴以鼓泡的形式通入H2S吸收液，其中部分H2S气体被H2S吸收液吸收并反应生成H2S水合物，未被及时吸收的H2S气体由聚酰亚胺分离膜II15拦截在分离腔内，并被H2S吸收液继续吸收。搅拌装置14用来缩短H2S水合物生成的诱导时间；
步骤3：透过聚酰亚胺分离膜II15的气体经由设置在混合气分离器II3的出气口处的H2S浓度检测器11检测浓度达标后则进入压缩机12，经压缩机12压缩后(使气体压力升高，提升气体的压力可以有效提高气体的渗透效率，还能使气体达到形成水合物的压力)，再经由混合气分离器I7的进气喷嘴以鼓泡的形式通入混合气分离器I7内的CO2吸收液，其中部分CO2气体被CO2吸收液吸收并反应生成CO2水合物，未被及时吸收的CO2气体由聚酰亚胺分离膜I16拦截在分离腔内，并被CO2吸收液继续吸收，搅拌装置14用来缩短CO2水合物生成的诱导时间。透过聚酰亚胺分离膜I16的气体经由设置在混合气分离器I7上方的出气口处的CO2浓度检测器13检测，若浓度未达标，则需进一步净化，并经由CO2回气管送回混合气分离器I7再次进行分离去除CO2，循环往复，直至浓度达到要求，若浓度达标，则经由脱水器脱水后送入CH4收集储罐内。
混合气分离器II3内混合气中的H2S在0℃～7℃，2MPa-3MPa的压力(混合气分离器II3设有夹套，夹套内通入循环冷却介质，用于调整内部气体温度，使达到水合物形成的温度)，待混合气分离器II3中生成设定量的H2S水合物浆液后，将混合气分离器II3生成的H2S水合物浆液注入分解塔II4，分解塔II4内H2S水合物浆液从塔顶最上层逐步流到最下层经分解后得到H2S气体和，分解塔II4底部安装微波加热装置10，加速水合物浆液的分解速率，H2S气体由分解塔II4的出气口流出并进入H2S收集储罐9，H2S吸收液则和补充水一起经由分解塔II4的出水口重新注入混合气分离器II3内，依次循环，完成天然气中硫化物的吸收处理。
H2S吸收液为有N-甲基二乙醇胺(MEDA)溶液与促进剂的均匀混合液，促进剂中含类型为质量分数为0.05％的有十二烷基硫酸钠(SDS)和质量分数为0.05％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)共同发挥作用。
在混合气分离器I7内混合气中的CO2在0℃～7℃，2MPa-3MPa的压力(混合气分离器I7设有夹套，夹套内通入循环冷却介质，用于调整内部气体温度，使达到水合物形成的温度)下逐步形成设定量的CO2水合物，将混合气分离器I7内生成的CO2水合物浆液注入分解塔I6内，分解塔I6底部安装微波加热装置10，促进CO2水合物分解，CO2水合物浆液从分解塔I6的塔顶最上层逐步流到最下层经分解后产生CO2吸收液和CO2气体，CO2气体经分解塔I6上部出气口由CO2收集储罐18收集，生成的水和CO2吸收液经由混合气分离器I7的补液口一起重新注入混合气分离器I7，依次循环。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
Claims (8)
1.一种集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置，其特征在于：包括沿着原料气的气流方向通过管道依次连接设置的原料气分离器、缓冲罐、气体预热器、H2S脱除单元、压缩机、CO2脱除单元、脱水器及甲烷收集储罐；
H2S脱除单元包括：混合气分离器II、增压泵及H2S浓度检测器；混合气分离器II内设有分离膜II，分离膜II将混合气分离器II的内部分隔为上下两层，其中下层用于盛装H2S吸收液，H2S吸收液的液面与分离膜II之间间隔距离，用于形成分离腔；位于下层的混合气分离器II上错开设有进气喷嘴、H2S水合物浆液出口和补液口，其中进气喷嘴位于H2S吸收液的液面下；位于下层的混合气分离器II的底部设有搅拌装置，位于上层的混合气分离器II的顶部设有出气口，混合气分离器II的进气喷嘴通过设有增压泵的管道与气体预热器连接，混合气分离器II的出气口与压缩机连接；H2S浓度检测器设置在混合气分离器II3的上部出气口处，用于检测出气口处排出气体中的H2S浓度是否达标；还包括H2S回气管，H2S回气管的一端与混合气分离器II的出气口连接，另一端与位于分离膜II下方的混合气分离器II连接；
CO2脱除单元包括混合气分离器I及CO2浓度检测器；混合气分离器I的工作腔内设有分离膜I，分离膜I将混合气分离器I的分离腔分隔成上下两层，其中下层用于盛装CO2吸收液，CO2吸收液的液面与分离膜I之间隔距离并形成分离腔I，气体在分离腔I内经分离膜I分离，位于下层的混合气分离器I的侧壁或底壁上错开设有进气喷嘴、CO2水合物浆液出口和补液口，混合气分离器I的底部设有搅拌装置，位于上层的混合气分离器I的顶部设有出气口，混合气分离器I的出气口与脱水器连接；还包括CO2回气管，CO2回气管的一端与混合气分离器I的出气口连接，另一端与混合气分离器I的下层连接。
2.根据权利要求1所述的集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置，其特征在于：CO2脱除单元还包括分解塔I和CO2收集储罐I，分解塔I内设置有微波加热装置，分解塔I的顶部设有出气口，上部设有CO2水合物浆液进口，底部设有出水口，其中分解塔I的出气口与CO2收集储罐I连接，CO2水合物浆液进口与CO2水合物浆液出口连接，分解塔I的出水口与混合气分离器I的补液口连接。
3.根据权利要求1所述的集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置，其特征在于：所述H2S脱除单元还包括设有微波加热装置的分解塔II、及H2S收集储罐；分解塔II的上部设有H2S水合物浆液进口，顶部设有出气口，下部设有出水口，其中H2S水合物浆液进口与H2S水合物浆液出口连接，分解塔II的出水口与混合气分离器II的补液口连接，分解塔II的出气口连接H2S收集储罐。
4.根据权利要求1所述的集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置，其特征在于：所述气体预热器为板式预热器。
5.根据权利要求2所述的集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置，其特征在于：分解塔I为板式精馏塔。
6.根据权利要求3所述的集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置，其特征在于：分解塔II为板式精馏塔。
7.一种集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的方法，其特征在于：基于如权利要求1至6中任一项所述的集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的装置进行，具体包括如下步骤：
步骤1：经由混合气分离器II的补液口向混合气分离器II中输入H2S吸收液，经由混合气分离器I的补液口向混合气分离器I中输入CO2吸收液；CO2吸收液为促进剂、四丁基溴化铵水溶液和柴油-环戊烷混合乳液的均匀混合液；促进剂中含有十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠；H2S吸收液为N-甲基二乙醇胺溶液与促进剂的均匀混合液，促进剂中含类型为质量分数为0.05％的有十二烷基硫酸钠和质量分数为0.05％十二烷基苯磺酸钠。
步骤2：开启混合气分离器II内的搅拌装置，天然气经由原料气分离器1脱除固体杂质后进入缓冲罐，经过缓冲罐稳流后进入气体预热器，通过气体预热器将气体的温度提高至38-40℃并脱除水蒸气，然后经增压泵增压后均匀稳定的通过混合气分离器II的进气喷嘴以鼓泡的形式通入H2S吸收液，其中部分H2S气体被H2S吸收液吸收并反应生成H2S水合物，未被及时吸收的H2S气体由分离膜II拦截在分离腔内，并被H2S吸收液继续吸收；
步骤3：开启混合气分离器I内的搅拌装置，透过分离膜II的气体经由设置在混合气分离器II的出气口处的H2S浓度检测器检测H2S浓度，若浓度未达标，则经由H2S回气管送回混合气分离器II再次进行分离去除H2S，循环往复，直至浓度达到要求，浓度达标后，则进入压缩机，经压缩机压缩后再经由混合气分离器I的进气喷嘴以鼓泡的形式通入CO2吸收液，其中部分CO2气体被CO2吸收液吸收并反应生成CO2水合物，未被及时吸收的CO2气体由分离膜I拦截在分离腔内，并被CO2吸收液继续吸收；透过分离膜I的气体经由设置在混合气分离器I的出气口处的CO2浓度检测器检测，若浓度未达标，则经由CO2回气管送回混合气分离器I再次进行分离去除CO2，循环往复，直至浓度达到要求，浓度达标后，则经由脱水器脱水后送入CH4收集储罐内。
8.根据权利要求7所述的集水合物法与膜分离法于一体联合脱除天然气中酸气的方法，其特征在于：促进剂中十二烷基硫酸钠的质量分数为0.05％，十二烷基苯磺酸钠的质量分数为0.05％。
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