[发明专利]一种天然气净化与干燥的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体净化与预处理领域，特别涉及一种天然气净化与干燥气体的方法。

背景技术

天然气的净化与干燥是将天然气中的二氧化碳、硫化氢等酸性气、水分、以及C5以上烃类等重烃脱除的工艺过程。此过程时天然气液化过程中避免深冷过程中形成冰、固体水合物或固体重烃从而阻塞或甚至损坏设备必不可少的工序。

目前，天然气液化过程中工艺气含有的酸性气、水分以及重烃的脱除方法包括吸收法、吸附法、低温法、膜分离法等。其中酸性气的脱除以吸收法效果最好，以吸附法对气体深度脱水、脱重烃效果最好。因而，现有工艺中通常先以吸收法脱除天然气中的酸性气，再以吸收法脱除天然气中的水分和重烃。这一工艺的优点是技术成熟，酸性气处理负荷高，稳定性好。但是，方法的缺点也很明显：其一是胺液再生过程需将整个溶液由40℃加热至115℃左右，再沸器的能耗很大；其二是脱酸性气后的天然气湿度均会在与胺液接触过程中到达饱和增加了后续的干燥负荷量。另外，酸性气吸收过程采用胺液，需消耗溶剂水，受地理条件限制，这一方法无法在新疆塔中等井气丰富但缺水的地方应用。吸附法也可用于酸性气脱除，该脱除过程与现有吸附法脱除水分和重烃的工艺一致，该方法装置简单，工艺不需溶剂水。然而，该方法为传统的吸附工艺，再生吸附床层时采用再生气，当CO₂含量超过0.5％时，床层需要的再生气量消耗量极大，将占到原料进气量的50％甚至100％。这部分再生气因含有CO₂只能排至界外或烧掉，从而造成该工艺在处理高含量酸性气的天然气时能耗过高，甚至再生气量不足，再生不完全，影响下游深冷工序的正常工作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，降低再生气消耗量，从而提供一种天然气净化与干燥的装置和方法，该方法利用管壳式的脱酸脱水床和脱重烃床脱除天然气中的酸性气、水以及重烃，不仅节约了再生气，增加了原料气利用率，而且将脱酸性气和脱水集成一体，工艺简单。

本发明的方法通过采用管壳式脱酸脱水床和脱重烃床脱除天然气中的酸性气、水以及重烃，具体包括以下步骤：

1)设置第一脱酸脱水床D1、第二脱酸脱水床D2、第一脱重烃床C1和第二脱重烃床C2，均为管壳式结构，其中，在第一脱酸脱水床D1、第二脱酸脱水床D2、第一脱重烃床C1和第二脱重烃床的管程侧填装吸附剂作为吸附床层，将天然气管道与脱酸脱水床和脱重烃床的管程连接，将冷媒和热媒管道与脱酸脱水床和脱重烃床的壳程连接，其中，第一脱酸脱水床D1的管程和第二脱酸脱水床D2的管程通过阀门和管道并联连接，第一脱酸脱水床D1的管程和第二脱酸脱水床D2的壳程通过阀门和管道并联连接，第一脱重烃床C1的管程和第二脱重烃床C2的管程通过阀门和管道并联连接，第一脱重烃床C1的壳程和第二脱重烃床C2的壳程通过阀门和管道并联连接，脱酸脱水床与脱重烃床的管程之间串联连接，脱酸脱水床与脱重烃床的壳程之间并联连接；

2)将富含酸性气的原料湿气通入第一脱酸脱水床D1的管程脱除原料湿气中的酸性气和水分得到干气，之后通入第一脱重烃床C1的管程脱除原料气中的重烃，最终得到净化后的产品气；

3)在第一脱酸脱水床D1吸附饱和后通过阀门将其切换至再生状态，原料气则通入第二脱酸脱水床D2的管程；

4)将热媒经第二十三阀门V23由底部入口通入第一脱酸脱水床D1的壳程对吸附床层进行加热再生，当吸附床层温度达到100℃时经第六阀门V6向第一脱酸脱水床D1的管程通入载气将吸附床层中解析出的酸性气和水蒸气经第二阀门V2吹走，当床层温度升至180～280℃时保持吸附床层温度0～2小时，之后停止通入热媒；

5)将冷媒经第二十二阀门V22由底部入口通入第一脱酸脱水床D1的壳程对吸附床层进行冷却，当吸附床层温度降至40～55℃时，停止通入冷媒，同时停止通入载气此时第一脱酸脱水床D1已完成再生，备用直至进入下一吸附循环。

上述的技术方案中，当第一脱重烃床C1吸附饱和后通过阀门将其切换至再生状态，脱酸脱水后的原料气通入第二脱重烃床C2，并依据步骤4)和5)对第一脱重烃床C1进行再生和冷却。

上述的技术方案中，若热媒为蒸汽时，冷媒应为冷却水，若热媒为热油时，冷媒也为热油。

上述的技术方案中，步骤4)和步骤5)中通入第一脱酸脱水床D1的载气来自闪蒸气或者脱酸脱水后的干气，再生第一脱重烃床C1时通入的载气来自闪蒸气或者脱重烃后的产品气。