天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法
2023-04-27 18:36:41
專利名稱：天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法
技術領域：
本發明屬於天然氣淨化領域，特別涉及油田天然氣脫水的技術領域。
背景技術：
井口流出的天然氣幾乎都為氣相飽和水，甚至會攜帶一定量的液態水。天然氣中水分的存在往往會造成嚴重的後果:含有C0dPH2s的天然氣在有水存在的情況下形成酸而腐蝕管路和設備；在一定條件下形成天然氣水合物而堵塞閥門、管道和設備；降低管道輸送能力，造成不必要的動力消耗。水分在天然氣的存在是非常不利的事，因此，需要脫水的要求更為嚴格。天然氣脫水的方法一般包括低溫法、溶劑吸收法、固體吸附法、化學反應法和膜分離法等。低溫法脫水是利用高壓天然氣節流膨脹降溫或利用氣波機膨脹降溫而實現的，這種工藝適合於高壓天然氣；而對於低壓天然氣，若要使用則必須增壓，從而影響了過程的經濟性。溶劑吸收法和·固體吸附法目前在天然氣工業中應用較廣泛。溶劑吸收法脫水是目前天然氣工業中應用最普遍的方法之一。其利用吸收原理，採用一種親水的溶劑與天然氣充分接觸，使水傳遞到溶劑中從而達到脫水的目的。當液體與多孔的固體表面接觸時，由於流體分子與固體表面分子之間的相互作用，流體分子會被吸附在固體表面上，導致流體分子在固體表面上含量增多，這種現象稱為固體表面的吸附現象。固體吸附法就是利用多孔固體顆粒選擇性地吸附流體中極性強的物質依附在其內外表面上，從而使流體混合物得以分離的方法。具有一定吸附能力的固體材料稱為吸附劑，被吸附的物質稱為吸附質。目前吸附法常用的吸附劑有分子篩、矽膠和活性氧化鋁。CN102703151A, CN101508928B, CN201692757U, CN2456821Y 等這些專利中都採用了將脫水前的部分天然氣或者是脫水後的部分天然氣作為再生氣進行加熱再生，目前常用的脫水吸附劑有分子篩，矽膠和活性氧化鋁，除了矽膠再生時溫度較低，只有180-230°C外，分子篩與活性氧化鋁的再生溫度都比較高，通常為220-310°C，由於未脫水前的天然氣中含有大量的硫化氫和微量的氧，在加熱再生過程中，硫化氫和微量的氧在吸附劑的中孔內徑表面發生克勞斯反應，反應方程式如下(I):
3H2S+3/202=3/xSx+3H20+6 15K J/mo I
由於克勞斯反應生成的Sx先是附著在吸附劑的內孔表面，然後是附著在吸附劑的外表面，隨著時間延長，將造成吸附劑的脫水效率下降而必須更換吸附劑，脫水系統阻力降增加而給後續工段造成影響，增加了經濟成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種簡化流程，節省投資、佔地及運行費用的天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法，防止吸附塔內的克勞斯反應生成，有效地延長了吸附劑的使用壽命O本發明的目的是這樣實現的，天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法，該方法包括如下步驟:
1)吸附:將含水天然氣在常溫條件下通過吸附塔利用塔內吸附劑吸附天然氣中的水分，其吸附時間為7-8小時；
2)降壓:在完成吸附過程後，吸附塔通過管道與閥門進行逆向洩放塔內的壓力至0-0.6MPa ；
3)吹掃:降壓過程完成後，採用再生氣對吸附塔進行吹掃，吹掃時間3-10分鐘；
4)加熱:將再生氣加熱到260-310°C範圍，從吸附塔底部進入吸附塔，將吸附在吸附劑上的水分加熱再生出來，其加熱再生氣經過冷卻到30-40°C，分離其液態水和重烴後返回增壓機循環使用，加熱時間為4-4.5小時；
5)冷卻:加熱再生完成後，即通入常溫再生氣至吸附塔，通過常溫再生氣將吸附塔內的熱量移出，使吸附塔的溫度降到30-50°C，冷卻時間為3-3.5小時； 6)升壓:將冷卻後吸附塔出口關閉，引入部分原料氣進入到該塔，使其壓力達到原料天然氣的壓力過程即為升壓過程。所述的吸附塔數為2-10個。所述的再生氣為不含氧組分的氮氣或甲烷。所述的循環使用是將再生氣通過增壓機加壓到0.1-0.6MPa，然後經過加熱/冷卻後進入吸附塔，吸附塔出來後再次冷卻、氣液分離後，再生氣返回增壓機的進口，如此構成循環迴路，使再生氣循環利用。在吹掃過程中有少量再生氣損失，在增壓機進口處或者氣液分離設備上增加再生氣補入管線以補充損失的再生氣。綜上所述，本發明的優點是:
1)採用無氧再生氣對吸附劑進行再生，有效防止克勞斯反應發生，提高脫水效率；
2)增加了吸附劑的使用壽命，節約了運行成本；同時，由於採用無氧再生氣對吸附劑進行再生，有效防止克勞斯反應發生，避免了由於克勞斯反應生成的Sx附著在吸附劑的內孔表面，然後是附著在吸附劑的外表面，造成吸附劑的脫水效率下降而必須更換吸附劑的缺陷。目前國內外的脫水項目中一般2年到3年就要更換吸附劑，而本申請中可以延長吸附劑使用壽命到5至6年。3)增壓後的再生氣直接與換熱器串接，再生氣循環使用，降低了能耗；
4)具有系統安全，穩寫，操作簡單，自動化程度高的特點。
圖1是本實施例的流程示意圖。
具體實施例方式參見圖1，為方便敘述，下面以Τ101Α )四個吸附塔為例來說明本發明。其中，吸附塔TlOlA與吸附塔TlOlB兩個塔處於吸附過程，吸附塔TlOlC處於加熱過程，吸附塔TlOlD處於冷卻過程。吸附過程
本實施例採用的是雙塔並聯吸附，即在任何時侯都有兩個塔處於吸附步驟，兩個塔的進料時間相差半個吸附周期。
原料天然氣(含飽和水)在常溫條件下經閥門Kla與Klb從吸附塔TlOlA和TlOlB的頂部進入，從吸附塔TlOlA和TlOlB的底部出來經閥門K2a與K2b送出界外，在此過程中原料氣中的水、重烴(主要為C4+-烴被吸附劑吸附，未被吸附的甲烷、氮氣、乙烷、丙烷等經閥門K2a與K2b送出界外，其吸附時間為7-8小時；
降壓過程
完成吸附過程的吸附塔T101B，經閥門K6b逆著吸附的方向將吸附塔TlOlB的壓力降低至0-0.6MPa，此時會有少量的水分和重烴隨著降壓的天然氣排出，這部分低壓天然氣排出界區可直接作為燃料使用；
吹掃過程
吸附塔TlOlB在降壓過程完成後，通過閥門K3b在吸附塔TlOlB的底部進入少量再生氣對其進行吹掃，將吸附劑顆粒之間原料天然氣中少量的氫置換掉，再生氣為不含氧組分的氮氣或甲烷，吹掃時間3-10分鐘；
加熱過程
再生氣通過加熱器ElOl加熱到260-310°C，經閥門K4b從吸附塔TlOlB底部進入，將吸附在吸附劑上的水分加熱再生出來，加熱後的再生氣攜帶著水分和少量重烴經閥門K5b進入冷卻器E103冷卻到30-40°C，然後進入氣液分離器VlOl除於液態水和重烴後返回增壓機ClOl循環使用，加熱時間為4-4.5小時；
冷卻過程
吸附塔TlOlB加熱再生完成後的，將經過增壓機ClOl加壓到0.1-0.6MPa的再生氣進入到冷卻器E102換熱至3(T50°C，然後經過閥門K4b進入吸附塔T101B，將塔內的熱量通過閥門K5b移出，使吸附塔TlOlB的溫度降到30-50°C，此過程進一步脫除塔內的水分，冷卻時間為3-3.5小時；
升壓過程
將冷卻後的吸附塔TlOlB出口閥門關閉，引入部分原料氣經過閥門K6b進入到吸附塔T101B，使其壓力達到原料天然氣的壓力。至此，實現了吸附塔TlOlB從吸附過程一降壓過程一吹掃過程一加熱過程一冷卻過程一升壓過程的一個循環。四個吸附塔均通過上面的步驟構成循環，保證了原料氣的連續進料和產品的連續輸出。按照上面的步驟，再生氣通過增壓機ClOl加壓到0.1-0.6MPa，然後經過加熱器ElOl/冷卻器E102後對每一個吸附塔進行吹掃過程、加熱循環過程、冷卻循環過程，吸附塔出來後的再生氣經過冷卻器E103冷卻到30-40°C進入氣液分離器V101，經氣液分離後的再生氣從氣液分離器VlOl頂部出來後返回至增壓機ClOl的進口，如此構成循環迴路，使再生氣循環利用。在吹掃過程中有少量再生氣損失，在增壓機進口處或者氣液分離設備上增加再生氣補入管線以補充損失的再生氣。
如上所術，可較好的實施本發明。
權利要求
1.天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法，其特徵是包括將含水天然氣通過吸附塔在常溫條件下利用吸附劑吸附氣體中的水分，然後採用外界再生氣對吸附塔內的吸附劑進行無氧再生，並循環使用，使吸附在吸附劑上的水、重烴等雜質組分脫附出來，以便吸附塔進行下一次吸附過程，每個吸附塔都將經過吸附、降壓、吹掃、加熱、冷卻和升壓過程。
2.如權利要求1所述的天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法，其特徵是所述吸附塔數為2-10個。
3.如權利要求1所述的天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法，其特徵是所述無氧再生為利用外界提供不含氧氣成分的氣體對吸附塔進行吹掃、加熱、冷卻過程。
4.如權利要求3所述的天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法，其特徵是所述不含氧氣成分的氣體為氮氣或甲燒。
5.如權利要求1所述的天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法，其特徵是所述的循環使用是將再生後的氣體通過加壓、加熱/冷卻、再生、冷卻、氣液分離、加壓如此構成閉路系統循環使用。
全文摘要
本發明屬涉及天然氣多塔外循環無氧再生脫水方法，特別是在大規模集中處理天然氣管道運輸，LNG製備站場所的天然氣脫水裝置及工藝方法，其特徵是含水天然氣通過吸附塔在常溫條件下利用吸附劑吸附氣體中的水分，然後採用外界再生氣對吸附塔內的吸附劑進行無氧再生，並循環使用，使吸附在吸附劑上的水、重烴等雜質組分脫附出來，以便吸附塔進行下一次吸附過程，每個吸附塔都將經過吸附、降壓、吹掃、加熱、冷卻和升壓過程。該工藝具有流程簡單，脫水效率高，延長吸附劑使用壽命，降低運行成本，能耗低等特點。
文檔編號B01D53/26GK103173256SQ201310134630
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月18日 優先權日2013年4月18日
發明者李才軍, 萬冬, 朱江, 陳天洪 申請人:四川科比科油氣工程有限公司