[发明专利]一种天然气变压吸附脱氮工艺计算机控制方法及系统

说明书

本发明属于变压吸附脱氮工艺控制技术领域，具体涉及一种天然气变压吸附脱氮工艺计算机控制方法及系统。该方法包括a)确定吸收塔的进气时间；b)确定前半周期吸附和解吸时间；c)确定前半周期切换时间；d)确定后半周期吸附和解吸时间；e)确定后半周期切换时间；f)运行监测反馈阶段。本发明提供的天然气变压吸附脱氮工艺计算机控制方法，能够实现对于一组吸附塔的升压、降压阀门的切换时间进行科学的设置，既提高的生产效率，又提高了原料气的利用率。

技术领域

本发明属于变压吸附脱氮工艺控制技术领域，具体涉及一种天然气变压吸附脱氮工艺计算机控制方法及系统。

背景技术

天然气作为优质的燃料和重要的化工原料，其应用越来越引起人们的重视，加快天然气工业的发展已经成为当今世界的趋势。但是，很多油气田中生产的天然气中往往含有大量的氮气，高含氮天然气发热量低、集输过程中能耗大，其不能直接作为燃料。因此，天然气脱氮是充分利用天然气的重要条件。当前应用于工业的天然气脱氮工艺包括：深冷、溶剂吸收、变压吸附和选择性吸附。其中，变压吸附脱氮工艺具有处理温度为常温、压力不高，设备简单，启动快，生产周期短等优点，具有较好的应用前景。

目前的天然气的变压吸附法脱氮工艺是利用天然气气体组分在吸附材料上吸附特性的差异，通过周期性的压力变化过程实现不同组分的气体的分离与净化。在该工艺中通常采用的吸附剂为分子筛，例如：沸石分子筛。采用分子筛作为吸附剂具有吸附容量大、吸附选择性强的优势。分子筛的脱氮原理为：在常温及较高压力条件下，可把天然气中甲烷等碳氢化合物中吸附在分子筛上，没有被吸附的氮气等气体进入下一个工段；吸附甲烷等碳氢化合物以后的吸附剂通过降压抽真空把甲烷等碳氢化合物解吸，使吸附剂再生。再生后的吸附剂重新去吸附天然气中甲烷等碳氢化合物，以此循环往复。生产过程中可以采用四个相同的吸附塔在一台计算机的控制下，通过调节阀切换不断改变气流的流向改变各塔的工作阶段，来实现各塔的吸附与再生交替进行。变压吸附法脱氮工艺的每个吸附塔必须经过升压吸附、降压解吸再生、再次升压的过程。四个塔中两两步骤相互错开(即一个塔吸附过程时另一个与之配套的塔解吸)，组成一个吸附-解吸循环。因此，需要两个配套的吸附塔同时切换升压和降压开关，但是在实际的生产过程中两个配套的吸附塔的吸附过程往往不是同步的，如果切换一对吸附塔的时间设置的不合适，有可能会造成延长生产周期或者使得吸附过程不充分，造成对于原料气利用不充分形成浪费。

经过检索，现有技术中已有关于变压吸附气体分离的相关报道。例如中国专利CN101721879A(变压吸附气体分离装置的控制方法)公开了一种变压吸附气体分离装置的控制方法，是通过以下步骤实现的：打开截止阀，工艺纯度管路输送样气到气体纯度分析仪；分析仪分析出纯度并转换成电信号，通过数据线传输到信号采集模块；信号采集模块把分析仪的信号转换成PLC能够识别的数据，并传送到PLC；PLC根据纯度信号然后通过程序来控制变压吸附气体分离装置的吸附周期和运行；该发明的有益效果是：充分的利用了吸附剂，降低了运行能耗和生产成本，并使产品气纯度稳定，保证了产品气质量，实现负荷适应节能功能。

中国专利CN202893152U(智能变压吸附装置)公开了一种智能变压吸附装置。原料气通过吸附装置纯化后进入产品缓冲罐，一小部分产品气进入分析仪器，控制器根据分析仪器的检测数据选择合适的运行模式使吸附装置始终处于最佳的运行状态。该实用新型的控制模式包括强力模式、标准模式、节能模式和超节能模式。通过变化运行模式来平衡产品气的供求与能耗之间的矛盾，使其达到最佳点。

文献(高含氮天然气冷油吸收工艺处理研究，西南石油大学硕士学位论文2019.5，第3-4页)公开了一种使用碳分子筛(CMS)作为吸附剂的PSA装置来浓缩煤层气中的甲烷。后来这种方法用于Nitrotec工艺。20世纪90年代，德克萨斯州新建三个气体处理，该处理厂采用Nitrotec工艺，利用CMS将含氮天然气中的氮气与烃类分离开，装置在0.2-0.4MPa的最佳压力下运行。物流经过CMS 床层，烃类被吸附在床层上，氮气则被排出。通过真空解吸的方法回收烃组分 (回收约95％)经增压至管输压力后外输。