CN107774095B - 一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，包含轻烃水气浓缩工序和变温吸附精脱工序；轻烃水气浓缩工序吸附压力为0.5~7.0MPa，操作温度为50~150℃，常压与抽空解吸，未被吸附的天然气甲烷等从吸附塔顶部排出作为脱除大部分水与轻烃的中间气体，再进入变温吸附精脱工序，从塔顶逸出水和烃露点降低于最小环境温度30~50℃的天然气产品，一部分被作为再生气体对变温吸附精脱工序进行再生，随后，或再生气体与原料气混合返回到轻烃水气浓缩工序进一步回收天然气，或作为轻烃水气浓缩工序的冲洗气与其解吸气一起经加压后加工处理回收C2+或送出界区加工处理。甲烷收率90~95%及以上，C2+的收率大于90%以上。

Description

一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法

技术领域

本发明涉及天然气脱水脱烃的净化领域，更具体的说是涉及一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法。

背景技术

天然气是一种优质、经济、清洁的能源和化工原料，其主要以甲烷为主，还有乙烷、丙烷、丁烷等烷烃类组分，以及少量的氮气、二氧化碳、水蒸气等非烃类气体组分。天然气须经过处理或净化才能输送或使用，其中，天然气脱水与脱烃是天然气净化最重要的两个过程，即控制露点和/或回收烷烃类。

天然气脱水与脱烃是天然气净化中两个非常重要的独立单元。一般天然气脱水在前，脱烃或回收烃类在后。天然气脱水方法有吸收法、吸附法、低温法（温降法）、膜分离法、气体汽提法和蒸馏法等，其中，最普遍的是吸收法、低温法与吸附法。天然气脱水的主要目的是降低水露点（露点降）。天然气脱烃的主要方法有，吸附法、吸收法，其中，对于天然气回收烃类组分，也称为天然气凝液回收，其主要方法，除了吸附法与吸收法外，较为普遍的方法是冷凝分离法，即低温法。对于天然气净化而言，脱烃的目的主要是降低烃露点（露点降），避免输送或使用过程中产生气液分离、堵塞等不利影响。

低温法，也叫冷凝分离法，是将天然气冷却至烃露点以下某一低温，得到一部分富含较重烃类的液烃（即天然气凝液或凝析油），并在此低温下使其与气体分离，为防止天然气在冷却过程中由于析出冷凝水而形成水合物，在冷却前可加入水合物抑制剂，使得天然气在冷却过程中析出冷凝水和抑制剂水溶液混合后随液烃一起在低温分离器中脱除（脱油脱水），进而同时达到控制天然气的水、烃露点。其中，按照制冷方式，有膨胀制冷法（包括节流制冷与透平膨胀机制冷）、冷剂制冷和联合制冷三种方法。低温法比较成熟，简单，适合气田井口、集气站或处理厂为控制水、烃露点所常用。缺点包括，第一，脱水脱烃深度不够，由于低温分离器温度不够低（仅为-20~-10℃），原料气，尤其是高压凝析气中，含有相当数量的乙烷、丙烷或丁烷等组分，则在此条件下，大部分附加值较高的乙烷、丙烷等未予以回收而直接去了下游用户，降低了天然气处理厂的经济效益，同时，产出的天然气等级也多为二类，水、烃露点小于最低环境温度5℃；第二，能耗相对较高，低温法仍然需要一定的冷量，包括节流或膨胀机制冷。若采用冷剂制冷，需要消耗较多的制冷剂。同时，需要增加压力。若原料气是高压凝析气，井口就有多余的压力可以利用，但无法在此低温条件下回收原料中含量较高的乙烷丙烷等组分，烃露点降低幅度不大。近年来，超音速分离器替代低温分离器成为一种趋势，但也仅适合原料气中含有较多的重烃组分工况，比如天然气凝液（NGL）、天然气油（NGO）及稳定轻烃等的脱水及回收烃，无法达到天然气深度脱水脱烃要求；第三，在脱烃中出现反凝析现象。

吸收法脱水是利用亲水性溶剂与天然气进行逆流接触，使得天然气中的水蒸气被溶解，从而实现脱水的目的。常用的亲水性吸收剂包括甘醇（乙二醇多聚物）、氯化钙等，其中，甘醇法中的三甘醇（TEG）最为普遍，包括DRIZO法（共沸法）、CLEANOL+法、COLDFINGER法，以及汽提法、负压法、PROGLY法、ECOTEG法等。吸收法运行成熟可靠、流程简单、成本低，且脱水降露点深度较高，但因会发生共吸收现象而导致吸收剂循环量及损失量增大，因而不适合酸性组分、重烃组分、液体或固体杂质较多的天然气脱水，也不能同时脱烃，尤其是吸收剂TEG会溶解天然气中的硫化氢（H2S），对设备、管道等产生腐蚀。此外，为了提高贫甘醇浓度，以便提高吸收效率，须增加较多的设备，投资相应增大，流程也变得比较复杂。

吸附法是专指变温吸附（TSA），采用TSA进行天然气的深度脱水与脱烃，也是比较成熟，方便。TSA法是采用某种或某些吸附剂，利用低温有利于吸附，高温有利于解吸的原理，将天然气中的强吸附质水和重烃组分分别吸附下来，实现深度脱水与脱烃，通过150~250℃的热载体对吸附剂进行再生。但是，第一，脱水采用的吸附剂分子筛既能吸附水，也能吸附重烃，由于脱水中的分子筛吸附容量很大，再生所需的热负荷更大，而脱烃无需更大的热负荷，因而，必须将脱水与脱烃分开，先脱水，再脱烃，两个吸附与解吸循环操作的温度与压力不经相同，导致投资增加，流程复杂；第二，对于高压且含较多乙烷、丙烷等轻烃类组分的天然气原料，同时脱水脱烃不经济，原料气自带的高压能量没有得到利用，乙烷、丙烷等轻烃组分的TSA净化效率较低，且无法有效地回收；第三，由于变温周期频繁，导致吸附剂所承受的温度应力加大，极大地影响了吸附剂使用寿命；第四，吸附与再生之间的矛盾非常突出，吸附越容易，解吸越困难，同时，再生加热需要时间，难于与吸附形成循环操作。因此，要达到深度脱水脱烃的目标，必须是深度吸附，然而解吸就相当困难，反过来会造成吸附剂再生不完全，吸附剂容易被穿透，影响脱水脱烃质量；第五，TSA再生需要较大的热负荷，能耗增加，尤其对于大流量的天然气处理，热负荷过大，并且需要选择好热载体，既要与天然气之间不会发生化学或物理反应，也要使得后续的热载体能够与水及烃类组分容易分离而使得热载体循环使用，或，热载体（再生气体）也可以采用一部分原料气或产品气，但会影响产品气收率；第六，天然气脱烃，尤其是脱乙烷、丙烷等轻烃，由于甲烷与乙烷、乙烷与丙烷之间的相对吸附分离系数比较小，采用传统的TSA及变压吸附（PSA）等吸附方法比较困难；第七，天然气脱烃之前，必须进行深度的脱水，否则，水进入脱烃循环过程中，极易被吸附，进而影响甲烷与乙烷、丙烷等轻烃组分的分离。

其他脱水脱烃或回收烃类的方法有，三甘醇溶剂吸收法脱水与TSA法脱烃耦合，TSA脱水干燥与膜分离回收轻烃的耦合，TSA脱水干燥与冷油吸收回收轻烃耦合等，有的可以达到深度脱水脱烃，甚至轻烃回收率很高，但每一种方法会因原料气工况及净化要求不同而有所不同，脱水和脱烃仍然需要分别设置，投资成本高，流程复杂。

本发明是针对上述现有的天然气脱水脱烃净化技术问题，提出了解决方案。

发明内容

本发明提供一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，全温程变压吸附（英文全称：Full Temperature Range-Pressure Swing Adsorption，简称：FTrPSA） 是一种以变压吸附为基础并与各种分离技术相耦合的方法，利用不同物料组分本身在不同压力与温度下的吸附分离系数及物理化学性质的差异性，采取中高温的变压吸附（PSA）吸附与解吸易于匹配和平衡的循环操作来分离和提纯各种气体（含天然气净化）的方法；其中，在传统PSA循环操作中，通常吸附在常温进行，且温度越低、压力越高，越有利于吸附。但是，吸附越容易，一般解吸就越困难，并且，在分离或净化体系中强吸附质含量较低的工况下，传统PSA循环中也因瞬间吸附或共吸附，导致解吸更加困难或再生不完全，比如，天然气中的C2+轻烃，虽然在常温或者低温下能够很好地吸附但难以解吸，甚至会破坏床层；而FTrPSA过程中，本发明人首次提出了天然气在中高温范围内进行PSA及与其他各种分离技术耦合，彻底解决了天然气在常温及低温下水与C2+轻烃组分在PSA循环操作中易吸附而解吸困难的技术瓶颈或效率低下等问题，比如，利用天然气中低沸点组分（甲烷与少量氢气、氮气）与高沸点组分（水与C2+）在60~150℃温度和0.5~6.0MPa压力下在不同吸附剂上的吸附与解吸机理的不同，采用不同的工艺设计，包括多塔吸附与多塔再生的并串联组合方式、不同吸附剂组成的复合床层，且并与其他分离方法（变温吸附、冷凝等）进行耦合来减少PSA循环过程中解吸再生的负荷或难度并使之与吸附步骤容易匹配，克服了吸附容易解吸困难的矛盾，实现节能减耗、延长吸附床层寿命等效果；本发明所采用FTrPSA方法，正是利用作为原料气的天然气自身一般带温带压下各种组分不同的物理特性，比如在不同吸附剂上的吸附与解吸机理的不同，先采用中高温PSA步骤为主的水和C2+浓缩工序，将原料气分为由甲烷和氮气等组分组成的中间气和富烃气与水气（简称“富轻烃水气”），使在中高温下使得容易被吸附的大部分水及C2+得到吸附，而甲烷在中高温下基本不吸附从而容易地实现大部分水、C2+组分与甲烷、少量氮气及氢气等所组成的中间气体分离。而被吸附的大部分水及C2+组分在中高温下通过PSA循环过程特殊的均压逆放等步骤所组成的常压或抽空解吸，使得水、C2+组分的吸附与解吸过程容易匹配和平衡，水及C2+浓缩后得到“富轻烃水气”再进行回收利用，既减少后续步骤的负荷及能耗，又与后续其他分离工艺容易匹配结合，诸如加压冷却、油吸收、油解吸及变温吸附（TSA），同时实现从天然气中脱水脱烃或回收C2+，解决了从目前天然气脱水脱烃净化中现有工艺存在的需要分别处理、流程长而能耗高、对原料气有效组分及温度压力范围限制多、产品回收率及纯度低、投资大、运行不稳定等问题，尤其是在传统的PSA方法中，由于重烃组分不能得到很好的解吸，长期的累积造成塔内吸附剂失活，所以吸附剂寿命短；而传统的TSA法因为温度周期性地交变也导致吸附剂使用寿命短。同样，对于回收C2+工况，在油吸收中所用的吸收液也因处理负荷大而消耗增加，低温冷凝分离法处理成本及能耗也比较高。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，包括如下步骤：

（1）轻烃水气浓缩工序：温度为50~150℃、压力为0.5~7.0MPa的天然气，经过预处理脱除酸性组分后，直接经进气管道进入轻烃水气浓缩工序，采用多塔串联或并联工艺，在操作温度为50~150℃、操作压力为0.5~7.0MPa的条件下进行吸附，多台吸附塔交替循环操作，保证原料气连续进入，1个或多个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔为再生状态，在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是由甲烷和少量氮气、氢气等组成的中间气体，进入下一个工序，变温吸附精脱工序；天然气中的大部分水与碳二及以上烷烃（C2+）组分被吸附，经解吸后得到富轻烃与水的解吸气，简称“富轻烃水气”，加压进一步处理回收或送出界区处理。

（2）变温吸附精脱工序：来自轻烃水气浓缩工序的中间气体，经过降温或

维持至50~60℃，压力为0.5~7.0MPa，进入由2个吸附塔组成的***进行变温吸附（TSA）***，保证中间气体连续进入，1个吸附塔处于吸附状态，另一个吸附塔为再生状态，在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是深度脱水脱烃的天然气，其水和烃露点满足低于最低环境温度30~50℃，大部分作为天然气产品输出，一部分经过热交换至120~150℃，作为再生气体，进入吸附完毕的吸附塔进行再生，再生气体与天然气原料气混合返回到轻烃水气浓缩工序进一步脱水脱烃回收天然气。

更进一步的，所述的天然气经过预处理脱除酸性组分，包括醇胺法、低温甲醇洗（Rectisol）、多乙二醇二甲醚洗（Selexol）法、砜胺法（Sulinol）法、直接氧化法、吸附法、膜分离法，以及其他常规的脱除酸性组分的方法。

更进一步的，所述轻烃水气浓缩工序中的多台吸附塔交替循环操作，属于变压吸附（PSA）***，由N个吸附塔组成，N为大于1的自然数；其中1～N-1个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔处于再生状态。

更进一步的，所述PSA吸附塔内装填料是活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。

更进一步的，所述轻烃水气浓缩工序中的轻烃水气，加压进一步处理，包括低温冷却冷凝，或冷凝与冷油吸收，分离出冷凝水，回收C2+组分，不凝气体经热交换后与天然气原料混合进入轻烃水气浓缩工序，进一步对天然气进行脱水脱烃，回收天然气。或不凝气体经过热交换后作为变温吸附精脱工序的再生气体，对变温吸附塔进行再生。

更进一步的，所述变温吸附精脱工序中的中间气体，进入由2N+1个吸附塔组成的***进行变温吸附，其中，N个吸附塔吸附，N个吸附塔再生，1个吸附塔为备塔，N为大于1的自然数。

更进一步的，所述TSA塔内装填料是活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。

更进一步的，所述轻烃水气浓缩工序中的中间气体与所述变温吸附精脱工序中的一部分作为再生气体的天然气产品进行热交换。

更进一步的，所述轻烃水气浓缩工序中的中间气体，其水和烃露点满足低于最低环境温度5℃，可以直接作为露点降不大的天然气产品使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明首次将传统独立的天然气脱水与脱烃单元耦合在一个***里，实现同时脱水脱烃，不但能达到合格的露点降要求，而且还可以回收大部分经济价值较高的轻烃组分，比如乙烷、丙烷、丁烷等；

（2）本发明解决了传统的天然气脱水脱烃方法中存在的流程长、能耗高、脱水脱烃深度不够，以及烃类难以回收等问题；

（3）对于高压且含较多乙烷、丙烷等轻烃类组分的天然气原料，传统方法同时脱水脱烃不经济，原料气自带的高压能量没有得到利用，乙烷、丙烷等轻烃组分的TSA净化效率较低，且无法有效地回收，本发明能有效地加以解决；

（4）本发明适用于各种天然气来源，且适合于预处理不同工艺的选择，适应原料气不同工况及波动，提高了天然气净化整个过程的稳定性与安全性；

（5）本发明解决了因变温周期频繁所导致TSA吸附剂所承受的温度应力加大进而引起吸附剂使用寿命缩短的问题；同时，也解决了因天然气净化过程中传统PSA因吸附质分压低而无法有效应用的问题；

（6）本发明有效地解决了传统的天然气TSA净化脱水脱烃过程中的吸附与再生之间突出的矛盾——吸附越容易，解吸越困难，且再生加热需要时间，难于与吸附形成循环操作；而本发明使得PSA与TSA耦合，在充分达到深度脱水脱烃的目标前提下实现了相对深度吸附，同时又使得解吸变得相对容易，吸附剂再生完全，防止吸附剂被穿透而影响脱水脱烃质量；

（7）传统TSA再生需要较大的热负荷，能耗增加，尤其对于大流量的天然气处理，热负荷过大，限制了其使用。本发明先采用了轻烃水气PSA浓缩工序使得天然气中绝大部分水分及C2+组分被浓缩，而经初浓缩脱水脱烃的天然气可以达到初步露点降（小于最低环境温度5℃）的质量要求，可以直接使用。若需进一步深度脱水，再进入TSA精脱工序，天然气脱水脱烃的深度可以达到露点降小于最低环境温度的30~50℃，此时的TSA再生负荷较小，且本发明拿出一部分天然气产品作为热载体的再生气，经过再生后的再生气再返回到轻烃水气浓缩工序，进一步回收天然气产品，收率较高；

（8）针对天然气中各组分之间的相对分离吸附分离系数较小，比如甲烷与乙烷、乙烷与丙烷之间，采用传统的TSA及PSA等吸附方法比较困难。本发明充分利用了原料气自身具有的能量与物性，选择性地将吸附与解吸平衡及循环操作达到有机统一。

本发明轻烃水气浓缩工序的再生采用常压或抽真空的方式在中温下解吸，无需热源和再生气，相较于传统的TSA需要高温蒸汽或者热再生气来作为热源，本发明节约了大量的热能和再生气，同时，对TSA精脱工序的再生气，与轻烃水气浓缩工序产生的中间气体进行热交换后，返回到原料气中，进一步实现节能降耗的目的。

附图说明

图1为本发明流程示意图及实施例1的流程示意图；

图2为实施例2的流程示意图；

图3为实施例3的流程示意图；

图4为实施例6的流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

如图1所示，一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，该方法的步骤如下：

（1）轻烃水气浓缩工序：温度为50~80℃、压力为5.0~7.0MPa的天然气，

经过预处理脱除酸性组分后，其组分为，甲烷92.18%（体积比，以下类同）、乙烷3.33%、丙烷1.48%、丁烷0.79%、戊烷0.25%、C₆ ⁺0.05%，水露点5~20℃，总硫≤30mg/m³，CO₂≤10ppmv，氮气0.73%，直接经进气管道进入轻烃水气浓缩工序，采用10塔串并联的变压吸附（PSA）工艺，在操作温度为50~80℃、操作压力为5.0~7.0MPa的条件下进行吸附，3塔吸附、7塔再生，循环操作，保证原料气连续进入，处理规模大于5~10万方/小时天然气。在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是由甲烷和少量氮气组成的中间气体，进入下一个工序，变温吸附精脱工序；天然气中的大部分水与碳二及以上烷烃（C₂ ⁺）组分被吸附，经解吸后得到富轻烃与水的解吸气，简称“富轻烃水气”，加压进一步处理回收。

在在本工序中，经过脱除酸性组分的带温带压的天然气原料，无需使用降温加压，直接进入本工序，节省能耗及设备投资。在PSA吸附塔内，装填有活性氧化铝、硅胶、活性炭及分子筛吸附剂，水和C2+烃类组分是吸附质被吸附，甲烷及少量氮气为非吸附相作为中间气体透过床层由塔顶排出，本工序将水和C2+作为控制组分，将流出的中间气体露点控制在低于最低环境温度5℃范围。本工序温度采用在50~80℃的中温范围内，吸附压力为5.0~7.0MPa，天然气原料无需冷却或加压直接进入，这样不仅降低了能耗，而且可保证吸附相解吸彻底，提高吸附剂使用寿命至10年以上，吸附质“轻烃水气”在解吸气中被浓缩至15~30%以上，其中，C2+组分占大部分。传统的PSA法由于重烃组分不能得到很好的解吸，长期的累积造成塔内吸附剂失活，所以吸附剂寿命通常小于2~3年，传统的TSA法因为温度周期性地交变也导致吸附剂使用寿命通常小于3年，故吸附剂不能得到很好的解吸以及温度周期性地交变容易致使吸附剂的使用寿命短，本工序以其解吸彻底、温度不发生周期性地交变的特点提高了吸附剂的使用寿命，既能回收脱水脱烃，又能回收轻烃类组分，并且还减轻了后续变温吸附精脱工序的负荷。

（2）变温吸附精脱工序：来自轻烃水气浓缩工序的中间气体，温度维持至50~80℃，压力为5.0~7.0MPa，进入由3个吸附塔组成的***进行变温吸附（TSA）***，保证中间气体连续进入，1个吸附塔处于吸附状态，1个吸附塔为再生状态，1个作为备塔，保证中间气体连续流入并适应其流量、组成等条件波动。透过床层由塔顶排出是深度脱水脱烃的天然气，其水和烃露点满足低于最低环境温度30~50℃，大部分作为天然气产品输出，一部分经过热交换至120~130℃，作为再生气体，进入吸附完毕的吸附塔进行再生，再生气体与天然气原料气混合返回到轻烃水气浓缩工序进一步脱水脱烃回收天然气。

来自轻烃水气浓缩工序的中间气体，无需与作为再生气的一部分天然气产品进行热交换，直接进入本工序进行变温吸附（TSA）循环操作。由于中间气体温度不高，相对有利于吸附，再生也相对比较容易，所以本实施例中的再生气温度为120~130℃，热负荷相对降低。从TSA塔顶流出的天然气产品，达到深度脱水脱烃的露点降要求，甲烷纯度可以达到99%（v/v）以上。一部分天然气产品作为再生气对TSA吸附塔进行再生后，经过降温至50~80℃，与原料气混合，进一步回收天然气，使得甲烷收率高达90~95%以上。

实施例2

如图2所示，在实施例1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法的基础上进一步优化，所述的天然气经过预处理脱除酸性组分，采用高压醇胺法（MDEA:甲基二乙醇胺）对来自井口的高压粗天然气进行脱除酸性气体组分，使得净天然气中的总硫≤30mg/m³、CO₂≤10ppmv，作为进入本实施例的天然气原料气。

实施例3

如图3所示，在实施例1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法的基础上进一步优化，所述轻烃水气浓缩工序中的轻烃水气，加压至5.0~7.0MPa，送入干燥***进一步脱除已被浓缩的水分，然后进入冷油吸收方法回收C2+工序，吸收剂为C4（正丁烷及异丁烷混合物），温度为50~80℃，吸收塔顶部逸出以甲烷为主的不凝气体，或经加热后直接作为变温吸附精脱工序的再生气体，减少产品天然气作为再生气的使用，天然气产品收率可达到95%以上；或与天然气原料混合进入轻烃水气浓缩工序，进一步对天然气进行脱水脱烃，回收天然气，同样，甲烷收率高达90~95%及以上；富集C2+的吸收液（富油液）经过解吸塔解吸，解吸塔顶逸出C2+组分，C2+收率高达90%以上，解吸塔底得到吸收剂C4（贫油液），经加压后循环使用。进一步，在解吸塔的操作中，采用不同的降压工序，使得乙烷、丙烷、丁烷及重烃组分先后从解吸塔顶逸出，实现分别回收。本实施例中包含对“轻烃水气”进行回收的工序，适用于C2+烃类组分需要回收的情况，经干燥及冷油吸收实现了C2+回收处理，便于增加副产品价值，提高经济效益。

实施例4

在实施例1和3所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法的基础上进一步优化，所述轻烃水气浓缩工序中的经预处理的天然气原料气，温度90~120℃，压力为3.0~4.0MPa，其余工况不变，直接进入轻烃水气浓缩工序进行脱水脱烃，流出中间气体经热交换降温至50~60℃，保持压力为3.0~4.0MPa，进入变温吸附精脱工序，塔顶流出天然气产品，满足水与烃露点降低于最低环境温度30~50℃的深度要求。一部分天然气产品气加热至130~140℃，作为变温吸附精脱工序的再生气体进行再生。经过再生的再生气经过热交换与天然气原料气混合，重新进入到轻烃水气浓缩工序进一步回收天然气，甲烷收率达到90~95%及以上，轻烃水气浓缩工序中流出的轻烃水气，送入干燥与C4冷油吸收回收C2+处理单元回收C2+，C2+回收率超过90%。

实施例5

在实施例1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法的基础上进一步优化，所述轻烃水气浓缩工序中的经预处理的天然气原料气，温度130~150℃，压力为0.5~1.0MPa，其余工况不变，直接进入轻烃水气浓缩工序进行脱水脱烃。在该工序中的PSA分离***，采用10塔串并联，3塔吸附，7塔解吸，其中，解吸再生方式采用来自变温吸附精脱工序中的再生气体在相同温度与压力下冲洗与抽真空解吸方式，形成的轻烃水气经加压后送出界区处理。而流出的中间气体经热交换降温至50~80℃，保持压力为0.5~1.0MPa，进入变温吸附精脱工序，塔顶流出天然气产品，满足水与烃露点降低于最低环境温度30~50℃的深度要求。一部分天然气产品气加热至140~150℃，作为变温吸附精脱工序的再生气体进行再生。经过再生的再生气无需进行热交换，直接作为轻烃水气浓缩工序的解吸冲洗气，与抽空气一起，作为轻烃水气送出界区加工处理。甲烷收率达到90%及以上。

实施例6

如图4所示，在实施例1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法的基础上进一步优化，所述轻烃水气浓缩工序中的中间气体，其水和烃露点满足低于最低环境温度5℃，可以直接作为露点降不大的天然气产品使用。

显而易见的，上面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，或在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)轻烃水气浓缩工序：温度为50～150℃、压力为0.5～7.0MPa的天然气，经过预处理脱除酸性组分后，直接经进气管道进入轻烃水气浓缩工序，采用多塔串联或并联变压吸附(PSA)工艺，在操作温度为50～150℃、操作压力为0.5～7.0MPa的条件下进行吸附，多台PSA吸附塔交替循环操作，保证原料气连续进入，1个或多个PSA吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔为再生状态，在PSA吸附塔内，透过床层由塔顶排出是由甲烷和少量氮气、氢气为主组成的中间气体，进入下一个工序，变温吸附精脱工序；天然气中的大部分水与碳二及碳二以上烷烃组分被吸附，经解吸后得到富轻烃与水的解吸气，简称“富轻烃水气”，加压进一步处理回收或送出界区处理；

(2)变温吸附精脱工序；来自轻烃水气浓缩工序的中间气体，经过降温或维持至50～60℃，压力为0.5～7.0MPa，进入由2个吸附塔组成的***进行变温吸附(TSA)***，保证中间气体连续进入，1个吸附塔处于吸附状态，另一个吸附塔为再生状态，在吸附塔内，透过床层由塔顶排出是深度脱水脱烃的天然气，其水和烃露点满足低于最低环境温度30～50℃，大部分作为天然气产品输出，一部分经过热交换至120～150℃，作为再生气体，进入吸附完毕的吸附塔进行再生，再生气体与天然气原料气混合返回到轻烃水气浓缩工序进一步脱水脱烃回收天然气。

2.如权利要求1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，所述的天然气经过预处理脱除酸性组分，包括醇胺法、低温甲醇洗(Rectisol)、多乙二醇二甲醚洗(Selexol)法、砜胺法法、直接氧化法、吸附法、膜分离法，以及其他常规的脱除酸性组分的方法。

3.如权利要求1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，所述轻烃水气浓缩工序中的多台吸附塔交替循环操作，属于变压吸附(PSA)***，由N个吸附塔组成，N为大于1的自然数；其中1～N-1个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔处于再生状态。

4.如权利要求1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，所述PSA吸附塔内装填料是活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。

5.如权利要求1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，所述轻烃水气浓缩工序中的轻烃水气，加压进一步处理，包括低温冷却冷凝，或冷凝与冷油吸收，分离出冷凝水，回收碳二及以上烷烃组分，不凝气体经热交换后与天然气原料混合进入轻烃水气浓缩工序，进一步对天然气进行脱水脱烃，回收天然气； 或不凝气体经过热交换后作为变温吸附精脱工序的再生气体，对变温吸附塔进行再生。

6.如权利要求1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，所述变温吸附精脱工序中的中间气体，进入由2N+1个吸附塔组成的***进行变温吸附，其中，N个吸附塔吸附，N个吸附塔再生，1个吸附塔为备塔，N为大于1的自然数。

7.如权利要求1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，所述TSA塔内装填料是活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。

8.如权利要求1所述的一种天然气同时脱水脱烃的全温程变压吸附净化方法，其特征在于，所述轻烃水气浓缩工序中的中间气体与所述变温吸附精脱工序中的一部分作为再生气体的天然气产品进行热交换。

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