[发明专利]一种低温脱除天然气中水和CO2

说明书

一种低温脱除天然气中的水和CO₂的装置，主要包括冷剂循环系统和两个切换换热器组，每个切换换热器组均包括预冷脱水换热器和深冷冷冻脱CO₂换热器。冷剂循环系统用于提供天然气液化和脱除天然气中的水和CO₂所需的冷量，切换换热器组根据各自换热器内天然气侧的总阻力降值定期切换工作。天然气经过预冷脱水换热器脱除水分，经过深冷冷冻脱CO₂换热器脱除CO₂并且获得液化天然气产品；切换换热器组复热时，加热气依次经过深冷冷冻脱CO₂换热器和预冷脱水换热器，加热并气化存在于换热器中的水和CO₂。

技术领域

本发明属于天然气液化技术领域，具体涉及一种天然气净化、液化装置，更具体地涉及一种利用低温脱除天然气中水和CO₂的装置。

背景技术

天然气的产地一般距离终端使用往往存在一定的空间上的距离，常压液化天然气的温度一般在-161℃，其密度约为标准状态下的1/600，体积能量密度可达到汽油的70％以上，因而十分有利于运输、储存和利用，目前国内天然气液化的主要目的基本上可以归结为：第一、解决长距离运输的问题；第二、解决天然气的储存问题。

开采出的天然气含有水、CO₂等易于在低温环境下冻结的物质，在液化过程中，上述物质在天然气液化装置的管道和换热器中会发生冻结而造成堵塞，从而导致天然气液化装置不能连续生产，因此，必须进行天然气预处理以脱除上述杂质。

目前针对上述问题，天然气液化装置中常规采用的处理方法是将天然气的净化和液化分成两个独立系统。对于CO₂的脱除国内常用的方法有物理吸附法、化学吸附法、联合吸附法、膜分离法等，但是上述方法均对应用场合有一定要求，比如干法中的物理吸附法一般只用于CO₂含量小于1％以内且含量稳定的组分，湿法中的化学吸附法用于大型天然气处理经济性才明显，而膜分离法也是针对高CO₂含量的天然气，且脱出精度也还不能满足天然气液化的质量指标要求，并且常规处理CO₂的技术路线存在一次性投资大、操作复杂等不足。

专利文件(CN 102636002 A)提出了利用低温脱除CO₂的方法，但由于该专利中CO₂的低温脱除的温度范围没有达到一般液化天然气产品的温度(零下161℃)，故该方法不能保证产品液化天然气中CO₂的含量达到液化天然气的含量指标(50ppm)，因而会导致该方法处理后的天然气在液化时发生CO₂冻堵从而不能保证液化装置的长时间连续运行。另一方面，上述专利的方案中分离罐7的存在降低了液化天然气的液化率。与此同时，该专利仅对低温脱除CO₂进行了处理，并不能同时在冷箱内对天然气中含有的水进行脱除净化，故此必须额外增加该专利中所描述的脱水干燥塔，这样势必增加了一次性投资，同时也增加了系统的运行费用。

目前市场上，无论天然气液化装置规模大小，95％以上的装置都是采用湿法对天然气中的CO₂进行脱除，由此在针对小型天然气液化装置时，其经济性就变的较差。

原料气中的水发热常规脱除方法是采用物理吸附方式进行脱除，常规的物理吸附主要分为变压吸附干燥和等压吸附干燥两种方式，目前市场上均采用物理吸附法对水进行脱除。这对于小型天然气液化装置同样存在投资大、经济性欠佳的问题，而且需要定期更换吸附剂，故而增加了操作成本和物料损耗的消耗，从而整体上增加了运行成本，降低了小型液化天然气的经济性。

基于上述目前天然气净化技术的不足，本发明提出了采用低温同时脱除天然气中含有的水、CO₂组分，让脱除天然气中的水、CO₂组分与生产液态天然气的过程同时在冷箱内完成。

发明内容