CN109370670B

CN109370670B - 同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***

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Publication number: CN109370670B
Application number: CN201811092634.9A
Authority: CN
Inventors: 兰文旭
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Current assignee: Individual
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: CN109370670A

Abstract

同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***。传统的干法预处理工艺简单，不适合高二氧化碳含量的预处理，湿法工艺复杂，醇胺试剂有毒性，需定期补充溶液及脱盐水。本发明组成包括：吸附塔I（1）、吸附塔II（2）、吸附塔III（3），净化天然气管通过阀门I（10）与冷吹进口管相连，冷吹出口管与冷吹气冷却器（9）进口管相连，冷吹气冷却器出口管与冷吹气增压机（8）进口管相连，冷吹气增压机出口管分别与冷吹进口管和净化气管连接，吸附塔I、吸附塔II、吸附塔III中部具有出口，出口加热气管通过阀门与蓄热器（4）进口管连接，蓄热器出口管与加热气增压机（5）进口管连接。本发明用于同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***。

Description

同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***

技术领域：

本发明涉及天然气液化技术中的天然气预处理技术领域，具体涉及一种同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***及方法。。

背景技术：

天然气是一种绿色环保、经济实惠、安全可靠的优质能源，发展天然气工业，天然气液化技术中天然气净化工艺的研究也尤为重要，因天然气中的较高凝固点组分如二氧化碳、水分及重烃等在天然气液化过程中会凝固并堵塞设备，必须在液化之前将其脱除；传统的预处理方法是醇胺法脱除二氧化碳及硫化氢等酸性气体+分子筛与活性炭复合床吸附脱除水分及重烃，对于有较大燃料需求如采用燃气轮机驱动压缩机或燃气发电或者有下游管网的LNG工厂，当原料气中二氧化碳含量较低，通常低于1%时也可采用干法预处理工艺，即分子筛与活性炭复合床吸附同时脱除水分、重烃及二氧化碳，少量的再生气（占处理气量的7~15%）用于发电或去下游管网；当二氧化碳含量较高时，由于再生气量较大超出了发电的需求，多余的含碳再生气由于不能靠冷却法分离出二氧化碳而无法循环利用，只能进入火炬放空造成浪费；因此传统的干法预处理工艺虽然流程简单操作方便投资小，但是不适合高二氧化碳含量的天然气预处理；只能采用传统的湿法工艺；而湿法天然气预处理工艺，其流程复杂，设备繁多，投资大，醇胺试剂有毒性，操作中需定期补充溶液及脱盐水。

发明内容：

本发明的目的是提供一种同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺方法，其流程简单、适用性强，工艺采用三塔变温吸附（TSA）与加热气增压机串联流程同时脱除天然气中二氧化碳性气体或其他杂质。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，其组成包括：吸附塔I、吸附塔II、吸附塔III，其特征是：所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III的进口管通过阀门与原料气入口连接，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III的出口管通过阀门与净化气管连接，所述的净化天然气管通过阀门I与冷吹进口管相连，所述的冷吹出口管与冷吹气冷却器进口管相连，所述的冷吹气冷却器出口管与冷吹气增压机进口管相连，所述的冷吹气增压机出口管分别与所述的冷吹进口管和所述的净化气管连接，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III中部具有出口，所述的出口加热气管通过阀门与蓄热器进口管连接，所述的蓄热器出口管与加热气增压机进口管连接，所述的加热气增压机出口管与加热器进口管相连。

所述的同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III底部出口管通过阀门与加热气冷却器进口管相连，所述的加热气冷却器出口管与燃料气管连接。

所述的同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，所述的蓄热器进口管与冷吹气冷却器进口管通过阀门II连接，所述的冷吹气冷却器出口管与冷吹气增压机连接。

所述的同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III分为二段床层，下端床层用于脱除水分及重烃，充填分子筛与活性炭复合填料、分子筛与硅胶复合填料或分子筛与活性氧化铝复合填料组合，上端床层用于脱除二氧化碳，充填13X分子筛，根据情况也可以将每台吸附塔分为二台串联的吸附塔，第一台塔脱除水分及重烃，第二台塔脱除二氧化碳。

所述的同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，该工艺***的方法包括如下步骤：

首先原料气的来源适用于各种天然气，采用三塔变温吸附与循环增压机串联流程脱除天然气中水分、重烃及二氧化碳杂质；

采用三塔变温吸附与循环增压机串联流程，当吸附塔I处于吸附状态、吸附塔II处于冷吹状态时，吸附塔III处于加热状态，启动冷吹气循环增压机对吸附塔II进行循环冷却，循环冷却过程随着温度降低以及由于向加热气管路补充燃料气带来的压力降低由净化气通过阀门I补充以维持压力；当计算得出冷吹气量小于或等于净化气流量时可取消冷吹气循环增压机，全部净化气用作冷吹气后从冷吹气冷却器出口回到净化气管道，从而简化流程；加热气增压机启动将吸附塔III上段及蓄热器、加热器内的天然气形成循环加热，另一部分加热气自吸附塔上段流过吸附塔下段加热脱水及脱重烃床层后进入加热气冷却器冷却，之后作为燃料送出或进入下游管网；这部分加热气由管路中阀门II补充。由于这些气体的连续补充，吸附塔上段在循环加热过程中的加热气体中的二氧化碳得以逐渐稀释并达到净化要求；吸附周期到达后进行切换，吸附塔I加热，吸附塔II吸附，吸附塔III冷吹，进行循环。

有益效果：

1.本发明主要是提供一种同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***及方法，适用于自发电或有下游天然气管网且的中小型天然气液化工厂，解决了传统湿法脱碳+干法脱水脱重烃工艺流程复杂、装置投资大、占地面积大、需要脱盐水等缺点，同时也解决了采用普通干法预处理工艺再生气大于燃料气需求，再生气无法全部消纳的难题。

本发明加热气增压机前设置了蓄热器，一方面减低加热能耗约25%，另一方面节省了加热气冷却器以及冷却能耗。

本发明根据脱碳部分与脱水部分所需加热气量差异较大的特点设置不同的加热方式，加热气量较大的脱碳部分进行循环加热再生，而加热气量较小的脱水脱重烃部分采用传统加热方式，而吸附和冷吹过程相同，将二套***有机结合节省了大量的切换阀和部分设备，降低了成本，需要指出不能将脱水与脱碳部分合在一起循环加热，这是因为循环加热的再生气中有水分，虽然加热温度较高但是仍然会微量吸附在脱碳床层内的13X分子筛内，影响下个周期二氧化碳的吸附效果。

附图说明：

附图1是本发明的流程结构示意图。

其中：1、吸附塔I，2、吸附塔II，3、吸附塔III，4、蓄热器，5、加热气增压机，6、加热器，7、加热气冷却器，8、冷吹气增压机，9、冷吹气冷却器，10、冷吹气补充阀门I，11、加热气补充阀门II。

具体实施方式：

实施例1：

一种同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，其组成包括：吸附塔I1、吸附塔II2、吸附塔III3，其特征是：所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III的进口管通过阀门与原料气入口连接，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III的出口管通过阀门与净化气管连接，所述的净化天然气管通过阀门I10与冷吹进口管相连，所述的冷吹出口管与冷吹气冷却器9进口管相连，所述的冷吹气冷却器出口管与冷吹气增压机8进口管相连，所述的冷吹气增压机出口管分别与所述的冷吹进口管和所述的净化气管连接，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III中部具有出口（脱二氧化碳床层底部），所述的出口加热气管通过阀门与蓄热器4进口管连接，所述的蓄热器出口管与加热气增压机5进口管连接，所述的加热气增压机出口管与加热器6进口管相连。

实施例2：

根据实施例1所述的同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III底部出口管通过阀门与加热气冷却器7进口管相连，所述的加热气冷却器出口管与燃料气管连接，升温过程中吸附塔脱除的二氧化碳及天然气的少量混合气体作为燃料。

实施例3：

根据实施例2所述的同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，所述的蓄热器进口管与冷吹气冷却器进口管通过阀门II11连接，作为补充加热气，所述的冷吹气冷却器出口管与冷吹气增压机连接。

实施例4：

根据实施例2或3所述的同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III分为二段床层，下端床层用于脱除水分及重烃，充填分子筛与活性炭复合填料、分子筛与硅胶复合填料或分子筛与活性氧化铝复合填料组合，上端床层用于脱除二氧化碳，充填13X分子筛，根据情况也可以将每台吸附塔分为二台串联的吸附塔，第一台塔脱除水分及重烃，第二台塔脱除二氧化碳。

实施例5：

根据实施例1-4所述的同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的工艺***，该工艺***的方法包括如下步骤：

采用三塔变温吸附与循环增压机串联流程，当吸附塔I处于吸附状态、吸附塔II处于冷吹状态时，吸附塔III处于加热状态，启动冷吹气循环增压机对吸附塔II进行循环冷却，循环冷却过程随着温度降低以及由于向加热气管路补充燃料气带来的压力降低由净化气通过阀门I补充以维持压力；当计算得出冷吹气量小于或等于净化气流量时可取消冷吹气循环增压机，全部净化气用作冷吹气后从冷吹气冷却器出口回到净化气管道，从而简化流程；加热气增压机启动将吸附塔III上段及蓄热器、加热器内的天然气形成循环加热，另一部分加热气自吸附塔上段流过吸附塔下段加热脱水及脱重烃床层后进入加热气冷却器冷却，之后作为燃料送出或进入下游管网；这部分加热气由管路中阀门II补充。由于这些气体的连续补充，吸附塔上段在循环加热过程中的加热气体中的二氧化碳得以逐渐稀释并达到净化要求；吸附周期到达后进行切换，吸附塔I加热，吸附塔II吸附，吸附塔III冷吹，进行循环；

本申请较传统的湿法脱碳工艺，流程简单、设备少、工程造价低、操作方便，传统的天然气液化装置预处理工艺，脱碳工艺大多采用活性 MDEA 工艺， MDEA 法采用45%～50%的 MDEA 水溶液，并添加适量的活化剂以提高二氧化碳的吸收速率，MDEA不易降解，具有较强的抗化学和热降解能力，腐蚀性小，蒸汽压低，溶液循环率低，并且烃溶解能力小，是目前应用最广泛的气体净化处理溶剂，目前国内外几乎所有的天然气液化工程均采用MDEA工艺，该工艺虽然具有净化程度高、甲烷损失小等突出优点，但是工艺复杂、占地面积大、投资较大，针对带有自发电或下游天然气管网的天然气液化工厂，也可以采用干法预处理工艺，但是传统的干法工艺对于含有二氧化碳含量较高（通常大于1%）的天然气由于再生气量超过了发电机或燃气轮机燃料需求量，再生气无法完全消纳，因而限制了其应用范围。

以30×10⁴Nm³/d天然气液化工程（假定原料气中二氧化碳含量2%）为例，本发明与传统工艺相比如下：

从表中可以看出，各项指标中，仅仅是能耗一项本发明不如传统方式，但是仅仅是一次能源的热量消耗稍高，而二次能源耗电量优于传统方式。对于采用自发电或燃气轮机拖动压缩机的项目，发电机有大量的尾气余热，热量往往不计入成本中，因此本发明优势明显。

Claims

1.一种同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的***，其组成包括：吸附塔I、吸附塔II、吸附塔III，其特征是：所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III的进口管通过阀门与原料气入口连接，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III的出口管通过阀门与净化气管连接，所述的净化气管通过阀门I与冷吹进口管相连，冷吹出口管与冷吹气冷却器进口管相连，所述的冷吹气冷却器出口管与冷吹气增压机进口管相连，所述的冷吹气增压机出口管分别与所述的冷吹进口管和所述的净化气管连接，所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III中部具有出口，出口加热气管通过阀门与蓄热器进口管连接，所述的蓄热器出口管与加热气增压机进口管连接，所述的加热气增压机出口管与加热器进口管相连；

所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III底部出口管通过阀门与加热气冷却器进口管相连，所述的加热气冷却器出口管与燃料气管连接；

所述的蓄热器进口管与冷吹气冷却器进口管通过阀门II连接，所述的冷吹气冷却器出口管与冷吹气增压机连接；

所述的吸附塔I、所述的吸附塔II、所述的吸附塔III分为二段床层，下端床层用于脱除水分及重烃，充填分子筛与活性炭复合填料、分子筛与硅胶复合填料或分子筛与活性氧化铝复合填料组合，上端床层用于脱除二氧化碳，充填13X分子筛，将每台吸附塔分为二台串联的吸附塔，第一台塔脱除水分及重烃，第二台塔脱除二氧化碳。

2.一种利用权利要求1所述的同时脱除天然气中二氧化碳、水分及重烃的***的脱除方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

首先，原料气的来源适用于各种天然气，采用三塔变温吸附与循环增压机串联流程脱除天然气中水分、重烃及二氧化碳杂质；

采用三塔变温吸附与循环增压机串联流程，当吸附塔I处于吸附状态、吸附塔II处于冷吹状态时，吸附塔III处于加热状态，启动冷吹气循环增压机对吸附塔II进行循环冷却，循环冷却过程随着温度降低以及由于向加热气管路补充燃料气带来的压力降低由净化气通过阀门I补充以维持压力；当计算得出冷吹气量小于或等于净化气流量时取消冷吹气循环增压机，全部净化气用作冷吹气后从冷吹气冷却器出口回到净化气管道，从而简化流程；

加热气增压机启动将吸附塔III上段及蓄热器、加热器内的天然气形成循环加热，另一部分加热气自吸附塔上段流过吸附塔下段加热脱水及脱重烃床层后进入加热气冷却器冷却，之后作为燃料送出或进入下游管网；这部分加热气由管路中阀门II补充，由于这些气体的连续补充，吸附塔上段在循环加热过程中的加热气体中的二氧化碳得以逐渐稀释并达到净化要求；吸附周期到达后进行切换，吸附塔I加热，吸附塔II吸附，吸附塔III冷吹，进行循环。