專利名稱：天然氣多塔外循環(huán)無(wú)氧再生脫水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天然氣凈化領(lǐng)域，特別涉及油田天然氣脫水的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
井口流出的天然氣幾乎都為氣相飽和水，甚至?xí)y帶一定量的液態(tài)水。天然氣中水分的存在往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果: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(shè)備；在一定條件下形成天然氣水合物而堵塞閥門(mén)、管道和設(shè)備；降低管道輸送能力，造成不必要的動(dòng)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(yán)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(xué)反應(yīng)法和膜分離法等。低溫法脫水是利用高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫或利用氣波機(jī)膨脹降溫而實(shí)現(xiàn)的，這種工藝適合于高壓天然氣；而對(duì)于低壓天然氣，若要使用則必須增壓，從而影響了過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。溶劑吸收法和·固體吸附法目前在天然氣工業(yè)中應(yīng)用較廣泛。溶劑吸收法脫水是目前天然氣工業(yè)中應(yīng)用最普遍的方法之一。其利用吸收原理，采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(dá)到脫水的目的。當(dāng)液體與多孔的固體表面接觸時(shí)，由于流體分子與固體表面分子之間的相互作用，流體分子會(huì)被吸附在固體表面上，導(dǎo)致流體分子在固體表面上含量增多，這種現(xiàn)象稱為固體表面的吸附現(xiàn)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(qiáng)的物質(zhì)依附在其內(nèi)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(zhì)稱為吸附質(zhì)。目前吸附法常用的吸附劑有分子篩、硅膠和活性氧化鋁。CN102703151A, CN101508928B, CN201692757U, CN2456821Y 等這些專利中都采用了將脫水前的部分天然氣或者是脫水后的部分天然氣作為再生氣進(jìn)行加熱再生，目前常用的脫水吸附劑有分子篩，硅膠和活性氧化鋁，除了硅膠再生時(shí)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，由于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(guò)程中，硫化氫和微量的氧在吸附劑的中孔內(nèi)徑表面發(fā)生克勞斯反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下(I):
3H2S+3/202=3/xSx+3H20+6 15K J/mo I
由于克勞斯反應(yīng)生成的Sx先是附著在吸附劑的內(nèi)孔表面，然后是附著在吸附劑的外表面，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，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(tǒng)阻力降增加而給后續(xù)工段造成影響，增加了經(jīng)濟(jì)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)化流程，節(jié)省投資、占地及運(yùn)行費(fèi)用的天然氣多塔外循環(huán)無(wú)氧再生脫水方法，防止吸附塔內(nèi)的克勞斯反應(yīng)生成，有效地延長(zhǎng)了吸附劑的使用壽命O本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，天然氣多塔外循環(huán)無(wú)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(guò)吸附塔利用塔內(nèi)吸附劑吸附天然氣中的水分，其吸附時(shí)間為7-8小時(shí)；
2)降壓:在完成吸附過(guò)程后，吸附塔通過(guò)管道與閥門(mén)進(jìn)行逆向泄放塔內(nèi)的壓力至0-0.6MPa ；
3)吹掃:降壓過(guò)程完成后，采用再生氣對(duì)吸附塔進(jìn)行吹掃，吹掃時(shí)間3-10分鐘；
4)加熱:將再生氣加熱到260-310°C范圍，從吸附塔底部進(jìn)入吸附塔，將吸附在吸附劑上的水分加熱再生出來(lái)，其加熱再生氣經(jīng)過(guò)冷卻到30-40°C，分離其液態(tài)水和重?zé)N后返回增壓機(jī)循環(huán)使用，加熱時(shí)間為4-4.5小時(shí)；
5)冷卻:加熱再生完成后，即通入常溫再生氣至吸附塔，通過(guò)常溫再生氣將吸附塔內(nèi)的熱量移出，使吸附塔的溫度降到30-50°C，冷卻時(shí)間為3-3.5小時(shí)； 6)升壓:將冷卻后吸附塔出口關(guān)閉，引入部分原料氣進(jìn)入到該塔，使其壓力達(dá)到原料天然氣的壓力過(guò)程即為升壓過(guò)程。所述的吸附塔數(shù)為2-10個(gè)。所述的再生氣為不含氧組分的氮?dú)饣蚣淄?。所述的循環(huán)使用是將再生氣通過(guò)增壓機(jī)加壓到0.1-0.6MPa，然后經(jīng)過(guò)加熱/冷卻后進(jìn)入吸附塔，吸附塔出來(lái)后再次冷卻、氣液分離后，再生氣返回增壓機(jī)的進(jìn)口，如此構(gòu)成循環(huán)回路，使再生氣循環(huán)利用。在吹掃過(guò)程中有少量再生氣損失，在增壓機(jī)進(jìn)口處或者氣液分離設(shè)備上增加再生氣補(bǔ)入管線以補(bǔ)充損失的再生氣。綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1)采用無(wú)氧再生氣對(duì)吸附劑進(jìn)行再生，有效防止克勞斯反應(yīng)發(fā)生，提高脫水效率；
2)增加了吸附劑的使用壽命，節(jié)約了運(yùn)行成本；同時(shí)，由于采用無(wú)氧再生氣對(duì)吸附劑進(jìn)行再生，有效防止克勞斯反應(yīng)發(fā)生，避免了由于克勞斯反應(yīng)生成的Sx附著在吸附劑的內(nèi)孔表面，然后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(guó)內(nèi)外的脫水項(xiàng)目中一般2年到3年就要更換吸附劑，而本申請(qǐng)中可以延長(zhǎng)吸附劑使用壽命到5至6年。3)增壓后的再生氣直接與換熱器串接，再生氣循環(huán)使用，降低了能耗；
4)具有系統(tǒng)安全，穩(wěn)寫(xiě)，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。


圖1是本實(shí)施例的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，為方便敘述，下面以Τ101Α )四個(gè)吸附塔為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。其中，吸附塔TlOlA與吸附塔TlOlB兩個(gè)塔處于吸附過(guò)程，吸附塔TlOlC處于加熱過(guò)程，吸附塔TlOlD處于冷卻過(guò)程。吸附過(guò)程
本實(shí)施例采用的是雙塔并聯(lián)吸附，即在任何時(shí)侯都有兩個(gè)塔處于吸附步驟，兩個(gè)塔的進(jìn)料時(shí)間相差半個(gè)吸附周期。
原料天然氣(含飽和水)在常溫條件下經(jīng)閥門(mén)Kla與Klb從吸附塔TlOlA和TlOlB的頂部進(jìn)入，從吸附塔TlOlA和TlOlB的底部出來(lái)經(jīng)閥門(mén)K2a與K2b送出界外，在此過(guò)程中原料氣中的水、重?zé)N(主要為C4+-烴被吸附劑吸附，未被吸附的甲烷、氮?dú)?、乙烷、丙烷等?jīng)閥門(mén)K2a與K2b送出界外，其吸附時(shí)間為7-8小時(shí)；
降壓過(guò)程
完成吸附過(guò)程的吸附塔T101B，經(jīng)閥門(mén)K6b逆著吸附的方向?qū)⑽剿lOlB的壓力降低至0-0.6MPa，此時(shí)會(huì)有少量的水分和重?zé)N隨著降壓的天然氣排出，這部分低壓天然氣排出界區(qū)可直接作為燃料使用；
吹掃過(guò)程
吸附塔TlOlB在降壓過(guò)程完成后，通過(guò)閥門(mén)K3b在吸附塔TlOlB的底部進(jìn)入少量再生氣對(duì)其進(jìn)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?dú)饣蚣淄椋祾邥r(shí)間3-10分鐘；
加熱過(guò)程
再生氣通過(guò)加熱器ElOl加熱到260-310°C，經(jīng)閥門(mén)K4b從吸附塔TlOlB底部進(jìn)入，將吸附在吸附劑上的水分加熱再生出來(lái)，加熱后的再生氣攜帶著水分和少量重?zé)N經(jīng)閥門(mén)K5b進(jìn)入冷卻器E103冷卻到30-40°C，然后進(jìn)入氣液分離器VlOl除于液態(tài)水和重?zé)N后返回增壓機(jī)ClOl循環(huán)使用，加熱時(shí)間為4-4.5小時(shí)；
冷卻過(guò)程
吸附塔TlOlB加熱再生完成后的，將經(jīng)過(guò)增壓機(jī)ClOl加壓到0.1-0.6MPa的再生氣進(jìn)入到冷卻器E102換熱至3(T50°C，然后經(jīng)過(guò)閥門(mén)K4b進(jìn)入吸附塔T101B，將塔內(nèi)的熱量通過(guò)閥門(mén)K5b移出，使吸附塔TlOlB的溫度降到30-50°C，此過(guò)程進(jìn)一步脫除塔內(nèi)的水分，冷卻時(shí)間為3-3.5小時(shí)；
升壓過(guò)程
將冷卻后的吸附塔TlOlB出口閥門(mén)關(guān)閉，引入部分原料氣經(jīng)過(guò)閥門(mén)K6b進(jìn)入到吸附塔T101B，使其壓力達(dá)到原料天然氣的壓力。至此，實(shí)現(xiàn)了吸附塔TlOlB從吸附過(guò)程一降壓過(guò)程一吹掃過(guò)程一加熱過(guò)程一冷卻過(guò)程一升壓過(guò)程的一個(gè)循環(huán)。四個(gè)吸附塔均通過(guò)上面的步驟構(gòu)成循環(huán)，保證了原料氣的連續(xù)進(jìn)料和產(chǎn)品的連續(xù)輸出。按照上面的步驟，再生氣通過(guò)增壓機(jī)ClOl加壓到0.1-0.6MPa，然后經(jīng)過(guò)加熱器ElOl/冷卻器E102后對(duì)每一個(gè)吸附塔進(jìn)行吹掃過(guò)程、加熱循環(huán)過(guò)程、冷卻循環(huán)過(guò)程，吸附塔出來(lái)后的再生氣經(jīng)過(guò)冷卻器E103冷卻到30-40°C進(jìn)入氣液分離器V101，經(jīng)氣液分離后的再生氣從氣液分離器VlOl頂部出來(lái)后返回至增壓機(jī)ClOl的進(jìn)口，如此構(gòu)成循環(huán)回路，使再生氣循環(huán)利用。在吹掃過(guò)程中有少量再生氣損失，在增壓機(jī)進(jìn)口處或者氣液分離設(shè)備上增加再生氣補(bǔ)入管線以補(bǔ)充損失的再生氣。

如上所術(shù)，可較好的實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.天然氣多塔外循環(huán)無(wú)氧再生脫水方法，其特征是包括將含水天然氣通過(guò)吸附塔在常溫條件下利用吸附劑吸附氣體中的水分，然后采用外界再生氣對(duì)吸附塔內(nèi)的吸附劑進(jìn)行無(wú)氧再生，并循環(huán)使用，使吸附在吸附劑上的水、重?zé)N等雜質(zhì)組分脫附出來(lái)，以便吸附塔進(jìn)行下一次吸附過(guò)程，每個(gè)吸附塔都將經(jīng)過(guò)吸附、降壓、吹掃、加熱、冷卻和升壓過(guò)程。
2.如權(quán)利要求1所述的天然氣多塔外循環(huán)無(wú)氧再生脫水方法，其特征是所述吸附塔數(shù)為2-10個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的天然氣多塔外循環(huán)無(wú)氧再生脫水方法，其特征是所述無(wú)氧再生為利用外界提供不含氧氣成分的氣體對(duì)吸附塔進(jìn)行吹掃、加熱、冷卻過(guò)程。
4.如權(quán)利要求3所述的天然氣多塔外循環(huán)無(wú)氧再生脫水方法，其特征是所述不含氧氣成分的氣體為氮?dú)饣蚣谉?br> 5.如權(quán)利要求1所述的天然氣多塔外循環(huán)無(wú)氧再生脫水方法，其特征是所述的循環(huán)使用是將再生后的氣體通過(guò)加壓、加熱/冷卻、再生、冷卻、氣液分離、加壓如此構(gòu)成閉路系統(tǒng)循環(huán)使用。
全文摘要
本發(fā)明屬涉及天然氣多塔外循環(huán)無(wú)氧再生脫水方法，特別是在大規(guī)模集中處理天然氣管道運(yùn)輸，LNG制備站場(chǎng)所的天然氣脫水裝置及工藝方法，其特征是含水天然氣通過(guò)吸附塔在常溫條件下利用吸附劑吸附氣體中的水分，然后采用外界再生氣對(duì)吸附塔內(nèi)的吸附劑進(jìn)行無(wú)氧再生，并循環(huán)使用，使吸附在吸附劑上的水、重?zé)N等雜質(zhì)組分脫附出來(lái)，以便吸附塔進(jìn)行下一次吸附過(guò)程，每個(gè)吸附塔都將經(jīng)過(guò)吸附、降壓、吹掃、加熱、冷卻和升壓過(guò)程。該工藝具有流程簡(jiǎn)單，脫水效率高，延長(zhǎng)吸附劑使用壽命，降低運(yùn)行成本，能耗低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D53/26GK103173256SQ201310134630
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者李才軍, 萬(wàn)冬, 朱江, 陳天洪 申請(qǐng)人:四川科比科油氣工程有限公司