天然氣凈化裝置、凈化系統(tǒng)、處理系統(tǒng)及吸附劑再生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣處理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及天然氣凈化裝置、凈化系統(tǒng)、處理系統(tǒng)及吸附劑再生方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]天然氣是一種清潔的能源和化工原料，我國天然氣長輸管道采用高壓輸氣的方式將天然氣輸送到各天然氣門站，各天然氣門站再對高壓天然氣進(jìn)行減壓處理后輸送入下游管網(wǎng)，或者進(jìn)行液化處理成液化天然氣，供用戶使用。
[0004]—般而言，來自天然氣門站的原料氣中含有水、汞、酸性氣體等雜質(zhì)，各雜質(zhì)會對天然氣進(jìn)行降壓處理的系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如，天然氣中的水分與天然氣在一定條件下形成水合物而阻塞管路，影響冷卻液化過程；天然氣中的酸性氣體游離水中會形成酸，從而侵蝕管路和設(shè)備；汞對鋁制設(shè)備和管道的腐蝕很嚴(yán)重；另外由于水分的存在也會造成不必要的動力消耗；由于天然氣液化溫度較低，水和酸性氣體的存在還會導(dǎo)致設(shè)備的凍堵，故必須脫除。
[0005]為了解決這一問題，目前常用的方式是在天然氣進(jìn)行減壓之前，先通過凈化系統(tǒng)對各天然氣門站的原料氣作凈化處理。目前，凈化系統(tǒng)內(nèi)一般設(shè)置有多個凈化單元，每個凈化單元內(nèi)設(shè)置有多個吸附塔，每個吸附塔內(nèi)裝填有吸附劑，選擇性地脫除原料天然氣中的酸性氣體、汞、水等雜質(zhì)，多個塔可以同時進(jìn)行吸附和再生(解吸)循環(huán)操作。常用的吸附方法是TSA (變溫吸附，Temperature Swing Adsorpt1n)。其中，TSA吸附方式是從塔底進(jìn)入的天然氣在塔內(nèi)吸附劑的作用下將氣體中的酸性氣體、水等雜質(zhì)吸附下來，吸附完成后，用高溫解吸氣進(jìn)行再生，即在常溫或低溫下用吸附劑吸附水和酸性氣體等雜質(zhì)，之后在高溫下對吸附劑進(jìn)行解吸再生，構(gòu)成吸附劑的再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離和凈化氣體的目的。
[0006]一般而言，TSA變溫吸附包括吸附、熱吹和冷吹三個工段，吸附塔上設(shè)置有多個閥門，通過各個閥門的切換來實現(xiàn)吸附、熱吹和冷吹工序的進(jìn)氣，具體為:打開與吸附工序?qū)?yīng)的閥門，高壓天然氣進(jìn)入吸附塔內(nèi)，并在塔內(nèi)吸附劑的作用下將氣體中的酸性氣體等雜質(zhì)吸附下來，吸附完成后，關(guān)閉與吸附工序?qū)?yīng)的閥門，打開與熱吹工序?qū)?yīng)的閥門，輸入高溫氣體，用高溫解吸氣將吸附劑吸附的水和酸性氣體等雜質(zhì)解吸出來，熱吹完成后關(guān)閉與熱吹工序?qū)?yīng)的閥門，并打開與冷吹工序?qū)?yīng)的閥門，向吸附塔內(nèi)輸送冷吹氣，對吸附塔進(jìn)行降溫。當(dāng)吸附塔的溫度降到預(yù)設(shè)溫度值時，冷吹結(jié)束后再進(jìn)入吸附工序，這樣就構(gòu)成吸附劑的吸附與再生的循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離和凈化氣體的目的。PSA變壓吸附包括吸附和熱吹兩個工段，這兩個工段的工作過程與TSA變溫吸附中的吸附工段和熱吹工段的工作過程相同，只是省略了 TSA變溫吸附中的冷吹工段。
[0007]一般而言，TSA變溫吸附的冷吹工序中，冷吹氣通入吸附塔內(nèi)進(jìn)行換熱，使得吸附塔的溫度降低，相應(yīng)的冷吹氣的溫度升高，由吸附塔輸出。輸出的溫度升高的冷吹氣直接輸入至天然氣管網(wǎng)中，并沒有對其熱量進(jìn)行充分利用，造成能源的浪費(fèi)。此外，熱吹工序中需要向吸附塔通入高溫氣體，一般是通過加熱裝置將天然氣處理系統(tǒng)中的低溫氣體進(jìn)行加熱至預(yù)設(shè)溫度后輸入吸附塔，由于該氣體溫度較低，因此需要耗費(fèi)較多的能源對氣體進(jìn)行加熱成為高溫氣體，這也勢必會造成能源的浪費(fèi)。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于此，本發(fā)明提出了一種天然氣凈化裝置、凈化系統(tǒng)、處理系統(tǒng)及吸附劑再生方法，旨在解決冷吹工序輸出的氣體的熱量不能充分利用進(jìn)而造成能源浪費(fèi)的問題。
[0010]—個方面，本發(fā)明提出了一種天然氣凈化裝置，該凈化裝置包括:第一吸附塔、第二吸附塔、預(yù)加熱裝置和升溫裝置；其中，預(yù)加熱裝置的入口用于與冷氣源相連接，接收冷氣源提供的冷氣；預(yù)加熱裝置的出口與第一吸附塔的冷吹工段入口相連接，第一吸附塔的冷吹工段出口通過升溫裝置與第二吸附塔的熱吹工段入口相連接；第二吸附塔的熱吹工段出口用于輸出第二吸附塔內(nèi)的氣體。
[0011 ] 進(jìn)一步地，上述天然氣凈化裝置中，升溫裝置為加熱器。
[0012]進(jìn)一步地，上述天然氣凈化裝置還包括:第一控制閥和第二控制閥；其中，冷氣源依次通過第一控制閥、預(yù)加熱裝置與第一吸附塔的冷吹工段入口相連接；冷氣源還通過第二控制閥與第一吸附塔的冷吹工段入口相連接，并且第一控制閥和預(yù)加熱裝置所在的管路與第二控制閥所在的管路形成并聯(lián)管路。
[0013]進(jìn)一步地，上述天然氣凈化裝置中，預(yù)加熱裝置為第一換熱器。
[0014]進(jìn)一步地，上述天然氣凈化裝置還包括:第三吸附塔和壓縮機(jī)；其中，第三吸附塔的吸附工段入口用于向第三吸附塔內(nèi)通入原料天然氣；第三吸附塔的吸附工段出口通過壓縮機(jī)與第一換熱器的第一通道的入口相連接，第一換熱器的第一通道的出口用于輸出氣體；以及，冷氣源通過第一控制閥與第一換熱器的第二通道的入口相連接，第一換熱器的第二通道的出口與第一吸附塔的冷吹工段入口相連接。
[0015]進(jìn)一步地，上述天然氣凈化裝置還包括:第二換熱器；其中，第二換熱器的第一通道的入口與第一換熱器的第一通道的出口相連接，第二換熱器的第一通道的出口用于將氣體輸出；第二換熱器的第二通道的入口用于接收閃蒸汽；第二換熱器的第二通道的出口與升溫裝置的燃料入口相連接，用于為升溫裝置提供燃料；第二換熱器的第二通道的出口還用于將閃蒸汽輸出。
[0016]另一個方面，本發(fā)明提出了一種天然氣凈化系統(tǒng)，該天然氣凈化系統(tǒng)包括至少一個上述的天然氣凈化裝置。
[0017]再一個方面，本發(fā)明提出了一種天然氣處理系統(tǒng)，該天然氣處理系統(tǒng)包括上述的天然氣凈化系統(tǒng)。
[0018]又一個方面，本發(fā)明提出了一種吸附塔內(nèi)吸附劑再生方法，該吸附劑再生方法包括如下步驟:溫度差確定步驟，確定處于冷吹工序的吸附塔輸出的氣體與輸入的氣體之間的溫度差；第一執(zhí)行步驟，當(dāng)溫度差大于預(yù)設(shè)值時，將用于對處于冷吹工序的吸附塔進(jìn)行降溫的冷氣先與處于吸附工序的吸附塔輸出的氣體進(jìn)行換熱升溫，再將換熱升溫后的氣體輸入處于冷吹工序的吸附塔內(nèi)，作為冷吹氣；再生步驟，將處于冷吹工序的吸附塔輸出的氣體加熱至預(yù)設(shè)溫度后，輸入處于熱吹工序的吸附塔內(nèi)，作為再生氣。
[0019]進(jìn)一步地，上述吸附塔內(nèi)吸附劑再生方法中，在溫度差確定步驟與再生步驟之間還包括:第二執(zhí)行步驟，當(dāng)溫度差小于等于預(yù)設(shè)值時，將冷氣直接輸入處于冷吹工序的吸附塔內(nèi)，作為冷吹氣。
[0020]本發(fā)明將第一吸附塔的冷吹工段出口輸出的溫度較高的氣體經(jīng)升溫裝置加熱升溫后通入第二吸附塔內(nèi)作為再生氣，解決了現(xiàn)有技術(shù)中吸附塔的冷吹工段出口輸出的溫度升高的冷吹氣直接輸入天然氣管網(wǎng)而造成的能源浪費(fèi)的問題，實現(xiàn)了對能源的有效利用，大大地提高了能源的利用率；并且，與現(xiàn)有技術(shù)中對天然氣處理系統(tǒng)中的低溫氣體進(jìn)行加熱作為再生氣相比，由于本發(fā)明中的第一吸附塔輸出的氣體的溫度高于現(xiàn)有技術(shù)中的低壓低溫氣體，所以本發(fā)明中的升溫裝置消耗的能量低，可以進(jìn)一步節(jié)約能源；此外，冷氣輸入第一吸附塔之前先進(jìn)行預(yù)熱升溫，一方面，冷氣經(jīng)過預(yù)熱升溫后具有一定的溫度，經(jīng)過第一吸附塔換熱之后輸入升溫裝置內(nèi)，則降低了升溫裝置能量的消耗，另一方面，避免了溫度比較低的冷氣與溫度較高的第一吸附塔進(jìn)行直接接觸導(dǎo)致第一吸附塔的損壞，有效地保護(hù)了第一吸附塔，延長了第一吸附塔的使用壽命。
【附圖說明】
[0021]通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中:
圖1為本發(fā)明實施例提供的凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例提供的吸附塔內(nèi)吸附劑再生方法的流程圖；
圖3為本發(fā)明實施例提供的吸附塔內(nèi)吸附劑再生方法的又一流程圖。
[0022]
【具體實施方式】
[0023]下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實