CN101797465A - 降压零排放的节能型气体脱水装置 - Google Patents

降压零排放的节能型气体脱水装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种降压零排放的节能型气体脱水装置，它适应于中、高压(＞2.0MPa)双塔或多塔分子筛脱水工艺。它包括过滤器(1)、两个或多个干燥/吸咐塔(2A、2B)、空冷器(3)、气水分离器(4)、循环风机(5)、电加热器(6)、气/气换热器(8)、变频器(12)。本发明的特点是在循环风机的出气口处分支出一个再生排放支路，并将该再生排放支路并入吸咐进气管。这样，可以在再生时将再生回路排出的干气体抽出而排入吸咐回路，使得再生塔降压，降压后，再通过阀门的切换，恢复再生回路。这样，既实现了降压再生，又实现了零排放，减少了再生时间，从而降低了能耗，延长了分子筛的使用寿命。

Description

降压零排放的节能型气体脱水装置
技术领域
本发明涉及一种从混合气体(天然气、煤层气、石油伴生气，焦炉气，煤制气，碳基合成中CO气，石油化工中H2气，食品级CO2等)中脱除水的气体脱水装置，特别涉及一种降压零排放的节能型气体脱水装置。它适用于中、高压(＞2.0Mpa)双塔或多塔分子筛吸咐脱水工艺。
背景技术
目前，混合气体(如：天然气)的脱水处理工业上常采用一种等压零排放的双塔流程工艺。工作时，一塔吸咐，另一塔再生，当吸咐饱和后，吸咐塔立即转为再生，而再生塔立即转为吸咐，使脱水过程连续进行。其中吸咐工艺采用是分子筛吸咐流程，再生工艺采用的是热再生工艺流程，它用热蒸发的方法使吸满水分的分子筛得到解吸。参见图2，其吸咐流程是：混合气体经过过滤器100的过滤，从进气管900经阀门10A从吸咐塔200A的塔顶进入塔中，再经过塔中的分子筛从塔釜排出，混合气体在通过分子筛时，其中的水分被吸附，即可满足脱水要求，从塔釜排出的气体经阀门30A、出气管1100和过滤器700出装置。再生工艺流程是：干燥塔200B使用外界送来的已脱水的混合气体(或气水分离器400出来干气体)经电加热器600的加热升温，经阀门40B从干燥塔200B的塔釜进入塔中，使塔中分子筛吸附的水份蒸发而带出，蒸发出的湿热气从塔顶排出，经阀门20B进入气/气换热器800，与气水分离器400出来的冷干气换冷降温，然后进入空冷器300继续冷却，使气体中的水份被冷凝成雾滴，再经过气水分离器400的气水分离，将冷凝水分离而排放，不凝气经循环风机500的加压，进入气/气换热器800，与干燥塔200B塔顶出来的湿热气体换热升温后，进入电加热器600，经过电加热器600的加热，使气体温度达到分子筛解吸的温度要求后，经阀门40B进入干燥塔200B，形成循环，不断循环，分子筛中的水分被解吸。
上述工艺流程是一种等压零排放工艺流程，即吸咐和解吸的压力相同，而且无废气排放。这种等压零排放工艺只适用于常规压力(20kPa)工况，但对于中、高压的吸咐压力(大于2.0MPa)来说，如果仍采用等压解吸，就会使解吸温度升高很多(因为压力越高，水的沸点温度越高)，这不仅会增加能耗，还会减少分子筛的使用寿命，而且也会使解吸时间过长，如果解吸时间过长的话，还需要增加吸咐或干燥塔来平衡吸咐和解吸时间，从而引起投资增加。因此，怎样在零排放的同时又能降压再生是目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种适用于中、高压吸附工况的降压零排放的节能型气体脱水装置，从而达到节省能源和延长分子筛使用寿命的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
它至少由两个或多个干燥/吸咐塔、空冷器、气水分离器、循环风机、电加热器、气/气换热器组成，所述各干燥/吸附塔的塔顶引出管均分为两路，一路通过一个阀门并入进料气管，另一路也通过一个阀门并入塔顶总引出管，所述的塔顶总引出管与气/气换热器的热气进气管相接，气/气换热器的热气出气管与空冷器的进气管相接，所述空冷器的出气管与气水分离器的进气管相接，所述气水分离器的出气管与循环风机的进气管相接；所述各干燥/吸附塔的塔釜引出管也均分为两路，一路通过一个阀门并入出料气管，另一路也通过一个阀门并入电加热器的出气管，加热器的进气管与气/气换热器的冷气出气管相接，其改进结构是：所述循环风机的出气管分为两路，一路通过一个阀门与气/气换热器的冷气进气管相接，另一路也通过一个阀门并入进料气管。
本发明进一步改进的技术方案如下：
所述的循环风机上装有变频器。
通过上述技术方案可以看出，本发明在循环风机的出气口处分支出一个再生排放支路，并将该再生排放支路并入吸附进气管。这样，可以在再生时将再生回路排出的干气体加压抽出而排到吸附回路，使得再生塔降压，降压后，再通过阀门的切换，恢复再生回路。这样，既实现了降压再生，又实现了零排放，从而降低了能耗，也避免了因再生温度过高而使分子筛寿命缩短，延长了分子筛的使用寿命。本发明进一步实现上面操作的方案是在循环风机上加设变频器，在再生开始时通过变频控制使循环风机加速将再生回路中的气体抽出，实现降压，而在再生回路降压后，再控制循环风机减速运行，进入正常再生循环，从而减少再生时间。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是等压零排放双塔分子筛气体脱水装置的结构示意图。
具体实施方式
下面仍双塔流程为例说明本装置的结构和工作原理。
参见图1，它包括两个干燥/吸咐塔2A、2B、空冷器3、气水分离器4、循环风机5、电加热器6和气/气换热器8，两个干燥/吸附塔2A、2B的塔顶引出管分为两路，塔2A的第一路通过阀门1A并入进料气管9，塔2B的第一路也通过阀门1B并入进料气管9，塔2A的第二路通过阀门2A并入塔顶总引出管10，塔2B的第二路通过阀门2B并入总引出管10，所述的塔顶总引出管10与气/气换热器8的热气进气管相接，气/气换热器的热气出气管与空冷器3的进气管相接，所述空冷器的出气管与气水分离器4的进气管相接，所述气水分离器4的出气管与循环风机5的进气管相接，所述循环风机5的出气管分为两路，一路通过阀门7A与气/气换热器8的冷气进气管相接，另一路通过阀门7B并入进料气管9；两个干燥/吸附塔2A、2B的塔釜引出管也分为两路，塔2A的第一路通过阀门3A并入出料气管11，塔2B的第一路通过阀门3B并入出料气管11，塔2A的第二路通过阀门4A并入电加热器6的出气管，塔2B的第二路通过阀门4B并入电加热器6的出气管，加热器6的进气管与气/气换热器8的冷气出气管相接。
所述的循环风机5上装有变频器12，通过控制该变频器的频率变化改变循环风机5的转速，使其在再生开始时快速转动，快速排出气体，使再生塔快速降压，在恢复正常再生时，再减速，使循环风机输出正常循环推力，进一步节能。
本装置的工作流程如下：
假设装置处在塔2A吸附、塔2B再生的状态，则开启塔顶阀门1A、2B，关闭塔顶阀门1B、2A；开启塔釜阀门3A、4B、关闭塔釜阀门4A、3B；
在吸咐过程中，混合气体通过过滤器1过滤，将其中的雾滴过滤下来，然后通过阀门1A进入塔2A，气体穿过塔中的分子筛，使气体中的水分被分子筛吸附，然后从塔釜出来，通过阀门3A和过滤器13出装置，完成吸咐过程。
在再生开始时，阀门7B打开，阀门7A关闭，这时，塔2B塔顶出来的湿热气通过阀门2B、气/气换热器8、空冷器3、气水分离器4后变成冷干气，然后由循环风机5变频加压、通过阀门7B加速排入进料气管9，该排入的气体与进料气管中的进料气体一起经过吸咐塔2A后排出装置，不断循环排出，使干燥塔2B中的压力下降，当压力下降至分子筛解吸所适合的压力(并参考能耗要求)时，即将阀门7B关闭，而将阀门7A打开，同时，循环风机5变频减速，以能推动气体循环的速度均速运行，这时，塔2B塔顶排出的湿热气通过阀门2B进入换热器8，与循环风机出来的冷干气换冷，这相当于在空冷之前进行一次预冷，然后进入空冷器3冷却，冷却后，湿热气中的水份被冷凝成雾滴，再经过气水分离器4的分离，气体中冷凝的雾滴被分离排放，不凝的冷干气经循环风机5的加压，再经阀门7A进入换热器8，与塔2B塔顶出来的湿热气换热，这相当于在电加热之前进行一次预热，然后再进入电加压器6加热，加热到分子筛的解吸温度后经阀门4B从塔2B的塔釜进入塔中，热干气穿过塔中的分子筛，将分子筛中水蒸发，从塔顶排出湿热气，形成循环。当分子筛中的水被解吸到工艺要求的值时，通过阀门的切换，使塔2B转为吸咐，塔2A转为再生，如此循环，使脱水工艺流程连续进行。
如果气体的处理量较大，可以参照双塔结构延伸为四塔、六塔、八塔等多塔结构，即部分数量的塔设为吸附，部分数量的塔设为再生。如果吸咐时间长，再生时间短，至少将一个塔设为再生，而其余均设为吸附，并使再生过程在多塔之间依次轮换进行，同样可实现上述连续脱水的功能。
本发明处理的混合气体包括天然气、煤层气、石油伴生气，焦炉气，煤制气，碳基合成中CO气，石油化工中H2气，食品级CO2等。其中煤制气如果是中热值城市煤气，则其中含有甲醇，因为为了提高中热值城市煤气的热值常常需要在制气过程中串有合成甲醇工序，因此，煤气送往用户前要将气体中水，甲醇脱除。本发明对中热值煤气脱水的同时，也可将甲醇脱除。

Claims (2)

1.一种降压零排放的节能型气体脱水装置，它至少由两个或多个干燥/吸咐塔(2A、2B)、空冷器(3)、气水分离器(4)、循环风机(5)、电加热器(6)、气/气换热器(8)组成，所述各干燥/吸附塔的塔顶引出管均分为两路，一路通过一个阀门(1A或1B)并入进料气管(9)，另一路也通过一个阀门(2A或2B)并入塔顶总引出管(10)，所述的塔顶总引出管(10)与气/气换热器(8)的热气进气管相接，气/气换热器的热气出气管与空冷器(3)的进气管相接，所述空冷器的出气管与气水分离器(4)的进气管相接，所述气水分离器(4)的出气管与循环风机(5)的进气管相接；所述各干燥/吸附塔的塔釜引出管也均分为两路，一路通过一个阀门(3A或3B)并入出料气管(11)，另一路也通过一个阀门(4A或4B)并入电加热器(6)的出气管，加热器(6)的进气管与气/气换热器的冷气出气管相接，其特征是：所述循环风机(5)的出气管分为两路，一路通过一个阀门(7A)与气/气换热器(8)的冷气进气管(9)相接，另一路也通过一个阀门(7B)并入进料气管(9)。
2.根据权利要求1所述的降压零排放的节能型气体脱水装置，其特征是：所述的循环风机(5)上装有变频器(12)。
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