天然氣淨化裝備製造方法

2023-05-10 23:15:51 2

天然氣淨化裝備製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種天然氣淨化裝備，涉及天然氣淨化【技術領域】，提供一種能夠縮短製造工期的天然氣淨化裝備。天然氣淨化裝備採用模塊化設計，根據需實現的功能劃分模塊，將零部件集成為原料氣預處理單元、脫硫脫碳單元、脫水單元和硫磺回收單元，各單元分別安裝在撬塊上，原料氣預處理單元、脫硫脫碳單元和脫水單元依次連接，硫磺回收單元與脫硫脫碳單元連接。採用模塊化設計，根據需實現的功能劃分模塊，將零部件集成為安裝在不同撬塊上的單元後，各單元分別在工廠製造，結構緊湊，集成度高；各單元製造完成後運輸到天然氣淨化廠址安裝，能夠縮短天然氣淨化廠址現場安裝時間，減少受天氣變化的影響。
【專利說明】天然氣淨化裝備

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及天然氣淨化【技術領域】，尤其涉及天然氣淨化裝備。

【背景技術】
[0002]從礦藏中開採出來的天然氣是組分非常複雜的烴類混合物，且含有少量的非烴類雜質。其中，非烴類雜質常常含有&5、CO2和有機硫化物。由於水的存在，這些氣體組分將生成酸或酸溶液，造成輸氣管道和設備的嚴重腐蝕。因此需要通過淨化處理達到國家制定的商品天然氣氣質標準，同時天然氣中H2S和硫醇這樣的硫化物，流放後易破壞生態環境、損害人類健康，為之可轉化為可供工業應用的元素硫。這便構成一條天然氣淨化、回收的基本技術路線。
[0003]國內常規天然氣淨化廠所有設備均為散件現場安裝，施工佔地面積大，工作量大，工期長，且易受天氣變化影響，往往導致工期一再拖延。因此傳統天然氣淨化建站建廠設備固定、佔地面積大、基礎條件差、施工周期長和難度強度大等問題急需解決。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是:提供一種能夠縮短製造工期的天然氣淨化裝備。
[0005]為實現上述問題採用的技術方案是:天然氣淨化裝備採用模塊化設計，根據需實現的功能劃分模塊，將零部件集成為原料氣預處理單元、脫硫脫碳單元、脫水單元和硫磺回收單元，各單元分別安裝在撬塊上，原料氣預處理單元、脫硫脫碳單元和脫水單元依次連接，硫磺回收單元與脫硫脫碳單元連接。
[0006]進一步的是:原料氣預處理單元包括脫水脫烴橇、三相分離器橇、水套爐單體橇、分離計量橇、高壓三相分離器。
[0007]進一步的是:脫硫脫碳單元包括分子篩脫硫脫碳裝置。
[0008]進一步的是:脫硫脫碳單元包括胺液法脫硫脫碳裝置。
[0009]進一步的是:脫水單元包括甘醇脫水裝置。
[0010]進一步的是:脫水單元包括分子篩脫水裝置。
[0011]進一步的是:硫磺回收單元包括克勞斯法硫磺回收裝置。
[0012]本實用新型的有益效果是:採用模塊化設計，根據需實現的功能劃分模塊，將零部件集成為安裝在不同撬塊上的單元後，各單元分別在工廠製造，結構緊湊，集成度高；各單元製造完成後運輸到天然氣淨化廠址安裝，能夠縮短天然氣淨化廠址現場安裝時間，減少受天氣變化的影響。
[0013]天然氣淨化裝備採用模塊化設計將各零部件集成為模塊後，總體設計的設計師只需考慮總體布置和制定各模塊間的接口規格，各模塊可由不同的設計團隊分別設計，各設計團隊集中精力於一點，利於創新和縮短開發周期。
[0014]生產按單元進行，使生產團隊更專業化更利於保證質量，若是外協生產或採購按模塊進行則能減少採購數量和物流難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是天然氣淨化工序流程圖；
[0016]圖2是脫硫脫碳單元示意圖；
[0017]圖3是脫水單元示意圖；
[0018]圖4是硫磺回收單元示意圖；
[0019]圖中標記為:脫硫脫碳單元1、原料氣重力分離器1-1、原料氣過濾器1-2、溼淨化氣分離器1-3、活性碳過濾器1-4、貧液後冷器1-5、貧液循環泵1-6、閃蒸罐1-7、閃蒸氣吸收塔1-8、胺液預過濾器1-9、胺液後過濾器1-10、再生塔重沸器1-11、貧/富液換熱器1-12、再生塔頂回流泵1-13、再生塔頂回流罐1-14、脫水單元2、產品氣分離器2-1、TEG吸收塔
2-2,TEG冷卻器2-3、TEG循環泵2_4、TEG貧/富液換熱器2_5、TEG緩衝罐2_6、TEG再生氣分液灌2-7、TEG再生塔2-8、TEG過濾器2_9、TEG閃蒸罐2_10、硫磺回收單元3、酸水壓送罐3-1、酸水分離器3-2、酸氣預熱氣3-3、燃燒空氣風機3-4、空氣預熱器3-5、克勞斯反應器
3-6、氣/氣換熱器3-7、一級CPS反應器3-8、二級CPS反應器3_9、三級CPS反應器3_10、主燃燒爐3-11、餘熱鍋爐3-12、熱段冷凝器3-13、克勞斯冷凝器3_14、一級CPS冷凝器3_15、二級CPS冷凝器3-16、三級CPS冷凝器3-17、液硫捕集器3_18。

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0021]天然氣淨化裝備採用模塊化設計，根據需實現的功能劃分模塊，將零部件集成為原料氣預處理單元、脫硫脫碳單元1、脫水單元2和硫磺回收單元3，各單元分別安裝在撬塊上，原料氣預處理單元、脫硫脫碳單元I和脫水單元2依次連接，硫磺回收單元3與脫硫脫碳單元I連接。各單元在製造廠內完成橇體的製造、工藝設備、電氣、儀表、工藝管線的就位安裝，工藝設備、管線的吹掃、試壓防腐絕熱等工作後，運往建設現場就地成橇，從而形成一座天然氣淨化橇裝模塊式自動化工廠成套油氣裝備。脫硫脫碳單元1、脫水單元2和硫磺回收單元3設置在天然氣淨化工廠處，原料氣預處理單元設置在天然氣井口處。
[0022]由於圍繞模塊化(撬裝化)的設計理念，使傳統的天然氣淨化廠設備由平面布局設計變為疊加立體設計，結構更為緊湊，有效節省空間30?40% ;在製造時採用工廠化預製，縮短工期達1/3以上；在投資上便於運輸，整體搬運方便。所以對於單井採氣淨化，特別是單井處於偏遠地區則需要對採出的氣體進行淨化、液化後運輸。撬裝裝置就顯示出了其獨特的優越性，對於降低成本提高效益具有重要意義。
[0023]原料氣預處理單元即將原有進行原料氣預處理的零部件集成到撬塊上後的零部件總成。原料氣預處理單元主要功能是脫除天然氣中的固體雜質，避免固體雜質進入後續設備，造成設備儀表損壞和管道堵塞。原料氣預處理單元I需要能夠進行過濾、計量、壓縮、分離、加熱等初步淨化處理工作。在確定諸多雜質組分的預處理指標時，主要考慮其在生產過程中可能產生的兩方面影響一設備和管道的腐蝕和堵塞。
[0024]原料氣預處理單元的各零部件和零部件間連接方式與散件現場安裝的天然氣淨化裝備的原料氣預處理設備結構和設備間連接方式一致。
[0025]為了便於製造和運輸，原料氣預處理單元根據需實現的功能進一步劃分模塊，原料氣預處理單元包括脫水脫烴橇、三相分離器橇、水套爐單體橇、分離計量橇和高壓三相分離器。原料氣預處理單元進一步細化為脫水脫烴橇、三相分離器橇、水套爐單體橇、分離計量橇和高壓三相分離器，減少了單個橇的零部件數量和體積，便於製造和運輸。
[0026]脫硫脫碳單元I即將原有進行脫硫工序的零部件集成到撬塊上後的零部件總成。脫硫脫碳是指脫除天然氣中含有的H2S和C02。H2S和C02的存在會再增加天然氣對金屬的腐蝕；當利用天然氣作化工原料時，還會使催化劑中毒，影響產品和中間產品的至來能夠；還會降低天然氣的熱值；因此必須脫除。目前，天然氣淨化中的脫碳工藝，主要有化學法(胺法)、吸附法、物理溶劑法、化學-物理溶劑法等。①化學法:也就是胺液吸收法。目前所使用的烷醇胺主要包括一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、甲基二乙醇胺(MDEA)。對於選擇性脫除H2S氣體，則採用有顯著效果的MDEA溶液；對於選擇型脫除C02氣體，則採用活化的MDEA溶液。如果天然氣產品是燃氣標準，則用MDEA溶液脫除H2S同時也會脫除少量的C02滿足燃氣標準；如果天然氣產品要達到LNG要求則需要脫除C02，則選擇活化的MDEA溶液同時也脫除H2S氣體。②吸附法:固體吸附H2S、C02與分子篩脫水類似，天然氣中的H2S與C02被吸附在多孔狀固體上，然後通過加熱使H2S、C02脫附出來。該方法工藝流程簡單，但受固體吸附劑吸附容量較小的限制所以只適用於處理較小的裝置。③物理溶劑法:胺法是以化學溶劑通過化學反應脫除天然氣中的C02與H2S。而物理溶劑法則是利用C02與H2S與烴類在物理溶劑中溶解度的巨大差異完成天然氣的脫硫脫碳任務。常用的物理溶劑有多乙二醇二甲醚、N-甲基吡咯烷酮等。④化學-物理溶劑法:指以化學溶劑(胺類)與物理溶劑組成的溶液脫除天然氣中的C02與H2S。常用的化學-物理溶劑法是碸胺法也就是Sulfinol法。由於受成本控制所以物理溶劑法和化學-物理溶劑法難以被運用在撬裝裝置上。因此本實用新型的脫硫脫碳單元I推薦採用胺液吸收法或分子篩吸附法。具體的是:第一、原料氣中H2S含量未檢出(即非常低)或者為管網氣，且處理量為5X 104?1X 104Nm3/d時，即採用分子篩脫除CO2裝置工藝。該裝置工藝的特點為採用分子篩脫CO2裝置簡單易操作，同時簡化了大型工廠類型的複雜結構。第二、H2S含量較高的傳統脫酸裝置。該裝置脫酸氣採用胺液法，其特點為裝置緊湊、節約空間，操作簡單節約成本。如圖2所示，脫硫脫碳單元I的工藝裝備主要有原料氣重力分離器1-1、原料氣過濾器
1-2、溼淨化氣分離器1-3、活性碳過濾器1-4、貧液後冷器1-5、貧液循環泵1-6、閃蒸罐1_7、閃蒸氣吸收塔1-8、胺液預過濾器1-9、胺液後過濾器1-10、再生塔重沸器1-11、貧/富液換熱器1-12、再生塔頂回流泵1-13、再生塔頂回流罐1-14。脫硫脫碳單元I的上述各工藝裝備結構和連接方式與現有技術一致。
[0027]脫水單元2即將原有進行脫水工序的零部件集成到撬塊上後的零部件總成。根據脫水深度不同大致選用兩種工藝。①甘醇法。此法由於受脫水深度限制，只適用於燃氣標準脫水要求。②分子篩法。此法可以深度脫水，能夠達到LNG要求，而且工藝簡單。如圖3所示，脫水單元2的工藝裝備主要有產品氣分離器2-1、TEG吸收塔2-2、TEG冷卻器2_3、TEG循環泵2-4、TEG貧/富液換熱器2-5、TEG緩衝罐2_6、TEG再生氣分液灌2_7、TEG再生塔
2-8、TEG過濾器2-9和TEG閃蒸罐2_10。脫水單元2的上述各工藝裝備結構和連接方式與現有技術一致。
[0028]硫磺回收單元3即將原有進行脫水工序的零部件集成到撬塊上後的零部件總成。如果酸氣H2S含量較高則需要對H2S進行處理。酸氣則進入克勞斯裝置回收硫磺。克勞斯硫磺回收工藝主要有克勞斯直流工藝、克勞斯分流工藝、克勞斯直接氧化工藝。①直流法也稱直通法，通常酸氣H2S含量高於50%時採用此法。直流法的主要特點是全部酸氣與按需配入的空氣一起進入燃燒爐反應，再經過餘熱鍋爐、兩級或者多級催化轉化反應器與相應的硫磺冷凝器，經過捕集硫磺後尾氣灼燒放空。②克勞斯分流工藝，當酸氣H2S濃度低在15%?50%時採用。其特點為酸氣量的1/3與計量的空氣進入燃燒爐將其中的H2S轉化為S02，此股氣流經過餘熱鍋爐後與另外的2/3酸氣混合後進入催化轉化段，因此此種工藝中的硫磺全部在催化段產生的。③克勞斯直接氧化工藝，當酸氣濃度低於5%時採用此法。直接氧化法可分為兩類:一類是將H2S催化氧化為單質硫，在工況條件下這實際是一個不可逆反應，此類在處理克勞斯尾氣得到了很好的應用；另一類是將H2S催化氧化為單質硫和S02，在氧化段後採用克勞斯直流或者分流法回收硫磺。如圖4所示，酸水壓送罐3-1、酸水分離器3-2、酸氣預熱氣3-3、燃燒空氣風機3-4、空氣預熱器3-5、克勞斯反應器3_6、氣/氣換熱器3-7、一級CPS反應器3-8、二級CPS反應器3_9、三級CPS反應器3_10、主燃燒爐
3-11、餘熱鍋爐3-12、熱段冷凝器3-13、克勞斯冷凝器3_14、一級CPS冷凝器3_15、二級CPS冷凝器3-16、三級CPS冷凝器3-17和液硫捕集器3-18。硫磺回收單元3的上述各工藝裝備結構和連接方式與現有技術一致。
【權利要求】
1.天然氣淨化裝備，其特徵在於:採用模塊化設計，根據需實現的功能劃分模塊，將零部件集成為原料氣預處理單元、脫硫脫碳單元(1)、脫水單元(2)和硫磺回收單元(3)，各單元分別安裝在撬塊上，原料氣預處理單元、脫硫脫碳單元(1)和脫水單元(3)依次連接，硫磺回收單元(3)與脫硫脫碳單元(1)連接。
2.根據權利要求1所述的天然氣淨化裝備，其特徵在於:原料氣預處理單元包括脫水脫烴橇、三相分離器橇、水套爐單體橇、分離計量橇、高壓三相分離器。
3.根據權利要求2所述的天然氣淨化裝備，其特徵在於:脫硫脫碳單元(1)包括分子篩脫硫脫碳裝置。
4.根據權利要求2所述的天然氣淨化裝備，其特徵在於:脫硫脫碳單元(1)包括胺液法脫硫脫碳裝置。
5.根據權利要求2所述的天然氣淨化裝備，其特徵在於:脫水單元(2)包括甘醇脫水>j-U ρ?α裝直。
6.根據權利要求2所述的天然氣淨化裝備，其特徵在於:脫水單元(2)包括分子篩脫水裝置。
7.根據權利要求2所述的天然氣淨化裝備，其特徵在於:硫磺回收單元(3)包括克勞斯法硫磺回收裝置。
【文檔編號】C10L3/10GK204058407SQ201420406403
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】劉革, 李少奇, 袁小林, 鍾家柱, 夏志 申請人:四川金星壓縮機製造有限公司, 四川金星石油化工機械設備有限公司, 四川恆重清潔能源成套裝備製造有限公司